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• DANIEL MAXIMO HUAMAN TORRES

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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Mecánica

Informe de Laboratorio N°4 “Moldeo y colada” Curso: Procesos de Manufactura – MC218, sección G Profesor: Sampén Alquizar, Luis Alberto Integrantes: Huamán Torres, Daniel Máximo

20172507K

Pino Canal, Juan Guillermo

20172526E

Raucana Sulca, Roberto Freddy20171049I Rosales Doza, Eduardo Aníbal

2019-2

20174531F

1. MARCO TEÓRICO: 1.1 Fundición:

1.2

La fundición es un proceso de manufactura, donde se lleva el metal a su estado líquido, llamado metal fundido y que fluye por gravedad u otra fuerza dentro de un molde donde al ir enfriando, se solidifica y toma la forma de la cavidad del molde. La fundición incluye la producción de lingotes y la fundición de piezas de forma particular. El término lingote se asocia usualmente con las industrias de metales primarios; describe la producción de una pieza generalmente grande de forma simple, diseñada para volver a formarse en procesos subsiguientes como laminado o forjado Algunas ventajas de este proceso son: - Puede ser usada para crear partes de geometría compleja. - El proceso de fundición puede realizarse en cualquier metal o aleación que pueda calentarse y pasar al estado líquido. - La facilidad de aproximarse a la geometría y dimensiones finales en el proceso de fundición lo convierte en un proceso de bajo costo. Colada: Es la parte del proceso de fundición en la que el liquido se vierte a los moldes. Existen dos tipos de colada: - Colada continua: Es pasas el liquido por moldes con lo que se producen barras que avanzan y se solidifican a medida que se va vertiendo el material liquido en una lingotera sin fondo, que se alimenta indefinidamente. Estos lingotes o barras deben ser cortados en longitudes convenientes, manipulables y optimas para su posterior trabajo, ya que luego pasan a un proceso de recalentamiento y conformado con la finalidad de obtener la verdadera forma que se le desea dar al material. Este proceso de colada continua se utiliza en grandes fundiciones, para la fabricación de perfiles y barras en serie.

Figura 1. Proceso de colada continua

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Colada por molde: se hace pasar el líquido fundido por conductos que lo llevan a la cavidad del molde donde el enfriamiento y solidificación se produce en reposo. Al realizar este tipo de colada existen muchos factores que se deben tomar en cuenta:  Vaciar el metal con la mínima turbulencia para evitar la erosión del molde y absorción de gases.  Establecer los mejores gradientes de temperatura.  Controlar la velocidad de entrada del metal fundido en la cavidad del molde  Evitar la fuga del metal fundido fuera de los canales y conductos.

Existen diferentes métodos para el moldeo de piezas, la elección de un método u otro dependerá de la complejidad de la pieza, grado de tolerancia, número de piezas, coste del molde, etc.

Figura 2. Proceso de colada por molde

1.3

-

Tipos de moldeo: Se pueden clasificar según la naturaleza del molde y el método de vertido. Así, según la naturaleza del molde pueden ser: de molde permanente y de molde perdido. Según el método de vertido puede ser por gravedad o presión. a. Moldeo por gravedad: Se realiza vertiendo el metal fundido sobre un molde, de manera que este se desplace por su propio peso. Se utiliza principalmente para fabricar piezas de fundición de acero, bronce, latón y distintas aleaciones de aluminio. Las distintas técnicas que se utilizan son: en arena, en coquilla, y a la cera perdida. Moldeo en arena: Es un procedimiento de molde perdido. Consiste en copiar un modelo, empleando arenas o tierras de moldeo, las cuales contienen material arcilloso dándole a estas propiedades de plasticidad, elasticidad y maleabilidad para poder obtener así la forma del mismo a través de la compactación de dicho material. Una vez finalizado el moldeo, se extrae el modelo, quedando así el molde en el cual luego se vierte el metal fundido. Esta técnica permite obtener piezas que no requieren una buena calidad superficial. Este es un proceso económico, apto para temperaturas altas y todo tipo de metales, pero tiene el inconveniente de tener que realizar un molde para cada pieza.

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Moldeo a la cera perdida: También llamado “fundición de precisión”. El metal fundido se vierte en un molde que se ha creado a partir de un modelo de cera. Una vez terminado el molde, el modelo de cera se funde y se drena resultando un molde que fabricará una copia exacta del modelo. Un núcleo hueco puede realizarse con la introducción de un núcleo resistente al calor y que impida que el metal fundido llene totalmente el molde.

Figura 4. Modelo hecho en escayola con un

b. Moldeo por molde bivalvo presión: El metal fundido es forzado a alta presión en las cavidades del molde con el fin de obtener la pieza final. La mayoría de las piezas fabricadas por este método son de metales no ferrosos como zinc, cobre y aleaciones de aluminio, aunque también

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pueden fabricarse con metales ferrosos. Este método es especialmente adecuado para fabricar pequeñas y medianas piezas que requieren muchos detalles, gran calidad de superficie y consistencia dimensional. La presión puede generarse por fuerza centrífuga o por inyección. Moldeo por fuerza centrífuga: El molde gira alrededor de un eje que puede ser horizontal o vertical, con lo que la fuerza centrífuga obliga al metal fundido a rellenar todas las cavidades del mismo. Se emplea fundamentalmente para moldear piezas de revolución, presentando, además, la ventaja de que pueden obtenerse piezas de menor espesor que las que se obtienen por gravedad. Las piezas presentan menos grietas. Moldeo por inyección: Es el moldeo a presión propiamente dicho. El metal se inyecta en el molde por medio de una máquina. La inyección puede hacerse por medio de un émbolo o usando aire comprimido. Este método presenta la ventaja de que pueden fabricarse piezas de formas complicadas de una manera bastante económica y de gran precisión. Además, las piezas resultan limpias y sin defectos.

Figura 5. Moldeo por fuerza centrífuga

Figura 6. Moldeo por inyección

1.4

Conceptos de colada: a. Colabilidad: propiedad que mide la capacidad de alcanzar los puntos alejados de la alimentación del molde. b. Contracción: diferencia entre las dimensiones del molde y de la pieza colada, una vez fría. Esto es debido a la contracción de la masa liquida durante el enfriamiento, a la contracción durante el cambio de liquido a solido y a la contracción que experimenta la masa solidificada durante el enfriamiento. c. Bebedero: Son una o más aberturas de colada dispuestas en el molde para el vaciado del material líquido. d. Mazarota: a diferencia del bebedero, forma una prolongación de la pieza hasta arriba y debe ser separada de la pieza una vez acabada. Sustituye al rebosadero y tiene la ventaja de evacuar las impurezas generadas en la colada y también evita los rechupes. e. Respiraderos: pequeños canales que se le hace a la arena para facilitar la expulsión de gases de la fundición.

2.

Figura 7. Molde de fundición

ANÁLISIS

E

LOS RESULTADOS CÁLCULO DE LA MAZAROTA: 1°Criterio de volumen: Vmaz.min =Vpieza(partes gruesas).c.k Vpieza=718cm3 Vmaz.min =718cm3 *7% =50.3 cm3 2°Criterio: Modulo de enfriamiento:

INTERPRETACIÓN DE

Mmaz teorico =1.2Mpieza Mpieza=

V pieza S pieza

Spieza = 2∗10.52∗π +2∗10.5∗8.3∗π =1240.30 Mpieza=

718 cm3 = 0.58 1240.30

Mmaz teorico =1.2*0.58 M maz teorico=0.69 Mazarota : Por el primer criterio: Vmaz.teorico: ¿ =50.3 cm3 D1=4.65cm Por el segundo criterio: D2 =0.69 3 D2=2.07cm Como valor de D se tomará el mayor de los obtenidos por ambos métodos, con el cual la mazarota será: D= 4.65cm H=9.30cm Pero las dimensiones la mazarota seleccionado son : D=5cm y H = 18cm. 1.La ubicación del bebedero y mazarota es la adecuada. Se comprobó que la ubicación seleccionada para la mazarota y el bebedero fueron las adecuadas, el único inconveniente es que no se consiguió un bebedero de acuerdo al calculado, la mayoría tenían diámetros muy pequeños. 2. Teniendo en cuenta la contracción del aluminio. Como cambian las dimensiones del componente después de la solidificación.

Mazarota y bebedero (Diámetro 5cm y Altura 18) La altura contraída es 7 en total El C para aluminio = 5-7% Vpieza=718cm3 Volumen mazarota-vertedero= 2*

Volumen contracción=

%Contracción=

π∗52∗18 =706.85 4

π∗52∗5.5 =107.99 4

107.99 = 7.57 % 718+706.85

Esta cercano a la contracción del aluminio teórico 3. Haga el cálculo para determinar el tiempo de solidificación y que aproximaciones ha considerado. Considerando, la constante de molde = 1 min/cm2 TST=1∗

718 2 1240.3

TST=0.33 min 4. ¿La generación de porosidades es influenciada por los fenómenos físico-químicos que resultan de la solidificación? Consideramos que hubo un error en la selección del tamaño de la mazarota y vertedero, haciendo que el metal al ingresar de manera limitada al molde, evite que se llene completamente hasta el momento de solidificarse, haciendo un rechupe en la parte superior. Pero si ese no fue la causa, el segundo posible error fue la falta de una mazarota ciega para evitar el rechupe en la superficie del modelo y se origine este fallo en la mazarota ciega 5. ¿Es necesario colocar contrapeso en la caja superior? Si, ya que tuvimos un derrame de líquido, para evitar ello se necesito un contrapeso.

3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La caja seleccionada fue la más pequeña porque nuestro modelo era el que tenía las dimensiones más pequeñas. Al momento del tamizado, la malla de los tamices tenía grandes agujeros (estaba rota). Esto ocasionó un mal tamizado. El producto final no salió como se esperaba. Posiblemente a que se necesitaba un contrapeso encima de la caja o, quizás, porque la caja tenía fugas. En el primer caso con un sobrepeso hubiera sido suficiente para que el líquido no salga por las uniones; y en el segundo, colocar arena en las uniones, que es la parte donde ocurrió la fuga del líquido. No se pudo medir las dimensiones del producto, debido a que, el producto estaba muy caliente. Y al día siguiente cuando nos dirigimos al laboratorio para realizar las medidas de las dimensiones, nos informaron que el producto había sido reutilizado para otros laboratorios. Por eso, las medidas que se trabajaron para la realización de los cálculos fueron las de otro producto que había sido realizado con el mismo molde.

4. Bibliografía Universidad Nacional de Rosario -Instituto Politécnico (Argentina), “Fundición y Moldeo, Taller 2” Gestión de Compras, “Fundición”, extraído de: http://www.gestiondecompras.com/es/productos/fundicion/fundicion Ortiz Prado Armando, Ruiz Cervantes Osvaldo, Ortiz Valera Juan(2013), “Modelado de procesos de manufactura”, Capitulo 2. Métodos de fundición y colada