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MAZAROTAS, ESTUDIO Y APLICACIONES. METODO DE CAYNE

MAZAROTAS

Es una especie de embudo de pequeñas dimensiones, que se encuentra en comunicación con el molde y que tiene como objeto asegurar su completo llenado y permitir la evacuación de gases de su interior. Las mazarotas se utilizan durante la elaboración de piezas de fundidas. Las mazarotas sirven para la alimentación de las piezas en el período de solidificación, con el fin de compensar las contracciones del metal, y evitar la formación en las piezas de rechupes y porosidades. Las mazarotas se colocan sobre las partes más densas y los nudos térmicos de las piezas, en las cuales, como resultado de una solidificación lenta, se forman los rechupes y se manifiesta una aguda porosidad. El elemento que más influye en el volumen de contracción en los aceros es el carbono el cual a medida que aumenta, hace mayor la contracción. Las mazarotas se utilizan para la fabricación de acero, aleaciones no férreas, fundición nodular, fundición blanca, así como también para piezas con paredes gruesas de fundición gris. La mazarota continua alimentado material a la pieza, ya que se dispone de tal manera que la masa fundida en ellas solidifique en ultimo termino. Para este propósito el espesor de la mazarota tiene que ser mayor que el espesor del lugar de la pieza sobre el que se dispone.

Teóricamente, la mazarota debe compensar la contracción volumétrica y contener metal líquido hasta la total solidificación de la pieza, o del nudo alimentado. En los cálculos teóricos de las mazarotas, se toma en cuenta este volumen mínimo de contracción de metal líquido. Las dimensiones reales de las mazarotas dependen de su colocación y tipo. Elección del tipo y lugar de instalación de mazarota. Al elegir el lugar donde deben colocarse las mazarotas, y establecer sus tipos, la cantidad, forma y dimensiones de estas, es necesario tener en cuenta lo siguiente: 1- Los rechupes se forman en los puntos de la pieza que se enfrían último, como son, las partes más densas, los engrosamientos locales, los nudos, articulación de las paredes y también los puntos de las piezas de los que se dificulta la extracción de calor. 2- Los rechupes tienden a formarse en la parte superior de la pieza. 3- Las mazarotas que se colocan en la pieza realizan diferentes funciones entre ellas; actuar como reserva de metal líquido para las diferentes partes de la pieza hasta el fin de la solidificación, propiciar la evacuación de gases y recolectar las inclusiones no metálicas que penetran en el molde. 4- Para una acción efectiva de la mazarota, es necesario garantizar el principio de solidificación dirigida, o sea, que la temperatura aumente en el sentido de la mazarota (el metal más caliente debe estar en la mazarota). 5- Si la pieza posee varios nudos térmicos, separados por paredes finas, cada una de ellas debe tener su propia mazarota, sin embargo debe tratarse de alimentar con una mazarota el máximo de nudos posibles. 6- Para las piezas fundidas pequeñas y poco profundas de acero, el sistema de alimentación puede ser eliminado y el molde puede llenarse a través de una mazarota si la pieza fundida se llena usando una cuchara. En el caso de llenar el molde con una cuchara grande de vertido por el fondo, esto no puede hacerse debido a la alta velocidad de la corriente de metal

Pobre efecto de la mazarota (falta del efecto de hundimiento)

Experimentos

Bloques escalonados

La Figura muestra el avance de la línea de solidas en donde se puede apreciar un área encerrada al centro de la mazarota, la cual se corresponde con la fotografía de la derecha de un corte longitudinal del bloque escalonado en donde se observa un hueco en la última zona en solidificar. Componente de mezcladora de polímeros

Figura 1

figura 2

En este ejemplo de aplicación se pueden observar los resultados de modelar una situación y la ayuda que esto brinda al fundidor en lo que respecta a la optimización de alimentadores y mazarotas que hacen a la obtención de una pieza sin defectos. La pieza fue colada con pequeñas mazarotas en los sectores a y b y la pieza resultante es la correspondiente al corte de la Figura 1 con significativos rechupes en las zonas de mayor espesor. Si la pieza hubiera sido modelada desde el proceso de diseño, las mazarotas resultantes hubieran tenido las dimensiones mostradas en la Figura 4 con piezas libres de defectos.

Figura 3

Figura 4

MÉTODO DE CAINE Es un método para el cálculo del mazarotaje y que nos ayuda a determinar el tamaño de las mazarotas en la práctica industrial. Está basado en la experimentación y puede ser aplicable a todos los metales y aleaciones; se fundamenta en los principios de la Regla de Chvorinov que establece que el tiempo de solidificación de una pieza está gobernado por la relación (Volumen/Area)2, mediante el uso de la hipérbola:

Donde x se le denomina la relación de solidificación, que corresponde al tiempo relativo necesario para que se complete la solidificación; e y es la relación volumétrica, dadas por las expresiones

A es una constante característica de la solidificación; b es la contracción de solidificación líquidosólido; y c es la velocidad relativa de enfrimiento entre la mazarota y la pieza. De manera gráfica, esto se presenta en la figura 5.39 donde se puede ver que la curva expresada por la ecuación (5.36) divide la gráfica en dos regiones, una sólida que corresponde a la pieza sana y otra en donde la pieza presenta rechupe y por lo tanto es insana. Esta figura puede interpretarse como si la curva nos indicara que para un volumen dado de pieza, existe un tamaño mínimo requerido de mazarota; lo cual representa la cantidad de metal requerida para alimentar el rechupe de solidificación

La figura 5.40 coteja los resultados experimentales con los dados por la curva hiperbólica para un conjunto de piezas manufacturadas en un determinado acero, que solidifica bajo específicas condiciones de enfriamiento que siempre son las mismas. Cuando en una pieza se requieren múltiples mazarotas, la determinación del tamaño de ellas se basa en la relación Area Superficial a Volumen de la porción de la pieza alimentada por esta mazarota. Si la pieza es de forma irregular, es de esperarse que las mazarotas sean de diferentes tamaños.

Método de Caine Está basado en la experimentación y puede ser aplicable a todos los metales y aleaciones; se fundamenta en los principios de la Regla de Chvorinov que establece que el tiempo de solidificación de una pieza está gobernado por la relación, (VOLUMEN/AREA)2 mediante el uso de la hipérbola:

a es una constante característica de la solidificación; b es la contracción de solidificación líquido-sólido;c es la velocidad relativa de enfriamiento entre la mazarota y la pieza