República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para La Educación Superior
Universidad Nor Oriental Gran Mariscal De Ayacucho
Núcleo El Tigre Edo Anzoátegui
Generalidades La colada o vaciado es uno de los procesos más antiguos que se conocen para trabajar los metales, es el proceso que da forma a un objeto al entrar material líquido en una cavidad formada en un bloque de arena aglomerada u otro material que se llama molde y dejar que se solidifique el líquido. En casi todos los hogares y oficinas hay numerosos objetos hechos por colada o moldeo. El automóvil normal emplea una gran variedad de piezas de diferentes materiales, hechas con diversos procedimientos de colado o vaciado. Colada continua es un procedimiento con el que se producen barras que avanzan y se solidifican a medida que se va vertiendo el metal líquido en una lingotera sin fondo, que se alimenta indefinidamente. Con este proceso se pueden formar, directamente del acero líquido, secciones semiacabadas sin tener que pasar por la fase de lingote y las etapas de recalentamiento y de laminación de desbaste.  Proceso. En una lingotera abierta por ambos extremos y enérgicamente refrigerada, se forma una capa sólida en la vena de la colada que se cuela por su interior. Se hace descender la capa sólida llena de metal líquido que se desprende de la lingotera por contracción al enfriarse, para hacer progresar en el aire la solidificación a la totalidad de la barra. Elementos principales de una instalación de colada continua de acero. 1. Cuchara de colada. (De vaciado por arriba o por el fondo) 2. Depósito distribuidor. (Asegura la perfecta separación de la escoria) 3. Lingotera. (Abierta por los dos extremos, sometida a movimiento alternativo) 4. Sección de refrigeración. (Corriente de agua o agua pulverizada) 5. Mecanismo enderezador. (Rodillos que obligan a pasar la barra entre ellos) 6. Mecanismo de corte. (Oxicorte, con varios sopletes para seccionar la barra) 7. Sistema de extracción. (Avance continuo, almacenamiento de barras). Tipos de máquinas de colada. 1. Máquina de molde recto vertical. 2. Máquina de descarga curva. 3. Máquina de molde curvado. Lingoteras: Son hechas de placas de cobre ensambladas con un espesor de 6 a 7mm, con envoltura de placas de acero para perfiles grandes y medios, y de tubos de cobre de espesor de 6 a 12 mm, con camisa externa que forma el conducto para circulación del agua, estos para perfiles pequeños. Las lingoteras fijas tienen de 1500 a 2500 mm de longitud y las lingoteras oscilantes tienen de 600 a 800mm, estas son las más usadas. El agua que realiza la refrigeración absorbe 1/3 del calor. Sobre el nivel del metal en la lingotera o a través de una ranura en la parte superior se lubrica el paso de la barra por la lingotera con aceite de colza o con cera de parafina. Movimiento oscilante de la lingotera: Permite mayores velocidades de colada. La lingotera desciende a una velocidad ligeramente superior a la de la barra, produciéndose el "deslingotado negativo". Las carreras de la lingotera están entre 10 y 60 mm, según la sección. Enfriamiento secundario: En la sección de enfriamiento la barra se solidifica totalmente, en esta sección hay una batería de boquillas que rocían con agua pulverizada la barra y grupos de rodillos guía y rodillos soportes que la conducen. El enfriamiento debe ser uniforme y el mínimo indispensable. Velocidad de extracción y capacidad de colada: Se superan los 12 m/min para secciones pequeñas. La duración de la colada en la cuchara se limita a 45 minutos con vaciado de fondo y a 75 minutos con inclinación de la cuchara. Ventajas de la colada continua: En la colada ordinaria se tienen los siguientes defectos: 1. Rechupes, uso de mazarotas, pérdidas de metal. 2. Segregaciones originan diferencias de composición entre cabecera y pie y entre paredes y centro de los lingotes. 3. Es necesario producir desbastes intermedios y lingotes cada vez mayores; por consiguiente se deben aumentar tamaños de hornos y laminadores. En la colada continua: 1. No hay rechupe porque el hueco que se produce a causa de la contracción se llena inmediatamente. 2. Se reduce la importancia de segregación transversal y desaparece la longitudinal, pues las secciones de la barra son relativamente pequeñas. 3. La colada continua es más rápida y sencilla que la colada en lingoteras, se disminuye por eso su costo de operación, se suprimen los hornos de fosa de precalentamiento de los lingotes y los trenes desbastadores. |
link de los diferentes procesos:http://www.youtube.com/watch?v=enT4FoYRJYc&noredirect=1
Procesos de Fundición y colado:
La fundición y colado es sencilla y de poco costo relativo en comparación con otros procesos. Para colar o moldear el material en forma liquida ( en el caso de los plásticos el material suele estar en forma de polvo o gránulos ), se introduce en una cavidad preformada llamada molde. El molde tiene la configuración exacta de la parte que se va a moldear o colar. Después de que el material llena el molde y se endurece o se fragua, adopta la forma del molde, la cual es la forma de la parte. Después, se rompe o se abre el molde y se saca la parte.
Los procesos de colada se usan para colar o moldear materiales como metales, plásticos y cerámicas. Los procesos de fundición y colada se pueden clasificar por el tipo de molde utilizado ( permanente o no permanente ) o por la forma en la cual entra el material al molde (colada por gravedad y fundición a presión ).
La maquina utilizada es una maquina de moldeo por inyección, la cual inyecta el plástico fundido dentro de un molde metálico. El mismo proceso básico, pero a temperaturas mas altas, produce las fundiciones a presión en una maquina para fundición a presión, la cual inyecta zinc o aluminio fundidos, por ejemplo, dentro de una matriz de acero.
Las partes producidas por los procesos de fundición o colada varían en el tamaño, precisión, rugosidad de superficie, complejidad de configuración, acabado requerido, volumen de producción y costo y calidad de la producción. El tamaño de las partes puede variar desde unos cuantos gramos para las producidas por fundición a presión hasta varias toneladas para las producidas por fundición en arena. Las tolerancias dimensionales pueden variar desde 0.127 hasta 6.35mm (0.005 a 0.250 pulg);
las partes más exactas se producen por fundición a presión moldeo en cáscara, inyección y revestimiento. Con la colada o fundición en arena o continua se producen partes menos precisas. Ahora bien, la colada continua, se utiliza para producir formas en la planta laminadora: planchas, lingotes y barra redonda, en vez de partes terminadas.
La fundición y colada: en molde a presión, en molde frío, por inyección, transferencia, vacío y revestimiento producen partes con superficies de relativa tersura. La fundición continua, en arena, centrifuga y con moldes producen las partes con máxima aspereza de superficie. Las formas mas bien sencillas se pueden producir con fundición o colada en formas, arena y continua; las configuraciones más complejas se producen por fundición por revestimiento y aprecion. La fundición a presión se considera un proceso de alto volumen de producción; la fundición en arena es un proceso de uno por uno, un tanto lento.
Es un proceso de bajo costo relativo. Sin embargo los moldes para moldeado por compresión y moldeado por inyección así como las matrices para la fundición a presión, son muy costosos.
Fundición es la acción y efecto de fundir o fundirse (derretir y licuar los metales u otros cuerpos sólidos, dar forma al metal fundido). El concepto también se utiliza para nombrar al establecimiento en que se funden los metales.
El proceso más habitual es la fundición en arena, que consiste en la colocación de un metal fundido en un molde de arena para que, una vez solidificado el metal, se pueda romper el molde y extraer la pieza fundida. Si el metal es muy pesado (como el hierro o el plomo), se cubre el molde con una chapa gruesa.
Canalización de la colada
Afecta directamente a la calidad de la fundición. Se usa mas de una boca conectándose estas con el bebedero por medio de canales pudiendo introducir el metal por varias a la vez, facilitando una solidificación direccional adecuada
Bocas y canales de coladas
Rebosaderos
Son orificios verticales que emergen a la superficie superior del molde, por los cuales asciende el metal fundido ; tienen el tamaño adecuado para que el metal contenido en ellos pueda permanecer fundido, hasta que haya solidificado y superado el periodo de máxima contracción el metal contenido en la fundición.
Se utilizan a menudo rebosaderos ciegos, que no se comunican con el exterior.
Aparte de los rebosaderos se pueden usar otros medios para realizar una solidificación adecuada aumentando el tamaño de cierta secciones que de otra manera se enfriarían rápidamente. Otro método para acelerar el enfriamiento de secciones gruesas es el uso de coquillas metálicas, siendo de dos tipos externo o interno. Estas absorben rápidamente el calor.
Hay seis tipos de procesos de colado :
· fundición en arena
· fundición en molde permanente
· fundición en matriz
· fundición por centrifugado
· fundición por revestimiento(cera perdida)
· fundición por casquete(o vaina)
Fundición:
Es la introducción de un material fundido en una cavidad previamente preparada o molde, en donde solidifica. Pueden producirse formas intrincadas de casi cualquier tamaño a partir de una material que pueda fundirse.
|Estos metales son : Hierro, acero, aluminio, bronce, cobre, latón, magnesio, zinc, etc.
Para la fundición debe fabricarse un molde con cavidad con la forma y tolerancias de la pieza ya que esta contrae cuando enfría. El material del molde debe ser refractarios y los equipos con temperatura adecuada, mas un ventero adecuado para evacuar aire y gases de fundición.
De mas esta decir que el molde debe permitir el retiro de la colada y para luego hacer operaciones de eliminación de sobrantes.
Para producir un molde la fundición de arena se comprime esta sobre un modelo de la pieza.
El metal fundido se vierte por el bebedero y entra en la cavidad controlado por la amplitud de la boca de ingreso.
Los modelos se hacen en maderas o metal ; el primero es para series limitadas al igual que para modelos muy grandes, en tanto que le segundo (metal) se hace en aluminio (mas usado) o magnesio, pero estos son difíciles de lograr con exactitud y detalle.
Las etapas que se diferencian en la fabricación de una pieza metálica por fundición en arena comprende:
- Compactación de la arena alrededor del modelo en la caja de moldeo. Para ello primeramente se coloca cada semimodelo en una tabla, dando lugar a las llamadas tablas modelo, que garantizan que posteriormente ambas partes del molde encajarán perfectamente.
Actualmente se realiza el llamado moldeo mecánico, consistente en la compactación de la arena por medios automáticos, generalmente mediante pistones (uno o varios) hidráulicos o neumáticos.
- Colocación del macho o corazones. Si la pieza que se quiere fabricar es hueca, será necesario disponer machos, también llamados corazones que eviten que el metal fundido rellene dichas oquedades. Los machos se elaboran con arenas especiales debido a que deben ser más resistentes que el molde, ya que es necesario manipularlos para su colocación en el molde. Una vez colocado, se juntan ambas caras del molde y se sujetan. Siempre que sea posible, se debe prescindir del uso de estos corazones ya que aumentan el tiempo para la fabricación de una pieza y también su coste.
- Colada. Vertido del material fundido. La entrada del metal fundido hacia la cavidad del molde se realiza a través de la copa o bebedero de colada y varios canales de alimentación. Estos serán eliminados una vez solidifique la pieza. Los gases y vapores generados durante el proceso son eliminados a través de la arena permeable
- Enfriamiento y solidificación. Esta etapa es crítica de todo el proceso, ya que un enfriamiento excesivamente rápido puede provocar tensiones mecánicas en la pieza, e incluso la aparición de grietas, mientras que si es demasiado lento disminuye la productividad . Además un enfriamiento desigual provoca diferencias de dureza en la pieza. Para controlar la solidificación de la estructura metálica, es posible localizar placas metálicas enfriadas en el molde. También se puede utilizar estas placas metálicas para promover una solidificación direccional. Además, para aumentar la dureza de la pieza que se va a fabricar se pueden aplicar tratamientos térmicos o tratamientos de compresión.
- Desmoldeo. Rotura del molde y extracción de la pieza. En el desmoldeo también debe retirarse la arena del macho. Toda esta arena se recicla para la construcción de nuevos moldes.
- Desbarbado. Consiste en la eliminación de los conductos de alimentación, mazarota y rebarbas procedentes de la junta de ambas caras del molde.
- Acabado y limpieza de los restos de arena adheridos. Posteriormente la pieza puede requerir mecanizado, tratamiento termico, etc.
Otro tipo es el modelo de plástico, que es fácil de extraer y al cual no se le adhiere la arena.
Para la colada el modelo se realiza con previsión de tolerancias por solidificación y enfriamiento resultando el modelo un poco mas grande.
Para el desmolde se realiza el modelo con un ángulo de desmolde de un grado aprox.
Fundición en molde permanente
La mayoría de las piezas por este proceso se hacen con aleaciones a base de aluminio magnesio o cobre; así como también de fundición de hierro o acero.
Es necesario mantener a estos moldes a una temperatura alta y uniforme para evitar un enfriamiento rápido del metal.
En general es necesario recubrir las superficies de la cavidad con una fina lechada de refractario para evitar la adherencia y así prolongar la vida útil del molde. Cuando se cuela fundiciones de hierro, se agrega una película adicional de negro de humo por llama de acetileno.
Un molde de metal ofrece gran resistencia a la contracción de la fundición y solo se pueden colar formas simples. Los núcleos para fundición de hierro en molde permanente se hacen de arena seca.
Debe preverse la ventilación de los moldes ya que estos no son permeables.
Hay diversas variantes del colado en molde permanente. Una es la de baño de metal que consiste en dejar el metal en el molde solidificando un casquete del espesor deseado, adyacente a la cavidad del molde. Luego se voltea el molde y se vuelca el metal sobrante obteniendo una pieza hueca.
Otra variedad utiliza un embolo que se empuja dentro de la cavidad del molde, cerrando el bebedero y desplazando el metal fundido hacia los extremos de esta.
Con este se obtiene una fina terminación y secciones delgadas.
Fundición en Matriz
La fundición en matriz difiere de la de molde permanente común en dos aspectos :
solo materiales no ferrosos
- el metal es forzado dentro del molde a presión
- Se obtienen secciones delgadas, buen acabado y larga vida útil de los moldes.
- Se utilizan aleaciones a base de zinc, cobre y aluminio.
Las matrices son de aleación de acero y costosas (entre los U$s 3000 a 10000),
pero la velocidad de producción, las excelente propiedades superficiales y la casi eliminación de máquinados y acabados la hacen muy económica para grandes cantidades.
Las máquinas de cuello de cisne son para bajos puntos de fusión como aleaciones de zinc, plomo y estaño, y se caracterizan por un tubo en forma de cuello de cisne que se sumerge en parte en el metal fundido, entrando este por una lumbrera abierta cuando el pistón se levanta para llenar el cuello de cisne.
El metal es expulsado del cuello de cisne por un embolo neumático.
Estas máquinas operan velozmente, pero solo pueden utilizarse para fundiciones de materiales de bajo punto de fusión (aleaciones a base de zinc y estaño)
Las máquinas de fundición en matriz de cámara fría, el metal para cada cola se vierte en la cámara fría poniéndose en movimiento el embolo que fuerza al metal a pasar de la cámara a la matriz, produciendo esto estructuras mas densas.
Cada carga de metal se hace manualmente, siendo considerablemente baja su productividad.
En las fundiciones en matriz las superficies tienden a ser mas duras por el enfriamiento provocado por la matriz metálico tendiendo el interior del metal a ser poroso.
Una de las características sobresalientes es la exactitud dimensional.
Fundición por centrifugado
Utiliza la fuerza centrifuga para forzar el material fundido dentro de la matriz, el cual gira axialmente a entre 300 y 3000 RPM, mientras se introduce el metal fundido.
Generalmente la forma exterior es redonda pero pueden ser hexagonales o de formas simétricas. En este tipo de fundición no se necesita molde ni núcleo para generar el interior de la colada. Cuando se usa un eje horizontal la superficie interior es siempre cilíndrica, en tanto si es vertical la superficie interior es una sección de parábola.
Cuando el metal es forzado contra las paredes solidificando primero el exterior las impurezas se agrupan en el interior por ser mas livianas eliminándoselas con un máquinado posterior. Es un proceso de producción masiva, fabricándose tubería, cañones de armas, camisas de cilindros, etc.
La fundición semicentrifugada usa esta fuerza para que el metal fundido fluya desde un deposito alimentador hacia uno o mas moldes de arena que giran alrededor del eje central, obteniéndose formas simples.
Procesos que utilizan molde de yeso y escayola
Fundición por revestimiento
Los pasos básicos son :
- Modelo patrón en metal madera o plástico
- Producción de una matriz patrón a partir del modelo (aleación o acero)
- Producir modelos de cera por inyección o presión de cera en la matriz
- Unir los modelos de cera a un bebedero común de cera obteniendo un racimo
- Recubrir el racimo con una fina capa de material de revestimiento esto se logra sumergiendo este en una lechada de refractario finamente molido.
- Verter el revestimiento final alrededor del conjunto recubierto
- Agitar la caja para eliminar el aire aprisionado y hacer depositar el material de revestimiento alrededor del conjunto.
- Dejar endurecer el revestimiento
- Fundir la cera y permitir que salga del molde (cera perdida)
- Precalentar el molde para preparar el vertido
- Verter el metal fundido
- Quitar la pieza del molde rompiéndolo
Acabado y tolerancias dimensionales excelentes.
Una de la variante propone tallar el modelo directamente en un bloque de espuma de poliuretano.
Por el proceso de fundición por revestimiento puede producirse cualquier configuración y espesor de sección.
Fundición en molde de escayola
El molde es de yeso con el agregado de talco para evitar que se quiebre, mas un agregado de un 25% de fibra para aumentar la resistencia.
Solo se utiliza este proceso para materiales de bajo punto de fusión como magnesio aluminio latón y bronce.
Diseño de Fundiciones
Deben evitarse interiores agudos ya que concentran tensiones.
Deben proveerse filetes generosos en todos los cambios de dirección y de sección, ya que estos reducen la concentración de esfuerzos y logran un enfriamiento y contracción uniformes.
Cambios bruscos de sección generan fallas durante el enfriamiento.
En la fundición en matriz es recomendable que la unión de estas sean en los bordes. Los espesores mínimos de sección de gran importancia en el diseño de cualquier tipo de fundición.
Limpieza acabado y tratamiento térmico de piezas de fundición
La limpieza y el acabado de la pieza de fundición involucran todos o varios de estos procesos:
- Quitar los núcleos
- Eliminación de agujeros y alimentadores
- Eliminar las escamas y rugosidades de la superficie
- Limpiar la superficie
- Reparar los defectos
En las fundiciones de no ferrosos y fundición de hierro, se sacan por medio de una piedra de abrasivos o por sierras de arco o continuas. En piezas de acero, especialmente las grandes se eliminan los agujeros y rebosaderos por medio de una llama de oxiacetileno.
En la limpieza de la s piezas se usan cinceles neumáticos, amoladoras de mano o de pedestal. La limpieza superficial se logra por algún tipo de proceso de chorro
con una sustancia abrasiva como la arena transportada con aire o con algún fluido.
Para corrección de pequeños defectos en las de acero se usa soldadura de arco.
Las piezas de fundición de acero se la somete casi siempre a un tratamiento de recocido.
Tipos de modelos
Hay seis tipos:
Los modelos de una pieza o sólidos:
Los modelos divididos son de amplio uso cuando deben producirse cantidades moderadas de fundiciones
- Preparación y control de la arena
- Debe ser altamente refractaria
- Debe ser lo suficientemente cohesiva de modo de retener la forma
- Debe ser permeable para permitir el escape de gase
- Debe aplastarse para permitir la contracción del metal.
La arena provee las cualidades refractarias. La adherencia esta provista por la arcilla húmeda y la permeabilidad depende las partículas de arena y de contenido de arcillo. El aplastamiento es el resultado de la presencia de cereales y otros materiales orgánicos que se queman al ser expuestos al metal caliente reduciéndose
- la resistencia de la arena.
- La arena moldeo contiene :
- 8 a 14% de arcilla
- 4 a 8 % de humedad
Estas son mas uniformes que las naturales y mas permeables y refractarias, pero si no son estrechamente controladas el moldeo manual es mas difícil.
Para fundiciones pequeñas es conveniente el uso de arena de grano fino. Para fundiciones mas grandes es casi imprescindible usar una arena de grano mas grueso para mayor permeabilidad.
Para lograr una buena terminación superficial se usa un material especial para superficie aplicado al modelo antes de agregar arena común de moldeo, este puede ser grafito o una lechada de arcilla. A menudo se tamiza sobre le modelo una arena de superficie especial, antes de colocar la arena común.
Para permitir la separación de las distintas secciones del molde y para poder quitar el modelo sin que se adhiera la arena de moldeo, se usa un material separador. Se rocía con el modelo antes de colocar cualquier tipo de arena en el recipiente. Un adecuado material separador son las cascaras de nuez molida, espolvoreada sobre la superficie.
Acondicionamiento y control de la arena
Se colocan todos los ingredientes en una moleta donde se mezclan bien. Cada grano de arena debe estar recubierto de arcilla para proveer la máxima adhesividad; y se agrega para agua para obtener la humedad necesaria.
Para una mezcla satisfactoria se necesitan de 2 a 5 minutos.
Los factores principales a controlar son :
· Tamaño de grano
· Humedad
· contenido de arcilla
· dureza del molde
· permeabilidad
· resistencia
El contenido de arcilla se determina lavando la arcilla de una muestra de 50 g de arena de moldeo con agua que contiene suficiente hidróxido de sodio. La arena se seca y se pesa.
La dureza del molde se prueba por medio de instrumental, el método consiste en determinar el tiempo necesario para forzar el paso de 200 cm3 de aire a través de la muestra de arena. La prueba de resistencia se hace sobre una muestra de arena apisonada que se ha sacado del tubo de metal en el que se la comprime.
La prueba continua hasta que la muestra se rompe.
Moldeado:
El proceso para producir piezas u objetos útiles con metal fundido se le conoce como proceso de fundición. Este proceso se ha practicado desde el año 2000 ac. Consiste en vaciar metal fundido en un recipiente con la forma de la pieza u objeto que se desea fabricar y esperar a que se edurezca al enfriarse.
Para lograr la producción de una pieza fundida es necesario hacer las siguientes actividades:
- Diseño de los modelos de la pieza y sus partes internas
- Diseño del molde
- Preparación de los materiales para los modelos y los moldes
- Fabricación de los modelos y los moldes
- Colado de metal fundido
- Enfriamiento de los moldes
- Extracción de las piezas fundidas
- Limpieza de las piezas fundidas
- Terminado de las piezas fundidas
- Recuperación de los materiales de los moldes
Moldes temporales
Los recipientes con la forma deseada se conocen como moldes, éstos se fabrican de diferentes materiales como: arena, yeso, barro, metal, etc. Los moldes pueden servir una vez o varias. En el primer caso se les conoce como moldes temporales y los que se pueden utilizan varias veces, se les conoce como moldes permanentes.
Modelos desechables y removibles
Los moldes se fabrican por medio de modelos los que pueden ser de madera, plástico, cera, yeso, arena, poliuretano, metal, etc. Si los modelos se destruyen al elaborar la pieza, se dice que éstos son disponibles o desechables y si los modelos sirven para varias fundiciones se les llama removibles.
Fundición en moldes de arena
Uno de los materiales más utilizados para la fabricación de moldes temporales es la arena sílica o arena verde (por el color cuando está húmeda). El procedimiento consiste en el recubrimiento de un modelo con arena húmeda y dejar que seque hasta que adquiera dureza.
Fundición en moldes de capa seca
Es un procedimiento muy parecido al de los moldes de arena verde, con excepción de que alrededor del modelo (aproximadamente 10 mm) se coloca arena con un compuesto que al secar hace más dura a la arena, este compuesto puede ser almidón, linaza, agua de melaza, etc. El material que sirve para endurecer puede ser aplicado por medio de un rociador y posteriormente secado con una antorcha.
Fundición en moldes con arena seca
Estos moldes son hechos en su totalidad con arena verde común, pero se mezcla un aditivo como el que se utiliza en el moldeo anterior, el que endurece a la arena cuando se seca. Los moldes deben ser cocidos en un horno para eliminar toda la humedad y por lo regular se utilizan cajas de fundición, como las que se muestran más adelante. Estos moldes tienen mayor resistencia a los golpes y soportan bien las turbulencias del metal al colarse en el molde.
Fundición en moldes de arcilla
Los moldes de arcilla se construyen al nivel de piso con ladrillos o con materiales cerámicos, son utilizados para la fundición de piezas grandes y algunas veces son reforzados con cajas de hierro. Estos moldes requieren mucho tiempo para su fabricación y no son muy utilizados.
Fundición en moldes furánicos
Este proceso es bueno para la fabricación de moldes o corazones de arena. Están fabricados con arena seca de grano agudo mezclado con ácido fosfórico, el cual actúa como acelerador en el endurecimiento, al agregarse a la mezcla una resina llamada furánica. Con esta mezcla de ácido, arcilla y resina en dos horas el molde se endurece lo suficiente para recibir el metal fundido.
Fundición con moldes de CO2
En este tipo de moldes la arena verde se mezcla con silicato de sodio para posteriormente ser apisonada alrededor del modelo. Una vez armado el molde se inyecta bióxido de carbono a presión con lo que reacciona el silicato de sodio aumentando la dureza del molde. Con la dureza adecuada de la arena del molde se extrae el modelo, si este fuera removible, para posteriormente ser cerrado y utilizado.
También los procesos de moldeo pueden ser clasificados por el lugar en el que se fabrican.
- Moldeo en banco. Este tipo de moldeo es para trabajos pequeños y se fabrican en un banco que se encuentre a la mano del trabajador.
- Moldeo de piso. Para piezas grandes en las que su manejo es difícil y no pueden ser transportadas de un sitio a otro.
- Moldeo en fosa. Cuando las piezas son extremadamente grandes y para su alimentación es necesario hacer una fosa bajo el nivel medio del piso.
Ventajas de los modelos desechables
- Para la fabricación de moldes sin máquinas de moldeo se requiere menos tiempo.
- No requieren de tolerancia especiales.
- El acabado es uniforme y liso.
- No requiere de piezas sueltas y complejas.
- No requiere de corazones
- El moldeo se simplifica notablemente.
Desventajas de los modelos desechables
- El modelo es destruido en el proceso de fundición.
- Los modelos son más delicados en su manejo.
- No se puede utilizar equipo de moldeo mecánico.
- No se puede revisar el acabado del molde.
Partes de un molde
- Vasija de vaciado. Entrada del metal fundido al molde.
- Bebedero. Conducto por el cual baja el metal fundido para la alimentación del metal al molde.
- Corredor alimentador. Vasija inferior que permite la entrada del material a la cavidad. En algunos caso se coloca un rebosadero antes del corredor alimentador para que se atrape la escoria o partículas extrañas del metal fundido.
- Rebosaderos. Son espacios que pueden ser ciegos o abiertos y que sirven para permitir que la escoria del material fundido flote y sea atrapada. También sirven para conocer si el material llenó en su totalidad la cavidad del molde.
Tolerancias en los modelos
En el diseño de los modelos que se utilizan para construir un molde es necesario tener en consideración varias tolerancias.
- Tolerancia para la contracción. Se debe tener en consideración que un material al enfriarse se contrae dependiendo del tipo de metal que se esté utilizando, por lo que los modelos deberán ser más grandes que las medidas finales que se esperan obtener.
- Tolerancia para la extracción. Cuando se tiene un modelo que se va a remover es necesario agrandar las superficies por las que se deslizará, al fabricar estas superficies se deben considerar en sus dimensiones la holgura por extracción.
- Tolerancia por acabado. Cuando una pieza es fabricada en necesario realizar algún trabajo de acabado o terminado de las superficies generadas, esto se logra puliendo o quitando algún material de las piezas producidas por lo que se debe considerar en el modelo esta rebaja de material.
- Tolerancia de distorsión. Cuando una pieza es de superficie irregular su enfriamiento también es irregular y por ello su contracción es irregular generando la distorsión de la pieza, estos efectos deberán ser tomados en consideración en el diseño de los modelos.
- Golpeteo. En algunas ocasiones se golpean los modelos para ser extraídos de los moldes, acción que genera la modificación de las dimensiones finales de las piezas obtenidas, estas pequeñas modificaciones deben ser tomadas en consideración en la fabricación de los modelos.
Retoque del molde
Hecho el molde es necesario levantar la caja extraer el molde , perfilar y acentar las partes arrancadas , colocar los eventuales machos destinados a formar los huecos en el interior de las piezas , y volverlo a cerrar , incluso en los moldes de coquilla hay que colocar los machos (metálicos o de arena antes de cerrarlos de nuevo) .Esta operación recibe el nombre de retoque de molde o recomposición de la forma.
Desmoldeo
Cuando la pieza se ha solidificado y enfriado hasta el punto de poder ser manipulada sin peligro , se procede al desmoldeo , bien se trate de coquillas o de cajas . Para realizar esta operación , después de levantar la caja se rompe el molde de arena con martillos o barras adecuadas . Los moldes permanentes de yeso y las coquillas metálicas solo han de abrirse ya que , después de sacada la pieza , deben ser utilizados nuevamente.
Acabado . La pieza extraída del molde está áspera , tiene incrustaciones de arena y las rebabas que corresponden a las juntas de la caja o de la coquilla y lleva unidos todavía bebederos , cargadores y mazarotas. Es necesario pulir la pieza , desprender los bebederos y los cargadores , desbarbarla , limpiarla con el chorro de arena etc. , al objeto de mejorar su aspecto y hacerla apta para los procesos sucesivos.
Proceso de cortes de metales:
Los materiales duros se han usado para cortar o deformar otros metales durante miles de años. Si embargo, en los últimos 150 años se han inventado o desarrollado mejores materiales. Por lo general, a medida de que se descubrieron mejores materiales, se construyeron máquinas herramientas más grandes y potentes con las que se pudo producir piezas con mayor rapidez y economía.
1. Aceros al alto carbón
Los aceros al alto carbón o carbono, se han usado desde hace mucho tiempo y se siguen usando para operaciones de maquinado de baja velocidad o para algunas herramientas de corte para madera y plásticos. Son relativamente baratos y de fácil tratamiento térmico, pero no resisten usos rudos o temperaturas mayores de 350 a 400 °C . Con acero al alto carbono se hacen machuelos, terrajas, rimas de mano y otras herramientas semejantes.
Los aceros de esta categoría se endurecen calentándolos arriba de la temperatura crítica, enfriándolos en agua o aceite, y templándolos según se necesite. Cuando se templan a 325 °F la dureza puede llegar hasta 62-65 Rockwell C. Las herramientas de corte de acero al alto carbón se nitruran con frecuencia a temperaturas que van de 930 a 1000 °F (500-540 °C) para aumentar la resistencia al desgaste de las superficies de corte, y reducir su deterioro.
Nótese que las herramientas de corte de acero al alto carbón endurecido deben mantenerse frías mientras se afilan. Si aparece un color azul en la parte que se afila, es probable que se haya reblandecido la herramienta y el filo no soporte la fuerza que se genera en el corte.
2. Acero de alta velocidad
La adición de grandes cantidades de Tungsteno hasta del 18%, a los aceros al carbono les permite conservar su dureza a mayores temperaturas que los aceros simples al carbón, a estos aceros con aleación de menor del 20% de Tungsteno se les conoce como aceros de alta velocidad. Estas herramientas mantienen su filo a temperaturas hasta de 1000 a 1100 °F (540-590°C), lo que permite duplicar, en algunos casos, su velocidad de corte. También aumentan la duración y los tiempos de afilado, con todas estas ventajas se logró el desarrollo de máquinas herramientas más poderosas y rápidas, lo que generó mayor productividad.
El acero Básico 1841 (T-1) contiene el 10.5% de tungsteno, 4.1% de cromo, 1.1% de vanadio, de 0.7 a 0.8 % de carbono, 0.3 % de manganeso, 0.3% de silicio y el resto de hierro. Se han desarrollado variantes de esta aleación, las cuales tienen cobalto y de 0.7 a 0.8 % de molibdeno. Al aumentar el contenido de vanadio al 5%, se mejora la resistencia al desgaste. Los aceros de afta velocidad al tungsteno tienen hasta 12%, 10% de cobalto, en ese caso se llaman aceros de super alta velocidad o aceros de alta velocidad al cobalto, porque aumenta la resistencia al calor.
Los aceros de alta velocidad al molibdeno contienen tan solo de 1.5 a 6.5 % de tungsteno, pero tienen de 8 a 9 % de molibdeno, 4 % de cromo y 1.1 % de vanadio, junto con 0.3% de silicio e igual cantidad de manganeso, y 0.8% de carbón. Los aceros de alta velocidad al molibdeno - tungsteno, que también se conocen como aceros 55-2, 86-3 y 66-4, contienen aproximadamente 6 % de molibdeno, 6 % de tungsteno y vanadio en proporciones que van del 2 al 4 %, aproximadamente.
Los aceros de alta velocidad se usan para herramientas de corte de aplicación a materiales tanto metálicos como no metálicos.
3. Aleaciones coladas
El término aleación colada o fundida se refiere a materiales constituidos por un 50% de cobalto, 30% de cromo, 18% de tungsteno y 2% de carbono. Las proporciones de esos metales no ferrosos varía, pero el cobalto es el material dominante y las herramientas hechas de estas aleaciones, con frecuencia se les llama "Stellite", permanecen duras hasta 1500 °F. Su dureza aproximada es 60 a 62 Rockwell C. Esta herramientas se funden y moldean a su forma.
Por su capacidad de resistir calor y abrasión, las aleaciones coladas se usan para ciertas partes de motores y turbinas de gas, y para herramientas de corte. También son muy resistentes a la corrosión y permanecen tenaces hasta 1500 °F (815 °C), pero son más frágiles que los aceros de afta velocidad. También se les conoce como herramientas de carburo sintetizado, son capaces de trabajar a velocidades de corte hasta tres veces las del acero de alta velocidad.
El ingrediente principal es el polvo de carburo de tungsteno, que se compone del 95 % de tungsteno y 55 de carbono finamente pulverizados. Estos dos materiales se calientan y se combinan, formando partículas extremadamente duras de carbono y tungsteno. Este carburo se mezcla con un 5 a 10 % de cobalto en polvo, que funciona como aglomerante, y una pequeña cantidad de parafina. La mezcla a la que también se le puede agregar un poco de carburo de titanio para variar las características de la herramienta. La herramienta se presinteriza calentándola a 1500 °F para quemar la cera. A continuación se sintetiza a 2500- 2600 °F. En este punto el cobalto se funde y funciona como aglomerante formando una matriz que rodea las partículas de carburo, que no se funden.
La cantidad de cobalto que se usa para aglomerar los carburos afecta la tenacidad y resistencia al choque, pero no san tan duras.
Las herramientas de carburo se dividen en dos categorías principales. Una de ellas se compone de las de carburo de tungsteno simple que son duras y tienen buena resistencia al desgaste. Son las más adecuadas para maquinar fierro colado, metales no ferrosos y algunos materiales no metálicos abrasivos. Los tipos más duros de carburos también se pueden emplear para dados de herramientas y otras aplicaciones en las que sea importante la resistencia al desgaste y los choques impuestos sean pequeños.
La segunda categoría (clase 58) comprende las combinaciones de carburo de Tungsteno y de titanio. Esos carburos se usan por lo general para maquinar acero, son resistentes a despostillamiento, que es un problema serio cuando se usa carburo de tungsteno para maquinar acero.
4. Herramientas de cerámica
Las herramientas de cerámica para corte se fabrican con polvo de óxido de aluminio, compactado y sintetizado en formas de insertos triangulares, cuadrados o rectangulares. Se pueden sintetizar sin aglomerante o con pequeñas cantidades de algún vidrio. Se han estado usando durante tan solo de 30 a 35 años y no se pueden emplear con eficacia en máquinas herramientas de baja potencia. Se necesitan máquinas muy rígidas y de gran potencia para aprovechar la resistencia al calor dureza de estos materiales.
Las herramientas de cerámica son muy duras, y son químicamente Inertes, pero son más frágiles o quebradizas que los carburos u otros materiales. Los Insertos de cerámica para herramienta se pueden fabricar con los métodos de prensado en frío o prensado en caliente, las herramientas prensadas en frío se compactan a una presión de 40,000 a 50,000 psi y a continuación se sintetizan a temperaturas de 2000 a 3000 °F (1,100 a 1,650 °C). Los insertos de cerámica prensados en caliente se sintetizan estando a presión, y son más densos. La resistencia a la compresión de las herramientas de cerámica es muy alta, y tienen baja conductividad térmica. Como son bastante frágiles, deben estar muy bien soportadas en portaherramientas, porque se pueden romper o dañar con facilidad si la máquina vibra. Las herramientas de cerámica son muy resistentes al desgaste, y en la máquina adecuada se pueden trabajar al doble de la velocidad de corte que las en las máquinas con herramientas de carburo. En algunos casos, hasta se pueden trabajar a mayores velocidades. Las herramientas de cerámica no se deben utilizar para cortes interrumpidos.
En los últimos años los diamantes se han usado más como herramientas de corte de punta, son particularmente eficaces cuando se usan con alto contenido de silicio. Un ejemplo de la utilización eficaz de los diamantes es la producción en masa de los pistones para automotores, con ello se ha logrado aumentar notablemente la cantidad de piezas fabricadas con grandes tolerancias de control. Aunque los diamantes como herramientas son caros la producción masiva y su alto grado de precisión los justifica.
Una condición grave es cuando se provoca el choque térmico al introducir bruscamente la herramienta en líquidos enfriados después de elevar su temperatura durante el afilado.
Fluidos De Corte
Durante el proceso de maquinado se genera fricción y con ello calor, lo que puede dañar a los materiales de las herramientas de corte por lo que es recomendable utilizar fluidos que disminuyan la temperatura de las herramientas. Con la aplicación adecuada de los fluidos de corte se disminuye la fricción y la temperatura de corte con lo que se logran las siguientes
Ventajas económicas
- Reducción de costos
- Aumento de velocidad de producción
- Reducción de costos de mano de obra
- Reducción de costos de potencia y energía
- Aumento en la calidad de acabado de las piezas producidas
Características de los líquidos para corte
- Buena capacidad de enfriamiento
- Buena capacidad lubricante
- Resistencia a la herrumbre
- Estabilidad (larga duración sin descomponerse)
- Resistencia al enranciamiento
- No tóxico
- Transparente (permite al operario ver lo que está haciendo)
- Viscosidad relativa baja (permite que los cuerpos extraños la sedimentación)
- No inflamable
Principios de funcionamiento de la maquina taladradora:
La taladradora es una máquina eléctrica destinada a perforar todo tipo de materiales, siempre que se respeten ciertos criterios técnicos y que se utilice adecuadamente: selección de brocas, velocidad de perforación, percusión...
La taladradora puede recibir múltiples adaptadores que hacen de ella una herramienta multifuncional: lijadora, lustradora, fresadora, atornilladora...
proceso de cepillado:
Los cepillos de codo son también conocidos como máquinas mortajadoras horizontales, pueden trabajar piezas de hasta 800mm de longitud y generan acabados de desbaste (Ñ ) o de afinado (Ñ Ñ ).
La cepilladora: para metales se creó con la finalidad de remover metal para producir superficies planas horizontales, verticales o inclinadas, dónde la pieza de trabajo se sujeta a una prensa de tornillo o directamente en la mesa. Las cepilladoras tienen un sólo tipo de movimiento de su brazo o carro éste es de vaivén, mientras que los movimientos para dar la profundidad del corte y avance se dan por medio de la mesa de trabajo.
Los cepillos emplean una herramienta de corte de punta, semejante a la del torno. Ésta herramienta se fija a un portaútilies o poste, fijado a su vez a una corredera o carro, como ya se mencionó, esta tiene movimiento de vaivén, empujando la herramienta de corte de un lado a otro de la pieza. La carrera de la corredera hacia adelante es la carrera de corte. Con la carrera de regreso, la herramienta regresa a la posición inicial. Cuando regresa, la mesa y la pieza avanzan la cantidad deseada para el siguiente corte, es decir, un arete (carro) impulsa la herramienta de corte en ambas direcciones en un plano horizontal, con un movimiento alterno. Éste movimiento rectilíneo alternativo comprende una carrera activa de ida, durante la cual tiene lugar el arranque de viruta, la carrera de retorno pasiva en vacío.
Mecanismos De Transmisión Del Cepillo
Para el vaivén del carro se usa una corredera oscilante con un mecanismo de retorno rápido.
El balancín pivotado que está conectado al carro, oscila alrededor de su pivote por un perno de cigüenal, que describe un movimiento rotatorio unido al engranaje principal. La conexión entre el perno de cigüeñal y el balancín se hace a través de un dado que se desliza en una ranura en el balancín y está movido por el perno del cigüeñal. De ésta manera, la rotación del engranaje principal de giro mueve el perno con un movimiento circular y hace oscilar al balancín. El perno está montado sobre un tornillo acoplado al engranaje principal de giro, lo que permite cambiar su radio de rotación y de ésta forma variar la longitud del recorrido del carro portaherramienta. El recorrido hacia adelante o recorrido cortante, requiere una rotación de unos 220º del engranaje principal de giro, mientras que el recorrido de vuelta requiere solamente 140º de rotación. En consecuencia la relación de tiempos de recorrido cortante a recorrido de retorno es del orden de 1.6 a 1. Para poder usar varias velocidades de corte, existen engranajes apropiados de transmisión y una caja de cambios, similar a la transmisión de un automóvil.
Como una pieza de trabajo, grande y pesada y la mesa deben ser movidos a baja velocidad por su peso, las cepilladoras tienen varios cabezales para poder efectuar varios cortes simultáneamente por recorrido y aumentar así la productividad de la máquina. Muchas cepilladoras modernas de gran tamaño llevan dos o más herramientas por cabezal puestas de tal forma que se colocan automáticamente en posición, de tal forma que el corte se realiza en ambas direcciones del movimiento de la mesa. Éste tipo de disposición aumenta obviamente la productividad de la cepilladora.
A pesar de que las cepilladoras se usan comúnmente para maquinar piezas de gran tamaño, también se utilizan para maquinar simultáneamente un número de partes idénticas y menores, que se pueden poner en línea sobre la mesa.
El tamaño de un cepillo está determinado por la longitud máxima de la carrera, viaje o movimiento del carro. Por ejemplo, un cepillo de 17” puede maquinar un cubo de 17”.
Planeado:
La aplicación más frecuente de fresado es el planeado que tiene por objetivo conseguir superficies planas. Para el planeado se utilizan generalmente fresas de planear de plaquitas intercambiables de metal duro, existiendo una gama muy variada de diámetros de estas fresas y del número de plaquitas que monta cada fresa. Los fabricantes de plaquitas recomiendan como primera opción el uso de plaquitas redondas o con ángulos de 45º como alternativa.
Proceso de torneado:
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