Moldeo y Colada Final

FACULTAD DE INGENIERÍA

MECÁNICA2do Informe de Laboratorio

Moldeo y Colada

.UNIVERSIDAD NACIONAL DE

INGENIERÍA

Especialidad Código Firma

M4 20111244J

Procesos de Manufactura

Especialidad Código Firma

M4 20111244J

Este Trabajo va dedicado para todas aquellas personas que hicieron posible la realización de éste y a nuestra Alma Mater, UNI.


Índice

ContenidoOBJETIVOS........................................................................................................4FUNDAMENTO TEORICO…………………………………………………………...5EQUIPOS Y MATERIALES...............................................................................12PROCEDIMIENTO............................................................................................14CALCULOS Y GRAFICOS................................................................................17CUESTIONARIO...............................................................................................24CONCLUSIONES..............................................................................................27OBSERVACIONES...........................................................................................27RECOMENDACIONES.....................................................................................28BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................29


OBJETIVOS

El presente laboratorio tiene como objetivos:

El presente laboratorio tiene como finalidad verificar el coeficiente de

contracción del aluminio (obtener el real).

También verificar los cálculos relativos a la ubicación del bebedero,

mazarotas.

Calcular el empuje metalostático para que no tenga defectos la

fundición.


FUNDAMENTO TEÓRICO

FUNDICIÓN

• Es el 1er proceso de conformado de los metales

• Bajo costo de fabricación.

• Aplicado en piezas de forma compleja o de gran volumen

• Presentan estructura granular equiaxial (grano no deformado).

Horno de arco eléctrico

Estructura Granular del acero bajo C%

Colada


SOLIDIFICACIÓN

Contracción volumétrica de metales, en el proceso de enfriamiento

Metal

Temperatura Fusión Contracción volumétrica %

(ºC) Sólido Solidificación Líquida

Aluminio 660 5,6 7 1,2Fundición hierro

gris 1200 3 1,8

Fundición acero bajo carbono 1458 7,2 3 0,9

Cobre 1084 7,5 4,5 0,8

Bronce (Cu-Sn) 1010 6 5,5

CURVA DE ENFRIAMIENTO DEL ALUMINIO

Volumen especifico (cm3/g) VS Temperatura (ºC)

0.36

0.37

0.38

0.39

0.4

0.41

0.42

0.43

0.44

0 200 400 600 800 1000

Temperatura ( ºC )

Volu

men

espe

cifico

( cm

3/g )


CURVA DE ENFRIAMIENTO DE UNA ALEACIÓN

MODELO

Es un prototipo de la pieza con dimensiones corregidas, por:

1. Acabado superficial; dejar material para retirarlo en proceso de acabado, en forma de viruta.

2. Contracción térmica; para compensar la contracción que el material experimenta al enfriarse desde la temperatura de fusión hasta la temperatura ambiente, a las dimensiones de la pieza se le incrementa la contracción del metal en la fase sólida.

3. Angulo de salida, se aplica sólo a los modelos permanentes, para poder retirarlo del molde sin averiarlo.

Para facilitar su retiro el modelo debe tener una conicidad en la dirección que se retirara.


TIPOS DE MAZAROTAS

COMPONENTES DE UN MOLDE EN ARENA

MAZAROTA O ALIMENTADOR

Objetivo: evitar que el vacío o rechupe, generado por la contracción del metal al pasar de la fase liquida a la fase sólida, llegue a la pieza.


Requisitos que debe cumplir la mazarota:

1. Ser la última en solidificar

2. Estar ubicada en las zonas de mayor masa (puntos calientes)

3. Tener el volumen suficiente para compensar la contracción de solidificación de la pieza y de ella misma.

4. Su ubicación debe garantizar, mantener una presión hidrostática para transferir el metal líquido de la mazarota a la pieza.

FORMA DE LA MAZAROTA

La forma ideal es una esfera.La forma práctica es cilíndrica; con R/D = 0.6 á 1.8


DISEÑO DEL PRODUCTO

Para una fundición fácil y eficiente, facilite la producción del molde:

• Evitar complejidades innecesarias, reducir el uso de corazones.

• Debe evitarse esquinas y ángulos agudos

Cambio de diseño para eliminar la necesidad de usar un corazón: (a) diseño original y (b) rediseño

DEFECTOS COMUNES EN PIEZAS OBTENIDAS POR FUNDICIÓN

(a) llenado incompleto, (b) junta fría, (c) gránulos fríos, (d) cavidad por contracción, (e) microporosidad y (f) desgarramientos caliente


DEFECTOS COMUNES EN PIEZAS OBTENIDAS POR FUNDICIÓN EN MOLDES DE ARENA


EQUIPOS Y MATERIALES

EQUIPO

Modelos Caja de moldeo

Tabla de moldeo

Herramientas de un moldeo


T

Talco o grafito

Ductos para bebederos

Arena de moldeo


I. PROCEDIMIENTO:

1. Se selecciona la caja de acuerdo al tamaño del modelo.

2. Colocar en la tabla de moldeo la mitad inferior de la caja de

moldeo ( previamente verificar y/o colocar un indicador para la

posición de las asas )

3. Ubicar el modelo (si es entero) o la mitad del modelo (si es

partido) en el centro de la caja.

4. Cubrir con talco o grafito la superficie del modelo.

5. Agregar la arena de contacto (arena tamizada) aproximadamente

que tape 5 cm al modelo.

6. Presionar manualmente la arena con la finalidad de aplicar la

propiedad plástica de la arena.

7. Llenar la caja con arena de relleno y compactar con los

atacadores.

8. Enrasar con una regla, voltear la caja y colocar la caja superior


9. Colocar la otra mitad del modelo (si es modelo partido).

10.Ubicar el bebedero y la mazarota en las posiciones elegidas y se

procede tal como en la caja inferior.

11.Una vez terminado el moldeo, se extraen los ductos del bebedero

y mazarotas (si es que estas no son ciegas), se procede hacer la

copa del bebedero.


12. Abrir la caja, extraer el modelo y colocar el ó las almas si es

que las tienen, también hacer el conducto de colada y los de las

mazarotas.

13.Cerrar la caja teniendo cuidado que los indicadores de posición

de las cajas coincidan.

14.Con las agujas respectivas hacer los orificios para ayudar a la

permeabilidad y colocar su caja en la zona de colada.


15.Tomar la temperatura de colada, sacar el producto y tomar las

medidas obtenidas en su producto.

CÁLCULOS Y GRÁFICAS

CARACTERISTICAS DEL MODELO

Densidad = 0.0027 gramos por milímetro cubico Área del modelo=133.48*2+53.3406+41.07+1.2*2*3.5=369.77

cm2=36977.06 mm2

Volumen del modelo=133.48 * 1.2 = 160.176 cm3 = 160176.1011 mm3

Masa del modelo=0.0027*160176.1011=432.4755 gr El Bebedero: Es de forma de tronco cónica es de esa forma para evitar

la turbulencia y tiene un diámetro de 12mm y un Angulo de salida 2º Canal de alimentación:

Sección rectangular de lado 18mm con una longitud de 55mm


REGLA DE CHVORINOV

TSFM : Tiempo de solidificación de una piezaK : Constante de moldeV : Volumen de la piezaA : Área de la pieza

PARA UNA MAZAROTA CILINDRICA

Vm: Volumen de la mazarotaD: Diámetro de la mazarotar: Relación por la altura de la caja H/D =1

De la relación de chvorinov tenemos que asegurar tsfm >tsfp , por lo que se asume un 50% más , entonces:

Se obtiene: M=VA

= r . D2+4 r


M=VA

=160176.101136977.06

=4.33mm

Utilizando la relación de chvorinov para (r=1) “Aplanado”

D6

=√1.5∗4.33

D=31.8189mm≈32mm

H=32mm

CALCULO DE LA CANTIDAD DE METAL QUE SE NECESITA PARA LLENAR EL MOLDE

A 25ºC ρa=2.7 grcm3

V a=1ρa

=0.3704 cm3

gr

0.36

0.37

0.38

0.39

0.4

0.41

0.42

0.43

0.44

0 200 400 600 800 1000

Temperatura ( ºC )

Volu

men

espe

cifico

( cm

3/g )


De la siguiente Tabla:

v fs = va

1−contra . solida = 0.370371−5.6 %=0.392 cm3

gr

v fl = v fs

1−contra . solidificacion =

0.3921−7% =0.422cm3

gr

vc = v fl

1−contra .liquida =

0.4221−1.2 %=0.427cm3

gr

Esquema grafico de los valores aprox de Vfl,Vc,Vfs,Va


Luego se sabe:

ρc=1V c

=2.342 grcm3

Usando el concepto de masa

El volumen del bebedero y del canal de alimentación se estima en 10% del volumen de la pieza

V c=V p+V B+V c+V m=1.1V p+V m=1.1∗160.176+ π4∗D2∗H

Vc=1.1∗160.176+ π4∗3.22∗3.2

Vc=201.9295 cm3

Reemplazando en la fórmula de la masa

m=2.342∗201.9295=472.919gr ≈0.473 Kg

CÁLCULO DEL EMPUJE METALOSTATICO QUE SOPORTA LA CAJA SUPERIOR

Cuando se realiza la colada, ocurre una serie de acciones como son, la presión ejercida del metal liquido sobre las paredes del molde y los cuerpos ubicados dentro del mismo como son las almas o machos, esto es el empuje metalostatico

E : Empuje metalostaticoρ : densidad del líquido (gr/cm3)γ : Peso específico del líquido (N/cm3)


Cálculo del volumen sumergido

V∑ ¿=133.48∗3.2−1∗π

4∗3.22∗3.2¿

V∑ ¿=401.4cm 3¿

Reemplazando en la ecuación del Empuje metalostatico se obtiene

E=

Vsum∗2.7 Kgcm3

∗9.81

1000m/ s2

E=10.711N

CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA PIEZA SIN ACABADO A TEMPERATURA AMBIENTE

Teniendo en cuenta el coeficiente de contracción del aluminio indique las medidas que debe tener su producto después de fundido

C volumetricadel solido :Coeficiente de contraccion termicadel aluminioC volumetricadel solido=0.056

Reemplazando en la formula

Lgrosor=3.5(1−0.0563 )=3.5∗0.9813=3.4345 cm

Llados=12(1−0.0563 )=12∗0.9813=11.7756 cm

Lmedia elipsemayor=20.451(1−0.563 )=20.451∗0.9813=20.068 cm


Lespesor=1.2(1−0.563 )=1.2∗0.9813=1.1776 cm

Lmedia elipsemenor=10.225(1−0.563 )=10.225∗0.9813=10.034 cm

CALCULO DEL RENDIMIENTO DE LA FUNDICION

El volumen del bebedero y del canal de alimentación se estima en 10% del volumen de la pieza

Rendimiento=V pieza

V pieza+V bebedero+V canal+V molde=

V P

1.1V p+V m

Rendimiento= 160176.1011

160176.1011∗1.1+ π4∗322∗32

Rendimiento=79.323 %

CALCULO DEL TIEMPO DE LLENADO DE LA PIEZA Y LA MAZAROTA

SB : Sección de descarga del bebedero

Vp : Volumen de la pieza

H : Altura de la mazarota

Considerando una SB=10cm2


t llenadodela pieza=160.176

10∗√2∗981∗3.2=0.2021 seg

Se sabe SM=π4∗3.22

t llenadodelamazarota=

π4∗3.22∗2∗√3.2

10∗√2∗981=0.065 seg

t llenadodelamazarota< t¿ enadode la pieza

CUESTIONARIO

Indique si la ubicación de los bebederos y mazarota cumplieron su objetivo

Mediante la observación del resultado de la fundición, nos damos cuenta que la ubicación de la mazarota y el bebedero no se realizó en los lugares correctos y por ende podemos decir que no cumplieron su objetivo, aunque los errores fueron poco apreciables a diferencia de otros casos.

Indique usted las zonas calientes de su proyecto


Grafique la curva de enfriamiento de su proyecto


va=0.371v fs=0.392v fl=0.422

vc=0.427≈0.43

Indique usted los defectos obtenidos en el proceso indicando la causa y la solución

RECHUPE: Este defecto es una depresión de la superficie o un hueco interno en la fundición debido a la contracción por solidificación que restringe la cantidad de metal fundido disponible en la última región que solidifica. Ocurre frecuentemente cerca de la parte superior de la fundición. El problema se puede resolver frecuentemente por un diseño apropiado de la mazarota.

CAÍDAS DE ARENA. Este defecto provoca una irregularidad en la superficie de la fundición, que resulta de la erosión del molde de arena durante el vaciado. El contorno de la erosión se imprime en la superficie de la fundición final.


PENETRACIÓN. Cuando la fluidez del metal líquido es muy alta, éste puede penetrar en el molde o en el corazón de arena. Después de la solidificación, la superficie de la fundición presenta una mezcla de granos de arena y metal. Una mejor compactación del molde de arena ayuda a evitar esta condición.

Las características de la arena utilizada son las apropiadas para su proyecto.En el laboratorio solo pudimos realizar el proceso de fundición con arena utilizada en trabajos anteriores. Por tal motivo la arena no sería de muy buenas características para la ejecución del proyecto, sin embargo, es una muy buena opción para realizar la práctica.

CONCLUSIONES

Se necesita una mazarota cilíndrica de diámetro 32mm y altura también

de 32 mm.

Se necesita 0.473 Kg de metal que se necesita para llenar el molde.

El empuje metalostatico que soporta la caja superior es E=10.711N .

El rendimiento de la fundición es 79.323 %.

El tiempo de llenado de la mazarota es 0.065 seg.

OBSERVACIONES

Nos resulta t llenado delamazarota< tllenadodela pieza


Esto es incorrecto ya que el tiempo de llenado de la mazarota tiene que

ser mayor al de la pieza para así estar seguro que ha rellenado a toda la

pieza por completo el error viene del H a que se debe? Se debe

posiblemente al aproximar la curvatura de la U a una elipse

posiblemente estamos adicionándole área de más y que trae como

consecuencia que se tenga un H pequeño.

De los metales fundidos se desprenden gases que pueden ser

peligrosos si se respiran

La arena de los moldes frecuentemente contiene sílice.

RECOMENDACIONES

En las fundiciones existen muchos peligros, los materiales utilizados

en los moldes de arena pueden crear sílice cristalina. Los dispositivos

de corte, los chorros de arena y el esmerilado crean polvo. Estas

actividades combinadas producen un ambiente ruidoso. Los

trabajadores necesitan buenas prácticas de trabajo, ventilación

adecuada y equipos de protección personal.

Los equipos de protección personal protegen contra el ambiente de la

fundición. El uso de zapatos de cuero, guantes y anteojos con

resguardos laterales. Usar protección para los oídos en ambientes

ruidosos. Cuando el trabajo se realiza directamente con metales

fundidos, en el calor o cerca de las llamas, es conveniente el uso de

un casco de seguridad, delantal, chamarra o capa, chaparreras y

polainas de cuero, de tela de fibra de vidrio con recubrimiento de

aluminio, de telas sintéticas o de lana tratada. No trabajar con

equipos o procesos que no conoce.

De los metales fundidos se desprenden gases que pueden ser

peligrosos si se respiran, para ello se debe usar equipos de

respiración.


La arena de los moldes frecuentemente contiene sílice; quedar

expuesto a sílice cristalina, puede causar una enfermedad en los

pulmones.

Empacar los moldes, sacudirlos o limpiar las piezas fundidas también

puede ser una fuente de sílice cristalina, por lo tanto se deben usar

equipos de respiración y trabajar en un área con buena ventilación.

Los procesos cerrados y/o automatizados pueden reducir aún más la

exposición a sustancias peligrosas en el aire.

BIBLIOGRAFÍA

1. GROOVER, Mikell P. 1997 Fundamentos de Manufactura Moderna: Materiales, Procesos y Sistemas. : Edit. Prentice–Hall Hispanoamericana S.A. (PHH)

2. KALPAKJIAN, Serope y SCHMID, Steven 2008 “Manufactura, Ingeniería y Tecnología”; 5ta edición, Ed.

Pearson Prentice Hall.

3. DOYLE, Lawrence 1991“Materiales y Procesos de Manufactura para Ingenieros” Edit. Prentice–Hall Hispanoamericana S.A. (PHH)

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