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Informe de práctica de laboratorio de procesos industriales I: Soldadura

CORPORACION UNIVERSITARIA DEL HUILA “CORHUILA” FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA INDUSTRIAL

INFORME DE PRACTICA DE LABORATORIO DE PROCESOS INDUSTRIALES I SOLDADURA

AUTORES ANGELICA MARTINEZ DAYANNA PASTRANA ANA MARIA VILLEGAS

INGENIERO JORGE IVAN PERDOMO MONTEALEGRE

NEIVA, 08 DE MAYO DE 2017

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Informe de práctica de laboratorio de procesos industriales I: Soldadura CONTENIDO Pág. 1.

INTRODUCCIÓN..................................................................................................... 4

2.

OBJETIVOS............................................................................................................ 5

2.1 OBJETIVO GENERAL.............................................................................................. 5 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS........................................................................................ 5 3.

JUSTIFICACION...................................................................................................... 6

4.

MARCO TEORICO................................................................................................... 7

4.1 HISTORIA DE LA FUNDICIÓN...................................................................................7 4.2 DEFINICIÓN DE FUNDICIÓN.................................................................................... 7 4.3 TIPOS DE FUNDICIONES......................................................................................... 7 4.3.1

Fundición por inyección..................................................................................... 7

4.3.2

Fundición a presión.......................................................................................... 7

4.3.3

Fundición a la arena.......................................................................................... 8

4.4 TIPOS DE MOLDES................................................................................................. 8 4.4.1

Moldes de arena en verde...................................................................................8

4.4.2

Moldes con capa seca........................................................................................ 8

4.4.3

Moldes con arena seca....................................................................................... 9

4.4.4

Moldes de arcilla.............................................................................................. 9

4.4.5

Moldes furánicos............................................................................................. 9

4.4.6

Moldes de CO2............................................................................................. 10

4.4.7

Moldes de metal............................................................................................ 10

4.4.8

Moldes especiales.......................................................................................... 10

4.5 TIPOS DE ARENA.................................................................................................. 11 5.

DESARROLLO DEL LABORATORIO........................................................................12

5.1 MATERIALES....................................................................................................... 12 5.2 PROCEDIMIENTO................................................................................................. 13 5.2.1

Preparar las bases y los moldes..........................................................................13

5.2.2

Fundir el material........................................................................................... 24

6.

CONCLUSIONES................................................................................................... 30

7.

BIBLIOGRAFIA..................................................................................................... 31

2

Informe de práctica de laboratorio de procesos industriales I: Soldadura LISTA DE FIGURAS Pág. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30.

Materiales ……………………………………………………………………………………...12 Horno y crisol ………………………………………………………………………………….13 Arena verde …………………………………………………………………………………....13 Hueco para la caja del moldeo………………………………………………………….……...14 Aplanado de base…………………………………………………………….………………...14 Caja del moldeo……………………………………………………………………..................15 Moldes en la caja de moldeo…………………………………………………………….…......15 Moldes cubiertos con arena…………………………………………………………….………16 Salida de los moldes…………………………………………………………………….……...16 Quitar exceso de arena…………………………………………………………...….................17 Conductos de llenado………………………………………….………………….............…....17 Caja de moldeo en su respectivo lugar…………………….………………………..............….18 Tubos para los bebederos…………….…………………………………………………...…....18 Caja rellena con arena……………………………………………………………………….....19 Aplanar y quitar exceso de arena…………………………………………………………........19 Quitar tubos y colocar las guías…………………………………………………………….….20 Cara superior levantada…………………………………………………………………..……20 Mojas alrededor de los moldes……………………………………………………...................21 Orificios en la parte de atrás de la cara……………………………………….………...……..21 Conductos de llenado…………………………………………………………………...…..…22 Retirar moldes…………………………………………………………………………...…….22 Cara superior sobre la inferior…………………………………………………….............…..23 Material que se va a fundir……………………………………………………………...….....23 Horno con el crisol y el aluminio dentro………………………………………………...……24 Material derretido……………………………………………………………………...……...24 Aluminio fundido con sal……………………………………………………………...….…..25 Sacar crisol del horno………………………………………………………………...……….25 Verter material en los orificios………………………………………………………………..26 Sacar las piezas………………………………………………………………………………..26 Producto terminado…………………………………………………………….............……..27

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Informe de práctica de laboratorio de procesos industriales I: Soldadura

1. INTRODUCCIÓN

En la formación como Ingeniero Industrial, es muy importante el estudio de los Procesos de Manufactura, los cuales nos proporcionan herramientas necesarias para la elaboración de todo tipo de productos en distintas clases de materiales. La manufactura no solo es la transformación de materiales en artículos de mayor valor, sino también es la aplicación de procesos químicos y físicos que alteran la geometría, las propiedades, o el aspecto de un determinado material para la elaboración de un producto. (Escuela Colombiana de Ingenieria Julio Garavito, 2008)

La tecnología de la soldadura se basa en el pensamiento original, tal como en muchas otras disciplinas científicas. El crecimiento de esta rama de la ingeniería se realizó gracias a las contribuciones de hombres comunes, hombres que no dudaron en aplicar cada pizca de conocimiento adquirido, cuando era posible, para resolver problemas prácticos. (Coloquio Chileno de Soldadura )

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Informe de práctica de laboratorio de procesos industriales I: Soldadura

2. OBJETIVOS

2.1

OBJETIVO GENERAL 

2.2

Analizar paso a paso todo el proceso de soldadura.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

   

Identificar los materiales necesarios para poder llevar a cabo este proceso. Conocer los diferentes tipos de soldadura. Identificar los materiales que se deben utilizar para cada proceso. Adquirir mayor conocimiento mediante la práctica.

3. JUSTIFICACION 5

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Como estudiantes de ingeniería industrial debemos tener bien claro los diferentes tipos de procesos industriales que existen y aún son utilizados en la actualidad, además su respectivo procedimiento, por ello este informe se basa en el proceso de la soldadura, ya que es un proceso muy práctico y sencillo de llevar a cabo, donde se pueden hacer muchas piezas de uso común. Además de ser muy sencillo, los costos de producción son muy bajos. DEFINICIÓN DE FUNDICIÓN Es el proceso de fabricación de piezas mediante el colado del material derretido en un molde. Los mismos que son elaborados en arena y arcilla debido a la abundancia de este material y también a la resistencia que tiene al calor, permitiendo además que los gases se liberen al ambiente a tiempo que se vierte el material fundido. (Ecured, 2017)

4.1

TIPOS DE FUNDICIONES

4.3.1

Fundición por inyección

Proceso de fundición que se caracteriza por ser el metal fundido introducido a altas presiones en el molde, por lo que este (que toma el nombre de coquilla) debe ser realizado en un material resistente, generalmente de acero.

4.3.2 Fundición a presión Cuando se tienen que fabricar muchos artículos con la misma forma se emplea la fundición a presión. En este proceso, el metal fundido es forzado a entrar en la cavidad que hay entre los troqueles a una presión elevada. Después de que se ha inyectado el metal, la presión se mantiene mientras el metal se solidifica. Entonces las portas troqueles se abren y la pieza fundida es expulsada automáticamente. La fundición a presión se limita a metales no ferrosos cuyas temperaturas de fusión no dañan los troqueles. 4.3.3

Fundición a la arena

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Es el modelado de un metal “vertiendo” metal fundido en un molde. La arena es un material especialmente bueno para hacer moldes. Puede resistir a temperaturas muy altas y se puede moldear en formas complejas. Entre los metales de fundición más corrientes están el hierro colado, acero, aleaciones de aluminio y latón.

4.4 TIPOS DE MOLDES Los moldes se clasifican según los materiales usados: 4.4.1 Moldes de arena en verde Es el método más común que consiste en la formación del molde con arena húmeda, usada en ambos procedimientos. La llamada arena verde es simplemente arena que no se ha curado, es decir, que no se ha endurecido por horneado. El color natural de la arena va desde el blanco hasta el canela claro, pero con el uso se va ennegreciendo. La arena no tiene suficiente resistencia para conservar su forma, por ello se mezcla con un aglutinante para darle resistencia; luego se agrega un poco de agua para que se adhiera. Esta arena se puede volver a emplear solo añadiendo una cantidad determinada de aglutinante cuando se considere necesario.

4.4.2

Moldes con capa seca

Dos métodos son generalmente usados en la preparación de moldes con capa seca. En uno la arena alrededor del modelo a una profundidad aproximada de 10 mm se mezcla con un compuesto de tal manera que se seca y se obtiene una superficie dura en el molde. El otro método es hacer el molde entero de arena verde y luego cubrir su superficie con un rociador de tal manera que se endurezca la arena cuando el calor es aplicado. Los rociadores usados para este propósito contienen aceite de linaza, agua de melaza, almidón gelatinizado y soluciones liquidas similares. En ambos métodos el molde debe secarse de dos maneras: por aire o por una antorcha para endurecer la superficie y eliminar el exceso de humedad. 4.4.3

Moldes con arena seca

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Estos moldes son hechos enteramente de arena común de moldeo mezclada con un material aditivo similar al que se emplea en el método anterior. Los moldes deben ser cocados totalmente antes de usarse, siendo las cajas de metal. Los moldes de arena seca mantienen esta forma cuando son vaciados y están libres de turbulencias de gas debidas a la humedad. 4.4.4

Moldes de arcilla

Los moldes de arcilla se usan para trabajos grandes. Primero se construye el molde con ladrillo o grandes partes de hierro. Luego, todas estas partes se emplastecen con una capa de mortero de arcilla, la forma del molde se empieza a obtener con una terraja o esqueleto del modelo. Luego se permite que el molde se seque completamente de tal manera que pueda resistir la presión completa del metal vaciado. Estos moldes requieren de mucho tiempo para hacerse y su uso no es muy extenso. 4.4.5

Moldes furánicos

El proceso es bueno para la fabricación de moldes usando modelos y corazones desechables. La arena seca de grano agudo se mezcla con ácido fosfórico el cual actúa como un acelerador. La resina furánica es agregada y se mezcla de forma continua el tiempo suficiente para distribuir la resina. El material de arena empieza a endurecerse casi de inmediato al aire, pero el tiempo demora lo suficiente para permitir el moldeo. El material usualmente se endurece de una a dos horas, tiempo suficiente para permitir alojar los corazones y que puedan ser removidos en el molde. En uso con modelos desechables la arena de resina furánica puede ser empleada como una pared o cáscara alrededor del modelo que estará soportado con arena de grano agudo o en verde o puede ser usada como el material completo del molde.

4.4.6

Moldes de CO2

En este proceso la arena limpia se mezcla con silicato de sodio y es apisonada alrededor del modelo. Cuando el gas de CO2 es alimentado a presión en el molde, la arena mezclada se endurece. Piezas de fundición lisas y de forma intrincada se pueden obtener por este método, aunque el proceso fue desarrollado originalmente para la fabricación de corazones. 8

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4.4.7

Moldes de metal

Los moldes de metal se usan principalmente en fundición en matriz de aleaciones de bajo punto de fusión. Las piezas de fundición se obtienen de formas exactas con una superficie fina, esto elimina mucho trabajo de maquinado. 4.4.8

Moldes especiales

Plástico, cemento, papel, yeso, madera y hule todos estos son materiales usados en moldes para aplicaciones particulares. El molde debe poseer las siguientes características: • Debe ser lo suficientemente fuerte para sostener el peso del metal. • Debe resistir la acción de la erosión del metal que fluye con rapidez durante la colada. • Debe generar una cantidad mínima de gas cuando se llena con el metal fundido. Los gases contaminan el metal y pueden alterar el molde. • Debe construirse de modo que cualquier gas que se forme pueda pasar a través del cuerpo del molde mismo, más bien que penetrar el metal. • Debe ser suficientemente refractario para soportar la alta temperatura del metal y poderse desprender con limpieza del colado después del enfriamiento. • El corazón debe ceder lo suficiente para permitir la contracción del colado después de la solidificación.

4.5 TIPOS DE ARENA Arena Sílice (SiO2): se encuentra en muchos depósitos naturales, y es adecuada para propósitos de moldeo por que puede resistir altas temperaturas sin descomponerse. Esta arena es de bajo costo, tiene gran duración y se consigue en una gran variedad de tamaño y formas de grano. Por otra parte, tiene una alta relación de expansión cuando está sometida al calor y tiene cierta tendencia a fusionarse con el metal. La arena sílice pura no es conveniente por sí misma para el 9

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trabajo de moldeo puesto que adolece de propiedades aglomerantes. Las propiedades aglomerantes se pueden obtener por adición de 8 a 16% de arcilla. Los tres tipos de arcilla comúnmente usados son, la Caolinita, Ilita y Bentonita. Esta última, usadas con más frecuencia, proviene de cenizas volcánicas. Arenas naturales (semisintéticas): estas se han formado por la erosión de las rocas ígneas; se mezclan adecuadamente con arcillas al extraerlos en las canteras y solo se requiere agregarles agua para obtener una arena conveniente para moldeos de piezas fundidas de hierro y metales no ferrosos. La gran cantidad de materia orgánica encontrada en las arenas naturales impiden que sean lo suficientemente refractarias para usos en temperaturas elevadas, tal y como en el modelo de metales y aleaciones con alto punto de fusión. Arenas de moldeo sintéticas: se componen de Sílice lava de granos agudos, a lo que se añade 3 a 5% de arcilla. Con las arenas sintéticas se generan menos gas ya que se requiere menos del 5% de humedad para que desarrolle su resistencia adecuada. A medida que aumente el tamaño de las piezas a fundir conviene elegir también arena con granos más gruesa, de mayor resistencia y refracción. La arena ideal, seria aquella que se adaptara perfectamente bien para moldes destinados a distintos trabajos. Para la fundición de piezas cuya superficie deben presentar buen aspecto sin trabajos posteriores a la fundición, se hace necesario el empleo de moldes de arena fija. Este tipo de arena es recomendable ya que gracias a su contenido es posible obtener mayor permeabilidad, lo que conlleva a una disminución de los defectos de la pieza. (Ing. Guillermo Castro, 2009)

4. DESARROLLO DEL LABORATORIO 5.1

MATERIALES    

ARENA VERDE TAMIZ CAJA DE MOLDEO MOLDES 10

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       

TUBOS GUIAS EN MADERA CUCHARAS BROCHA SISCO O AISLANTE MORTERO O PIZON AGUA HORNO

Figura 1. Materiales

Fuente: Elaboración propia.

Figura 2. Horno y crisol

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Fuente: Elaboración propia.

5.2

PROCEDIMIENTO

Para realizar el proceso de fundición en arena se llevan a cabo dos subprocesos muy básicos, preparar las bases con las piezas de moldeo y fundir el metal. 5.2.1 

Preparar las bases y los moldes Tomar la arena necesaria y pasarla por el tamiz para que salga bien fina y conseguir un buen producto. Figura 3. Arena verde

Fuente: Elaboración propia.



Con una pala abrir un hueco del tamaño de la caja del moldeo y llenarlo con la arena fina. 12

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Figura 4. Hueco para la caja del moldeo

Fuente: Elaboración propia.



Aplanar con ayuda de la mano y de una tabla, hasta quedar una base bien firme.

Figura 5. Aplanado de base

Fuente: Elaboración propia.

13

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

Colocar la caja de moldeo sobre la base. Esta puede ser de lámina o de madera. Figura 6. Caja del moldeo

Fuente: Elaboración propia



Colocar los moldes dentro de la caja y presionarlas un poco. Figura 7. Moldes en la caja de moldeo

Fuente: Elaboración propia

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

Retirar la caja de moldeo y cubrir totalmente de arena los moldes. Figura 8. Moldes cubiertos con arena

Fuente: Elaboración propia



Con la ayuda de una regla hacer un barrido sobre la base y luego destapar con esta misma los moldes haciéndoles la salida. Figura 9. Salida de los moldes

Fuente: Elaboración propia

15

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

Limpiar con la brocha pieza por pieza quitando todo el exceso de arena. Figura 10. Quitar exceso de arena

Fuente: Elaboración propia



Utilizar la cuchara necesaria para hacer los conductos de llenado. Figura 11. Conductos de llenado

Fuente: Elaboración propia

16

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

Colocar nuevamente la caja de moldeo en su respectivo lugar. Figura 12. Caja de moldeo en su respectivo lugar

Fuente: Elaboración propia



Luego colocar los tubos para los bebederos, estos deben ir separados uno del otro ubicados de forma central como lo muestra en la figura x. Rociar el cisco o aislante por toda la base y así evitar que se pegue la cara inferior de la caja con la superior.

Figura 13. Tubos para los bebederos

Fuente: Elaboración propia

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

Rellenar con arena la caja y con ayuda del mortero compactar muy bien, evitando dañar la cara inferior.

Figura 14. Caja rellena con la arena

Fuente: Elaboración propia



Luego con la parte plana del mortero aplanar. Por ultimo con la regla se retira el exceso de arena que queda y se limpia todo el contorno de la caja.

Figura 15. Aplanar y quitar exceso de arena

Fuente: Elaboración propia

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

Quitar los tubos y proceder a colocar las guías en forma de L para evitar que la caja se nos corra la caja de moldeo hacia los lados.

Figura 16. Quitar los tubos y colocar las guías

Fuente: Elaboración propia



Retirar la caja de moldeo, esto es levantar la cara superior.

Figura 17. Cara superior levantada

Fuente: Elaboración propia

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

Luego tomar una esponja mojada y pasarla alrededor de los moldes.

Figura 18. Mojar alrededor de los moldes

Fuente: Elaboración propia



Hacer dos orificios en la parte de atrás de la cara superior con una cuchara.

Figura 19. Orificios en la parte de atrás de la cara

Fuente: Elaboración propia

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

Hacer copas en los orificios generados por los tubos con ayuda de una cuchara para facilitar el vacío.

Figura 20. Conductos de llenado

Fuente: Elaboración propia



Empezar a quitar los moldes muy cuidadosamente para no deformar la arena.

Figura 21. Retirar moldes

Fuente: Elaboración propia

21

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

Colocar la cara superior sobre la inferior. Las guías siguen siendo de mucha importancia, ya que permite que las caras no queden una corrida de la otra. Retirar las guías y tapar los orificios con un pedazo de cartón, evitando que entre arena por estos mientras se funde el material. Figura 22. Cara superior sobre la inferior

Fuente: Elaboración propia

5.2.2 

Fundir el material Tener listo el material que se va a fundir. En este caso fundiremos aluminio. Figura 23. Material que se va a fundir

Fuente: Elaboración propia 22

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

Colocar dentro del horno un crisol como recipiente y echar el aluminio, luego encender el horno. Este material estará sometido a una temperatura de 660° Figura 24. Horno con el crisol y aluminio dentro

Fuente: Elaboración propia



Se espera unos 20 minutos a que el material este totalmente derretido. Figura 25. Material derretido

Fuente: Elaboración propia

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

Al estar fundido el aluminio, se le echa sal para que salga la escoria y este se purifique. Figura 26. Aluminio fundido con sal

Fuente: Elaboración propia



Se saca el crisol del horno con unas pinzas especiales y se lleva a la zona de moldeo. Es importante ser cuidadoso en esta maniobra y usar los elementos de protección personal (EPP) requeridos. Figura 27. Sacar crisol del horno

Fuente: Elaboración propia

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

Verter el material liquido en los orificios del molde y dejar reposar unos 10 minutos

Figura 28. Verter el material en los orificios

Fuente: Elaboración propia



Luego levantar la caja, desprenderla de la arena y sacar las piezas. Figura 29. Sacar las piezas

Fuente: Elaboración propia

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Figura 30: Producto terminado.

Fuente: Elaboración propia.

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5. CONCLUSIONES La práctica de laboratorio se desarrolló satisfactoriamente, identificamos los materiales que se requieren para este proceso, los tipos de moldes que se pueden utilizar y la temperatura que se somete el aluminio para ser fundido, observamos el proceso completo de fundición de aluminio, utilizando moldes de arena verde; también tuvimos la oportunidad de nosotros mismos hacer los moldes para depositar el aluminio fundido, en el proceso tuvimos algunas dificultades pero gracias al señor José Sánchez nos ayudó para que el molde saliera perfecto. En este proceso se requiere bastante concentración para que al realizar los moldes no se pierda la forma y la figura no salga deformada. Al final obtuvimos unos moldes muy bonitos y con su forma correcta. “La práctica es una manera muy sencilla aprender”

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6. BIBLIOGRAFIA (19 de abril de 2017). Obtenido de Fundicion : https://www.ecured.cu/Fundicion/ecured (2008

).

Obtenido

de

Escuela

Colombiana

de

Ingeniería.“Julio

Garavito":

http://www.escuelaing.edu.co/uploads/laboratorios/9627_fundicion.pdf (2017

). Obtenido de Fundicion : https://www.ecured.cu/definicion/fundicion/ecured.

(Ing. Guillermo, 2009). Departamento de ingeniería, Mecánica F.I.U.B.A. Fundiciones.

(s. f) . Obtenido de Creación, fundición y reproducción de esculturas y obras en Bronce: http://www.fundicionesbou.com/productos-fundicion-de-metales.html

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