1.-DISEO EN FUNDICIN

1.1.-DISEO.- conjunto de actividades cuya finalidad es dimensionar objetos,

considerando las partes como un todo unitario para luego plasmarlo en graficas, dibujos,

maquetas, que representen ese diseo.

CIENTFICO INGENIERO TCNICO OBRERO

1.2.-INGENIERO.- adems de aplicar la ciencia del conocimiento, es un buscador de

soluciones frente a un problema, es un diseador de procesos.

1.3.-DISEO DE PIEZAS FUNDIDAS.- debe considerar las siguientes etapas bsicas:

a.-El origen, la idea de la pieza metlica que se quiere fabricar

b.-Bosquejos, hacer los bosquejos iniciales de esa idea

c.-Bosquejo diseo de la pieza final o acabada, hacer un bosquejo con determinadas

medidas a mano alzada, que luego se debe plasmar en el plano de pieza acabada L-1.

d.-Bosquejo y diseo del modelo, que se plasma en el plano de un modelo L-2.

e.-Diseo de los sistemas de alimentacin, que se plasma en el plano L-3.

f.-Bosquejo y diseo del molde, que se plasma en el plano L-4.

DISEO DE PLANTAS DE FUNDICIN

DISEO DE EQUIPOS PARA FUNDICIN

DISEO DE PIEZAS FUNDIDAS

Describe o

investiga las

leyes del

conocimiento

Ayuda al tcnico

Ayuda al

ingeniero a

aplicar los

conocimientos

Aplica la ciencia

del

conocimiento

DISEO EN

FUNDICIN

-se basa en la necesidad insatisfecha (demanda insatisfecha) -se basa en el estudio de mercado (localizacin de mercado) -disposicin de materia prima -energa elctrica -vas de comunicacin

-volumen de produccin total y como se divide -capacidad de la planta -balance de materia y energa -volumen en funcin de cada grupo y seleccin de las partes (partes principales y accesorios)

1.4.-PRINCIPIOS DE DISEO:

a.-Principio de conocimientos

Tener conocimientos de metalrgica

Tener conocimiento de estructura metlica

Tener conocimiento de material

Tener conocimientos de fabricacin

Tener conocimiento de procesos tecnolgicos convenientes

b.-Principio de unidad

Las partes deben considerarse como un todo unitario.

c.-Principio de coherencia

Considera que todas las partes deben ser coherentes entre si al interno y al externo, debe ser

coherente con el uso que va ha tener es decir la parte debe ser integrada a un todo mayor.

d.-Principios de exactitud y de precisin

Un objeto debe ser basado a las dimensiones nominales de donde se desprende sus

tolerancias respecto a la precisin con que se desea obtener la pieza.

e.-Principio de economa

Se busca un diseo eficaz con una mejor eficiencia a menos costo y mejor calidad.

1.5.-ALGUNAS DEFINICIONES IMPORTANTES.-

a.-Bosquejos.- dibujo de la idea a mano alzada

b.-Planos.- representacin grafica de un diseo que requiere de distintas dimensiones

c.-Metrologa.- ciencia que utiliza las tcnicas de medicin y las reglas que rigen las

cantidades fundamentales: temperatura, masa, tiempo.

d.-Valor nominal.- es la cantidad que uno desea

e.-Medicin.- es la accin de comparar una medida conocida con una medida desconocida,

la medida conocida esta basada en estndares internacionales.

f.-Exactitud.- es el grado en que el valor medio coincide con el valor verdadero que la

cantidad que interesa

g.-Precisin.- grado en que se puede repetir el proceso de medicin. Ejemplo 2 de 10 datos

son precisos (el 20% de precisin)

1.6.-DISEO DE LA PIEZA ACABADA

Dibujo de detalle; tiene cotas, tolerancias, leyenda, sistema DIN ASA, vistas principales

necesarias y vistas auxiliares, vistas seccionadas, vistas de detalle, tipos de acabado

superficial

2.-DISEO DE MODELOS PARA SER UTILIZADOS EN EL MOLDEO EN

FUNDICIN

Materiales para fabricar modelos: madera, yeso, plstico, tecnopor, metales ligeros,

piezas en desuso.

2.1.-CARACTERSTICAS DE LOS MODELOS:

a.-Precisin.- se refiere a la proximidad a las medidas finales del producto (Ejem )

TIPOS DE MODELOS

ENTEROS

PARTIDOS

b.-Exactitud.- se refiere a que al solidificar la pieza se obtienen las medidas deseadas.

c.-Robustos.- que tenga suficiente resistencia mecnica (que no se deforme).

d.-Funcionales.- se refiere a que debe ser fcil de manipular, lo cual depende de su diseo.

e.-Buen acabado superficial.- la superficie debe ser muy lisa para que se pueda sacar fcil

de la arena.

f.-Econmicos.- no debe generar mas gastos de los necesarios, por ejemplo para algunas

piezas es mas barato trabajarlas sin noys y adems se pueden obtener en un tiempo mas

corto.

g.-Duraderos.- el modelo debe servir para varios usos.

2.2.-ELEMENTOS DE DISEO PARA FABRICAR MODELOS

a.-Conicidades.- se refiere a las inclinaciones de las paredes del modelo, que estarn en

contacto con las paredes del molde, que permitirn la extraccin del modelo desde el molde

(por ejemplo un molde de arena).

a.1.-Conicidad positiva.- para obtener una pieza se debe considerar una sobredimensin

debido a la contraccin, al maquinado que se le va a hacer y a la conicidad

a.2.-Conicidad media.- no se considera sobredimensin por maquinado, las otras dos si.

a.3.-Conicidad negativa.- no interesan las dimensiones ni el acabado superficial, solo

interesa la robustez.

b.-Contraccin slida.- para efectos prcticos se utiliza la contraccin lineal. En el

momento de la fundicin hay que considerar la contraccin slida para poder ser

contrarrestada mediante sobredimensionamientos del modelo.

b.1.-Contraccin slida libre y contraccin slida constreida

Por ejemplo, la contraccin slida de acero al carbono y de la fundicin gris es 1% lineal

c.-Sobre espesores por maquinado

: el modelo debe tener 3 mm de sobre espesor por maquinado

: no maquinado

d.-Agujeros

Si el dimetro es a 30 mm, entonces en los modelos van tapados, pero si dimetro

es > a 30 mm, los agujeros existen.

Si en un agujero cilndrico, la altura es mayor a 0.80 veces el dimetro interno, si se

considera noyo para el agujero. En caso contrario no usa noyo.

Contraccin constreida = centro:aire; costado: metal

Contraccin libre = centro: metal; costados: aire

2.3.-CRITERIO PARA EL DISEO DE LAS PORTADAS DE NOYOS

2.4.-DISEO DE MODELO

Aspectos generales:

Pieza acabada

a

Modelo

e= sobre espesor total

A

NOYO

a + e

3.-TIPOS DE RISERS MAZAROTAS

3.1.-RISERS ABIERTOS.- se ubica en la parte superior de la pieza y aprovechan la fuerza

de la gravedad para lograr una alimentacin forzada de la pieza.

Donde:

D: dimetro del riser mazarota

DN: dimetro del neck cuello

LN: longitud del neck cuello

H: altura del riser mazarota

3.2.-RISERS LATERALES.- se coloca a un costado de la pieza moldeada generalmente

cuando las piezas son delgadas o placas.

Donde:

T: espesor de la pieza por proteger

3.3.-RISERS CIEGOS ATMOSFRICOS.- sirven para proteger zonas difciles de

llegar en el molde.

4.-MTODOS PARA DETERMINAR EL TAMAO DE LAS MAZAROTAS

RISERS PARA PROTEGER PIEZAS FUNDIDAS DE ACERO.

Mtodo de Caine; Mtodo de Bishop; analiza el factor de forma.

Mtodo de Wlodawer; basado en el modulo de solidificacin

4.1.-MTODO DE WLODAWER.- aqu se trata de ubicar el foco de calor o parte ms

msica sobre la cual se ubica las mazarotas o risers.

Donde:

MM: modulo de solidificacin de la mazarota

MP: modulo de solidificacin de la pieza

4.2.-UBICACIN DEL FOCO DE CALOR.- (el mtodo de Heuvers o de los crculos

inscritos)

Ejemplo #1:

Inscribimos crculos y donde se ubica el circulo de mayor dimetro esta el foco de calor

Ejemplo #2

El riser o risers siempre se ubican

en los focos de calor

Ejemplo #3:

4.3.-CLCULO DEL NUMERO DE RISERS NECESARIOS

Para aceros 0.35 %C

Donde: T = espesor de la placa de la barra (T resulta ser del foco de calor)

5.-DISEO DE RISERS PARA PIEZAS FUNDIDAS DE ACERO 0.35 %C

1.-Clculo del volumen de la pieza por fundir segn datos L-1

2.-Clculo de las reas de contacto con el molde aproximado segn datos L-1

3.-Determinacin del modulo de la pieza fundida previa divisin de la pieza fundida en

partes. Utilizar la parte ms msica.

4.-Determinacin del modulo de solidificacin de la mazarota

5.-Ubicar el foco de calor y ubicar la mazarota (mtodo de Heuvers, segn vista seccionada

a partir de L-1)

6.-Clculamos el # de mazarotas adecuado para el caso

6.-DISEO DE LOS SISTEMAS DE LLENADO PARA PIEZAS FUNDIDAS DE

ACERO 0.35 %C

Puede ser 2 mas ataques, solo dividiendo el rea del canal de ataque entre 2 mas

entradas elegidas.

Una mazarota lateral y una mazarota ciega tambin puede ser utilizada como canal de

escorias durante la fundicin.

1.-Clculo del peso total que se va llenar en el molde

2.-Clculo de la altura total de la caja del molde seccin molde superior (Ho)

Si existe mazarota superior, el lmite es la superficie de la mazarota.

Si existe otra mazarota diferente no hay mazarota se toma en cuenta la parte ms

alta del modelo y el peso del material que se va a colar. Segn tablas.

3.-Clculo de la altura efectiva de llenado (Hef)

Criterios de clculo:

4.-Clculo del tiempo de colada (t)

Donde:

e: espesor promedio de la pieza (en mm)

WT: peso total por llenar (en Kg)

S (aceros): 1.3 (por el fondo); 1.4 (lateral); 1.55 (superior); para Fe gris S = 2.0

5.-Determinacin del rea de choque (AC)

El rea de choque es donde mas se restringe el flujo metlico, puede utilizarse la formula

nomogramas prcticos.

6.-Determinacin del rea del canal de ataque (ACA)

Para acero y para fundiciones el ACA = AC

b = 2a

l = b

7.-Determinacin del rea del canal de escorias (ACE)

(a) Hef = Ho (b) Hef = Ho (B2/2C) (c) Hef = Ho (C/2)

x = 10.60 (acero en general) x = 8.25 (aluminio y aleaciones)

x =5.34 (bronces y latones) x = 4.86 (F. gris)

1.5a < hCE < 3a hCE = 2a

8.-Determinacin del rea del canal de bebedero inferior (ACBI)

9.-Determinacin del rea y del dimetro del canal de bebedero superior (BS)

10.-Determinacin del volumen de la cubeta balsa (Vb)

Donde:

t: tiempo de colada

WT: peso total por llenar (Kg)

: densidad de la aleacin

r: factor de reserva para acero y Fe gris = 4.0

Considerando un factor de correccin de 25% adicional de seguridad, entonces:

Datos de tabla: l; b; h; h1; h2; r1; r2; r3; r4 y r5

7.-RISERS Y SISTEMA DE ALIMENTACIN PARA PIEZAS DE FUNDICIN

GRIS

Aqu las formas y tipos de risers as como los sistemas de alimentacin son similares que

en el caso del acero, sin embargo su dimensionamiento y distribucin requieren un

tratamiento especial dado que la fundicin gris se expande durante la solidificacin: la

autoalimentacin puede ocurrir debido al gradiente trmico y a la expansin.

El tiempo de contraccin termina con el tiempo de enfriamiento hasta la

temperatura eutctica.

Luego de llegar a la temperatura eutctica, el grafito precipita ocupando un volumen

mayor que cuando estaba disuelto en el bao liquido, se le conoce como CGE

(cantidad de grafito eutctico) y es influenciado por la CQ (composicin qumica) y

la velocidad de solidificacin.

Si el tiempo de contraccin es pequeo frente al tiempo total de solidificacin el

rechupe ser pequeo, incluso puede hasta eliminarse sin necesidad de risers.

CASO GENERAL:

TColada = 1400 C Teutctica = 1150 C

Fin de la solidificacin

(an no considera la

contraccin slida)

NOTA Para Fe gris:

Si el tiempo de vertido de colada tiene casi el mismo valor entonces ocurre o

puede ocurrir una autoalimentacin total. Esto se ha podido observar para piezas

cuyo modulo es 2.0 inclusive.

Un tiempo de colada mas largo en cuanto sea posible, es posible autoalimentar y

compensar gran parte de la contraccin a veces en su totalidad.

Esta situacin es debido al especial comportamiento de la fundicin gris durante la

solidificacin permite el diseo de mazarotas de menor tamao que en el caso

estudiado para el acero fundido.

Adems de la distancia de alimentacin de dichas mazarotas puede calcularse de

acuerdo con las siguientes expresiones:

Dnde: DM = dimetro de la mazarota

8.-DETERMINACIN DEL % CONTRACCIN Y DEL % EXPANSIN EN

PIEZAS DE FUNDICIN GRIS (uso de nomogramas experimentales)

Aqu el calculo puede realizarse conociendo la CQ (composicin qumica), temperatura de

colada, tiempo real que se empleo para verter la aleacin en el molde y el modulo de la

pieza de fundicin gris.

Ejemplo #4

Calcular la contraccin total de la plancha dada en el bosquejo, si se desea colar desde una

TC = 1300 C (145 C + Tf), siendo su CQ: 3.35 % C; 1.00 % P; 1.5 %Si; hierro gris = 7.25

g/cm3 (en molde seco y rgido)

Solucin:

1.-Clculo del modulo de solidificacin:

2.-Clculo del tiempo de vertido de colada:

3.-Determinacin del % contraccin:

Conociendo MP, Tcolada y CQ; hacemos uso del nomograma experimental A

4.-Determinacin del % autoalimentacin debido a la expansin:

Conociendo el tiempo de colada o de vertido y MP podremos estimar la autoalimentacin

debido a la expansin haciendo uso del nomograma experimental B

Para molde seco y rgido %C

= (Si fuera molde

flexible o blando, con cierta

humedad entonces %C seria

= por seguridad)

Ejemplo #5

Una plancha parecida al caso del ejemplo #1 pero de 4 cm de espesor se cuela a 1300 C

durante 18 segundos. Si la CQ es la misma del caso anterior, determine:

a.-% contraccin final total y tiempo de contraccin

b.-El grado de saturacin

c.-Autoalimento totalmente? Cual debera ser el tiempo de vertido para autoalimentar

totalmente. (el molde es seco y rgido)

Solucin:

1.-Clculo de MP:

2.-Clculo de la contraccin final total y el tiempo de contraccin:

Conociendo MP, tiempo de vertido y CQ, hacemos uso del nomograma A

El tiempo de contraccin resulta ser:

Viendo el nomograma B

Para molde seco y rgido

%C = (Si fuera molde

flexible o blando, con cierta

humedad entonces %C

seria = por seguridad)

%

% % %

%

3.-Determinacin del grado de saturacin:

Utilizando el nomograma C

9.-ALIMENTACIN CON MAZAROTAS A TRAVES DE SECCIONES MAS

DELGADAS EN PIEZAS DE FUNDICIN GRIS

A diferencia de las piezas de acero, en piezas de fundicin gris es posible alimentar las

secciones mas gruesas a travs de secciones mas delgadas. Aqu es necesario considerar

tiempo de contraccin como un porcentaje del tiempo total de solidificacin para poder

estimar el modulo mnimo (de solidificacin) de la seccin delgada.

Aqu la seccin delgada debe permanecer lquida mientras la seccin gruesa este

contrayendo. Luego cuando se inicia la expansin de la seccin gruesa, entonces la seccin

delgada ya puede solidificar sin peligro de no alimentar a la seccin gruesa a travs de ella.

Ejemplo #6

El tiempo de contraccin= x % del tiempo total de solidificacin, por eso uso del

nomograma, para el ejemplo:

Tiempo de contraccin= 60% del tiempo total de

solidificacin. Una placa gruesa cuyo modulo de

solidificacin es 3.1 cm y si su tiempo de contraccin

es del 60% el tiempo total de solidificacin, puede ser

alimentada por una mazarota a travs de una placa

delgada siempre y cuando el modulo de solidificacin

de la pieza delgada sea igual o mayor a 2.5 cm.

10.-DETERMINACIN DE DIMENSIONES DEL RISER PARA PIEZAS DE

FUNDICIN GRIS (uso de nomogramas)

Ejemplo #7

Determinar las dimensiones de la mazarota H = 2D, para una placa de F gris cuyo espesor

es de 3 cm y que pesa 120 Kg. Adems % Ctotal = 0.5% y el tiempo de contraccin es el

50% del tiempo total de solidificacin.

Solucin:

Viendo los nomogramas E MP = 1.5 cm T/2 = (3.0/2)

Aqu, del nomograma se deduce:

DM = 70 mm ; HM = 140 mm

Peso del riser 3.2 Kgf

(El resto de los clculos son parecidos al caso de los sistemas de llenado para fundiciones

de acero 0.35 % C)

Cmo mejorar el rendimiento de los risers?

Con la combinacin adecuada de enfriadores y risers conjuntos

Con el uso de materiales aislantes y exotrmicos en los risers

Uso de almas para los necks o cuellos

CASOS:

a.-material exotermico (carbn de madera, polvo de aluminio, polvo de oxido de hierro) y

material aislante (cal, chamota)

b.-manguitos aislante funda aislante

Asi se puede reducir el tamao de los risers a tal extremo que se puede lograr para el caso

del acero:

MM = 0.8 MP en vez de MM = 1.2 MP

Problema #1

a.-Disear el riser mazarota para poder obtener la pieza fundida, segn el bosquejo

siguiente:

UM: mm Material: acero Densidad: 7.86

g/cm3

700mm

800mm

2

50

mm

I

S

b.-Disear el sistema de llenado pertinente.

Basndose en los datos de los planos de pieza acabada y del modelo, seguiremos los

siguientes pasos:

Sabemos:

1.-Clculo del modulo de la pieza (MP):

2.-Clculo del modulo de la mazarota (MM):

Previa seleccin del tipo de mazarota: superior, lateral, ciega, H=D; H=2D; cul de ellas?

Se puede seleccionar en tablas, las dimensiones del tipo de riser mazarota apropiada.

Ciega: H=1.5D

3.-Clculo del # de mazarotas necesarias:

3.1.-Determinacin de la extensin del foco de calor

3.2.-# de mazarotas =

h 0.8Di sin noyo

> 30mm

4.-Clculo de altura efectiva de llenado

5.-Clculo del peso total para llenar (WT):

6.-Clculo del tiempo de colada (t):

7.-Determinacin del rea de choque (AC):

Como ACA = AC

8.-Determinacin del rea del canal de escorias (ACE):

9.-Determinacin del rea del canal de bebedero inferior (ACBI):

10.-Determinacin del rea y del dimetro del canal de bebedero superior (BS):

11.-Determinacin del volumen de la cubeta balsa (Vb):

Datos de tabla: l; b; h; h1; h2; r1; r2; r3; r4 y r5

Problema #2

a.-Disear el riser mazarota para poder obtener la pieza fundida, segn el bosquejo

siguiente:

b.-Disear el sistema de llenado pertinente.

Basndose en los datos de los planos de pieza acabada y del modelo, seguiremos los

siguientes pasos:

1.-Clculo de la contraccin total de la pieza: necesito MP, % de contraccin, tiempo de

vertido de colada, % de autoalimentacin debido a la expansin.

1.1.-Clculo del modulo de la pieza (MP):

1.2.-Clculo del % de contraccin (uso de nomograma A):

Se necesita saber MP, CQ, Tcolada, tipo de molde (seco y rgido hmedo y blando)

1.3.-Clculo del tiempo de vertido de colada:

UM: mm Material: Fe gris

Densidad: 7.25 g/cm3 CQ: 3.5 % C

0.5 % P 2.0 % Si

T colada = 1400 C

1.4.-Clculo del % de autoalimentacin (uso de nomograma B):

Se necesita saber MP, tiempo de vertido o colada

2.-Clculo del tiempo de contraccin (uso del nomograma A):

3.-Clculo de las dimensiones del riser mazarota (uso del nomograma E):

Se necesita saber MP, tiempo de contraccin, peso de pieza, %Ctotal

4.-Clculo del # de mazarotas necesarias:

4.1.-Determinacin de la extensin del foco de calor

4.2.-# de mazarotas =

4.-Ubicacin de las mazarotas

5.-Clculo de altura efectiva de llenado

6.-Clculo del peso total para llenar (WT):

7.-Clculo del tiempo de colada (t):

8.-Determinacin del rea de choque(AC):

Como ACA = AC

9.-Determinacin del rea del canal de escorias (ACE):

10.-Determinacin del rea del canal de bebedero inferior (ACBI):

11.-Determinacin del rea y del dimetro del canal de bebedero superior (BS):

12.-Determinacin del volumen de la cubeta balsa (Vb):

Datos de tabla: l; b; h; h1; h2; r1; r2; r3; r4 y r5

11.-DISEO DE MOLDES

Se necesita conocer la pieza acabada (ver L-1); el modelo de pieza (ver lamina L-2); el

sistema de alimentacin (ver lamina L-3).

Ejemplo #8

Se tiene la siguiente pieza:

Realizar la lamina L-1 (pieza acabada); considerar las vistas principales y auxiliares

necesarias.

Realizar la lamina L-2 (modelo de la pieza); considerar las vistas principales y auxiliares

necesarias.

Realizar la lamina L-3 (modelo de sistema de alimentacin de la pieza)

Realizar la lamina L-4 (molde para la pieza)