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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

MODELOS PARA FUNDICIÓN 1



PROYECTO TERMINAL

DISEÑO Y FABRICACIÓNDE MODELOS

PARA FUNDICIÓN

PRESENTAN:

AVENDAÑO GARRIDO HÉCTOR MIGUELDE LA LUZ HERNÁNDEZ MARTÍNLEÓN DOMÍNGUEZ ERIKA SARAÍ

RAMOS FLORES RICARDO




DISEÑOY

FABRICACIÓNDE MODELOS

PARA FUNDICIÓN




ÍNDICE

Justificación 4Introducción 5

CAPITULO I 7FUNDAMENTOS DE FUNDICIÓN EN ARENA

1.1 Introducción a la fundición 81.2 Hierros colados 101.2.1 Clasificación de los hierros colados 111.2.2 Propiedades del hierro gris 151.2.3 Efectos de los elementos de aleación 171.3 Tipos de arenas 181.4 Moldeo de arena en verde 211.5 Aglutinantes 22

CAPITULO II MODELOS DE FUNDICIÓN 26

2.1 Modelos para fundición 272.2 Materiales para la construcción de modelos 282.3 Tipos de modelos 302.4 Fabricación de corazones 362.5 Consideraciones del proyecto 402.6 Defectos de fundición 54

CAPITULO III DISEÑO Y FABRICACIÓN 59

3.1 Metodología 603.2 Diseño de la pieza 613.3 Diseño del modelo 633.4 Dibujos del moldeo 663.5 Cálculos del sinfín lo 693.6 Fabricación del molde 73

Conclusiones 74Bibliografía 75




JUSTIFICACIÓN

Se realiza éste proyecto, ya que en el mercado existe una gran variedad de piezashechas por fundición, Se buscara una mayor calidad a un mejor precio, y que sufuncionamiento sea mucho mejor, con ello evitaremos la importación ymejoraremos el mercado mexicano.




INTRODUCCIÓN

En la industria la fundición es muy importante para construir máquinas e infinidadde piezas en distintos tamaños y formas, para ello se desarrollan conocimientostécnicos tan diversos como son el dibujo industrial, la mecánica de los cuerpossólidos y fluidos. En este proyecto buscamos encontrar nuevos criterios paradiseñar modelos, incluyendo software y programas para este, conocer algunosprocesos de fundición utilizando moldes permanentes y moldes desechables,logrando con ello rapidez, eficiencia, calidad y economía en los modelos parafundición.

Un modelo para fundición es el elemento que sirve para la obtención de losmoldes de arena. Estos se logran cuando la arena se comprime alrededor delmodelo y ambos están dentro de una caja de moldeo. Cuando se termina decompactar la arena se extrae el modelo y después de cerrar el molde, se vacía elmetal líquido para que llene las cavidades del mismo. Los modelos deben estarbien diseñados a fin de evitar dificultades de moldeo, o bien desecho porexcentricidades, formación de grietas y otros defectos más. Los defectosanteriores pueden evitarse si se prevén las formas adecuadas de los modelospara facilitar el moldeo.

Este proyecto consiste en obtener una pieza metálica a través del vaciado demetal en un molde, el proyecto abarcará todos los aspectos fundamentales para lafundición en arena, desde la selección de la pieza hasta la fundición y desmoldede la misma. Desarrollaremos métodos de prueba, enfocándonos a la fundición enarena, y realizando un modelo de una pieza específica.

Se investigarán todos y cada uno de los aspectos que intervengan en este tipo demodelos, desde los más sencillos hasta los más complejos, para poder obteneruna pieza con mejor calidad y tener un resultado favorable.




En este proyecto hablaremos sobre algunos temas como son:

Introducción a la fundición Propiedades del hierro colado Arena Mezcla de arena Fabricación del molde Fabricación de corazones Calculo de mazarotas Ángulos de salida Normas de diseño Ajustes y tolerancias Molde terminado

La pieza a diseñar es un TORNILLO DE BANCO. Se espera mejorar con esto lacalidad del producto y el servicio.




CAPITULOI

FUNDAMENTOSDE FUNDICIÓN

EN ARENA




1.1 INTRODUCCIÓN A LA FUNDICIÓN.

La obtención de piezas metálicas a través del vaciado de metal fundido en unmolde, se le conoce como proceso de fundición. En base al metal fundido, lasfundiciones se clasifican como sigue:

a) Fundiciones de Hierro.

Hierro Gris.- Hierro con alto contenido de carbón.Hierro Blanco.- Hierro con medio contenido de carbón.Hierro Dúctil.- Hierro con grafito esferoidal.Aleaciones de hierro gris.- Hierro más elementos aleados.Hierro Maleable.- Hierro blanco recocido con grafito en forma nodular.

b) Fundición de Acero

Acero al carbón.- Aleaciones de hierro con cantidades bajas de carbón.Aceros aleados.- Aceros con algunos elementos de aleación especiales.

c) Fundición de metales no ferrosos.

Bronce y Latón.- Aleaciones con metal base el cobre más otros elementos dealeación.Aluminio y aleaciones.- Aleaciones con metal base el aluminio más otroselementos de aleación.Magnesio y aleaciones.- Aleaciones con metal base el magnesio más otroselementos de aleación.

Por el método de moldeo empleado, las fundiciones se clasifican en:

a) Fundición a la arena (Sand casting)

Proceso de moldeo cuyo principal componente es arena sílica, que seutiliza para hacer el molde; el metal vaciado en el molde de arena una vezque solidifica, se obtiene las piezas fundidas.

b) Fundición en molde permanente (Permanent mold – casting)

Los moldes permanentes son de acero o fundidos en hierro y son usadaspara recibir el metal fundido.




c) Fundición a Presión (Die – casting)

El metal fundido es vaciado bajo presión en un molde metálico.

d) Fundición por revestimiento (Investment – casting)

Proceso a veces conocido como “a la cera perdida” o fundición de precisión,en el cual, se utiliza un modelo desechable de cera, plástico o mercuriocongelado, revestido de material refractario, cuando el metal se vacía sobreel modelo, se expulsa o volatiza.

e) Proceso de molde lleno (Full – mold process)

Técnica de moldeo donde se utiliza un modelo de polietileno que se moldeaen arena y sin extraerlo se vacía el metal fundido y se va gasificando encuanto hace contacto el metal.

f) Fundición centrifuga (Centrifugal – casting)

El metal se vacía en un molde de arena o metálico el cual gira sobre su ejevertical u horizontal.

DEPARTAMENTOS DE UNA PLANTA DE FUNDICIÓN.

Sección de moldeo.- Es la sección donde se realiza la fabricación de los moldes,los cuales pueden ser fabricados según la necesidad, como sigue:

Arena en Verde Arena Seca Moldes con “Pintura” Moldes en “Cáscara” (shell)

A su vez el moldeo se puede realizar en piso, en banco o con máquina de moldeo.La fabricación de corazones o formas de arena insertadas para el moldeo decavidades internas de la pieza también se realizan en la sección de moldeo. Loscorazones pueden ser preparados con arena aglutinadas con aceite, arenaaglutinada con silicato, o arena aglutinada con resinas termofraguantes.

Algunos corazones requieren ser cocidos y almacenados, para hacer usados enperiodos de tiempo relativamente cortos.




Sección de Fusión.- Para la fusión de metales se utilizan, diferentes tipos dehornos como son:

El horno de cubilote para hierros y aleaciones de hierro. Hornos eléctricos para la producción de aceros. Hornos de Crisol para la producción de metales no ferrosos. Hornos de Aire o reverbédero para producir aceros.

Sección de Limpieza.- es donde se eliminan las alimentaciones y mazarotas de laspiezas para después remover la arena de la superficie con diferentes métodos, yasea en forma manual o por golpeteo o por chorro abrasivo.

Departamento de Control de Calidad.- es el responsable de verificar lacomposición química del metal, así como controlar que las propiedades físicassean mantenidas dentro de límites estándar. Se comprueban también lasdimensiones de la pieza fundida, así sus acabados.

Se inspecciona que las piezas se encuentren libres de defectos y en su casorealizar inspecciones por técnicas no destructivas, a fin de garantizar la calidad dela pieza.

1.2 HIERROS COLADOS

Los hierros colados ó fundiciones los podemos obtener en hornos eléctricos ó hornosde cubilote, partiendo del arrabio (sólido) obtenido en un alto horno, chatarra sólidade acero, ferroaleaciones (FeSi, FeMn, etc.), retorno de piezas y coladas.

Los hierros colados, son aleaciones de hierro y carbono y silicio, manganeso,fósforo, azufre, etc. y su contenido de carbono es de 2 a 4.5 %, adquiriendo su formadefinitiva directamente por colada, no siendo nunca los hierros sometidos a procesosde formación plástica ni en frío ni en caliente. En general no son dúctiles nimaleables y no pueden forjarse ni laminarse.




1.2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS HIERROS COLADOS

El mejor método para clasificar el hierro es de acuerdo con su estructurametalografíca. Las variables a considerar que dan lugar a los diferentes tipos dehierro son: El contenido de carbono, el contenido de aleación y de impurezas, larapidez de enfriamiento durante o después de la solidificación y el tratamientotérmico después de fundirse. Estas variables controlan la condición del carbono ytambién su forma física. El carbono puede estar combinado en forma de carburo dehierro en la cementita, o existir como carbono sin combinar (o libre) en forma degrafito.

La forma y distribución de las partículas de carbono sin combinar influirágrandemente en las propiedades físicas del hierro.

Los hierros se pueden clasificar como siguen:

Hierro blanco

Es aquel en la cual el carbono se encuentra combinado con el hierro, formando elcarburo de hierro (Fe3C), llamado cementita, siendo esta cementita muy dura peromuy frágil.

Composición química.

Carbono 1.80 a 3.20%Silicio 0.50 a 1.90%Manganeso 0.25 a 0.80%Azufre 0.06% máx.Fósforo 0.06% máx.




La fundición blanca o hierro, como consecuencia de la presencia de cementita,posee alta dureza, es frágil y prácticamente no se somete a la elaboración por corte.Por eso, este hierro tiene una aplicación muy limitada.

Figura 1. Micro estructura de un hierro blanco fundido:

a). Las áreas oscuras son dendritas primarias de austenita transformada (perlita) en una red blancainterdendrita de cementita, 20X

b). La misma muestra a 250X, que muestra perlita (oscura) y cementita (blanca). Atacada con Nital al2%.

Hierro maleable.

Es aquel en la cual se obtiene a partir de un hierro blanco por medio de untratamiento térmico (recocido), obteniéndose una estructura de nódulo irregular. Lapresencia del carburo de hierro (cementita) es realmente una fase metaestable. Hayuna tendencia a que la cementita se descomponga el hierro y carbono, pero encondiciones normales tiende a persistir indefinidamente en su forma original.

Hasta este punto, la cementita se ha tratado como una fase estable; sin embargo,esta tendencia a formar carbono sin combinar es la base para manufacturar hierromaleable.

La reacción Fe3C 3Fe + C es favorecida por altas temperaturas, la existencia deimpurezas sólidas no metálicas, mayores contenidos de carbono y la presencia deelementos que ayudan a descompones al Fe3 - C.




Los hierros blancos adecuados para la conversión a hierro maleable pueden sercomo sigue:

Fundición blanca Europea. Fundición blanca Americana.

Carbono 2.50 a 3.0% Carbono 2.00 a 2.75%Silicio 0.50 a 1.25% Silicio 0.50 a 1.20%Manganeso 0.40 a 0.60% Manganeso 0.40 a 0.60%Azufre 0.06% máx. Azufre 0.06% máx.Fósforo 0.06% máx. Fósforo 0.06% máx.

En la primera etapa de recocido, el hierro blanco se calienta lentamente a unatemperatura de 1650 a 1750ºC. Durante el calentamiento, la perlita se convierteaustenita en la línea inferior crítica. La austenita así formada disuelve algunacementita adicional conforme se calienta a la temperatura de recocido.

Figura No. 2. Cambio de micro estructurascomo fundición del ciclo de maleabilización que

origina carbono revenido en una matriz ferrítica.




Figura 3.a). Hierro maleable, sin estar atacado químicamente. Los nódulos irregulares de grafito se llamancarbono revenido (100 X).

b). Hierro ferrificó maleable, carbón revenido (negro) en una matriz ferrítica. Atacadoquímicamente en nital al 5%, 100X

Hierro gris

Es uno de los materiales ferrosos más empleados, su nombre se debe a laapariencia de sus superficies al romperse. Esta aleación ferrosa contiene engeneral más de 2% de carbono y más de 1% de silicio, además de manganeso,fósforo y azufre. Una característica distintiva del hierro gris es que el carbono seencuentra en general como grafito, adoptando formas irregulares descritas como“hojuelas”, este grafito es el que da la típica coloración gris a las superficies deruptura de las piezas elaboradas con este material.

Estas aleaciones solidifican formando primero austenita primaria. La aparienciainicial de carbono combinado está en la cementita que resulta de la reaccióneutéctica a 2065ºF.




El proceso de grafitización es ayudado por el alto contenido de carbono, la altatemperatura y la adecuada cantidad de elementos de grafitización, sobre todo elsilicio, ver figura 4.

Durante el enfriamiento continuado, hay precipitaciones adicionales de carbonodebido al decremento en solubilidad de carbono en austenita, el cual se precipitacomo grafito o como cementita proeutectoide que grafitiza rápidamente. La figura9, nos muestra una microestructura de hierro fundido gris con matriz.

NOTA: En este proyecto utilizaremos las aleaciones de hierro gris, a continuaciónmencionaremos sus propiedades por las cuales utilizamos este material.

1.2.2 PROPIEDADES DEL HIERRO GRIS

La mayoría de estos hierros grises son aleaciones hipoeutécticas que contienenaproximadamente la siguiente composición:

Carbono 2.30 a 3.40%Silicio 2.00 a 2.20%Manganeso 0.60 a 0.65%Azufre 0.06% máx.Fósforo 0.60% máx.

Figura 4. Hojuelas de grafito en una matriz en un hierro gris. Sin atacar a 100X




El empleo de los hierros colados en piezas para sus usos muy diversos, ofrecen lassiguientes ventajas:

1. La piezas de hierro colado son en general mas baratas que las de acero (es elmaterial que más se utiliza en los talleres y fabricas de maquinaria, motores,etc.) y su fabricación es también mas sencilla por emplearse instalacionesmenos costosas y realizarse la fusión a temperaturas relativamente pocoelevadas y más bajas que las que corresponden al acero.

2. Los hierros colados son en general mucho más fáciles de mecanizar que losaceros.

3. Se pueden fabricar con relativa facilidad piezas de grandes dimensiones ytambién piezas pequeñas y complicadas, que se pueden obtener con granprecisión de formas y medidas, siendo además en ellas mucho menos frecuentela aparición de zonas porosas que en las piezas fabricadas con acero.

4. Para numerosos elementos de motores, maquinaria, etc., son suficientes lascaracterísticas mecánicas que poseen los hierros. Su resistencia a lacompresión es muy elevada (50 a 100 kg/mm2) y su resistencia a la tensión(puede variar de 12 a 90 kg/mm2) es también aceptable para muchasaplicaciones. Tienen buena resistencia al desgaste y absorben muy bien (muchomejor que el acero), las vibraciones de maquinas, motores, etc., a que a vecesestán sometidas.

5. Su fabricación exige menos precauciones que la del acero y, sin necesidad deconocimientos técnicos muy especiales, se llegan a obtener hierros concaracterísticas muy aceptables para numerosas aplicaciones.

6. Como las temperaturas de fusión de los hierros son, como se ha dicho antes,bastante bajas, se pueden sobrepasar con bastante facilidad, por lo que engeneral suele ser bastante fácil conseguir que los hierros en estado líquidotengan fluidez, y con ello se facilita la fabricación de piezas de poco espesor. Enla solidificación presentan menos contracción que los aceros y además sufabricación no exige como la de los aceros, el empleo de refractariosrelativamente especiales de precio elevado.




1.2.3 EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN

Manganeso.

El manganeso es un estabilizador de carburos que tiende a incrementar la cantidadde carbono combinado, pero es mucho menos potente que el azufre. Si elmanganeso está presente en la cantidad correcta para formar sulfuro demanganeso, su efecto será reducir la proporción de carbono combinado eliminandoel efecto del azufre.

El exceso de manganeso tiene poco efecto en la solidificación y sólo retardadébilmente la grafitización primaria; sin embargo, sobre la grafitización eutectoide, elmanganeso es un fuerte estabilizador de carburo. El manganeso afina el grano,aumenta la maquinabilidad, su resistencia mecánica y su resistencia a la corrosiónde álcalis.

Fósforo.

Casi en todos los hierros grises el contenido de fósforo es de 0.10 a 0.90% y esoriginario del mineral de hierro. La mayor parte del fósforo se combina con el hierropara formar fosfuro de hierro (Fe P), el cual constituye un eutéctico ternario con lacementita y la austenita (perlita a temperatura ambiente). El eutéctico primario seconoce como esteadita y es una característica normal en la microestructura de loshierros fundidos. Esta esteadita es relativamente frágil y con alto contenido defósforo, en tanto que las áreas de esteadita tienden a formar una red continua,delineando las dendritas primarias de austenita.

La condición reduce la tenacidad y hace frágil al hierro fundido, de manera que elcontenido de fósforo debe controlarse cuidadosamente para obtener propiedadesmecánicas óptimas.El proceso de grafitización y la micro estructura de la fundición,se puede determinar por dos factores fundamentales:

1. La velocidad de enfriamiento de la fundición.2. Composición química (sobre todo el silicio).

Azufre.

Regularmente los hierros grises comerciales contienen contenidos de azufre entre0.06 a 0.12%. El efecto del azufre sobre la forma de carbono es el contrario que eldel silicio. A mayor contenido de azufre, mayor será la cantidad de carbonocombinado, teniendo de esta manera a producir un hierro blanco duro y frágil.




Aparte de producir carbón combinado, el azufre tiende a reaccionar con el hierropara formar sulfuro de hierro (FeS). Este compuesto de baja fusión presentadelgadas capas interdendríticas y aumenta la posibilidad de que haya fisuras a altastemperaturas (fragilidad al rojo). El azufre en grandes cantidades tiende a reducir lafluidez y suele causar cavidades (aire atrapado) en las piezas fundidas.

Silicio.

Baja su punto de fusión, afina el grano, aumenta su resistencia mecánica, a lacorrosión, el calor, su plasticidad y proporción de carbono en estado libre.

NOTA.

El silicio desempeña distintos propósitos además: Parte del silicio es agregadodurante la carga en el horno, actuando como desoxidante, pero lo más importantedel silicio es que hace una gran reacción del grafito, para limitar las posibilidades deendurecimiento y cristalización de las superficies del hierro chilled (enfriado ytemplado superficialmente).

1.3 TIPOS DE ARENA

ARENA. Es un material granular, resultante de la desintegración de las rocas; eltérmino se refiere al tamaño del grano y no a la composición mineral. El diámetro delos granos puede variar entre 0.05 a 2.0 mm (6a 270 mallas). La mayoría de lasarenas de fundición se componen básicamente de cuarzo y sílice. Las arenasutilizadas en el moldeo en verde se pueden clasificar de la siguiente en:

Arenas naturales.

Es la obtenida directamente de depósitos naturales debido a la alteración de rocasfeldespáticas caracterizadas por la materia arcillosa que envuelve a los granos dearena. Las arenas naturales normalmente contienen altos porcentajes de arcilla entre5 a 20% que no es refractaria.

También se caracterizan por las grandes cantidades de finos que aumentan con suuso en la fundición, lo que provoca un aumento en la cantidad de agua para supreparación, disminuyendo la permeabilidad y punto de fusión de la arena.




Una arena natural puede contener cantidades variables de otras tantas impurezas.Las sustancias o materiales que contienen principalmente son:

Carbonatos de calcio y/o magnesio.Oxido de fierro.Mica.Sales de sodio y potasio.

Arenas sintéticas.

Las arenas sintéticas son aquellas que para propósitos de fundición se mezclanenriqueciéndolas con diferentes aditivos y/o aglutinantes especiales, con los que seles imparten mejores propiedades de plasticidad, moldeabilidad y resistencia a latemperatura, ya que por naturaleza se encuentran libres de arcilla y de materiasorgánicas.

Una de las ventajas de estas arenas sintéticas con respecto a las arenas naturaleses que son más económicas, presentan mayor uniformidad en el tamaño ydistribución del grano, por lo cual pueden controlarse más eficientemente. Tambiéntienen una mayor permeabilidad en los moldes los moldes pueden apisonarse másfuertemente, reduciendo el problema de arrastre de arena, fracturas y otros defectosasociados con los aprietes flojos, así como el poder de obtener piezas dentro demárgenes más estrechos de exactitud en lo que respecta a dimensiones del modelo.

Las arenas sintéticas tienen más alta refractariedad, por lo cual se obtienen piezasmás limpias y permite elevar a altas temperaturas el metal para el vaciado de piezascon espesores pequeños. Las arenas sintéticas son más durables y económicas,porque para reacondicionarse el sistema se requiere adiciones bajas de aglutinantes,siendo posible un control más estrecho y disminuyendo así la posibilidad de rechazaruna pieza. Así mismo, para clasificar las arenas se consideran varios factores. Unaprimera clasificación puede basarse en su contenido de arcilla y en el se distinguencuatro grupos:

1. Arenas arcillosas o tierras grasas, cuyo contenido de arcillas es superior al 18%.2. Arenas semigrasas, cuyo contenido de arcilla va del 8 a 18%.3. Arenas magras, cuyo contenido de arcilla va del 5 al 8%.4. Arenas silíceas o sintéticas, cuyo contenido de arcilla es inferior al 5%.




Una segunda clasificación puede hacerse según la forma del grano; Ver siguientesfiguras:

1. Arena de grano esferoidal o redondo.2. Arena de grano angular.3. Arena de grano compuesto.

PROPIEDADES DE LÃS ARENAS.

Las propiedades de las arenas pueden clasificarse en dos tipos: La primera de ellas,considera los caracteres estructurales de las arenas y la segunda, las propiedadestécnicas de las mismas.

Entonces podemos decir:

1. PROPIEDADES ESTRUCTURALES.

- Análisis químicos.- Contenido arcilloso.- Dimensión de los granos y su distribución- Forma de los granos.

2. PROPIEDADES TECNICAS.

- Refractariedad- Cohesión o resistencia- Permeabilidad- Fluidez- Moldeabilidad




1.4 MOLDEO DE ARENA EN VERDE

Se denomina moldeo en verde cuando el estado de la arena en el molde contieneuna húmeda relativa en toda su masa.

Las ventajas de este moldeo son:

- Es un procedimiento sencillo.- Se obtiene un enfriamiento rápido de la pieza.- La impresión de la cavidad se obtiene con relativa precisión.

Los problemas comunes son:

- La poca resistencia del molde- No tiene resistencia en la erosión.- Existe un templado superficial en las piezas (perjudicial para el maquinado)- Requiere de mano de obra calificada.

MOLDEO EN VERDE CON SECADO SUPERFICIAL

Es la operación del moldeo en verde pero además se realiza un secado en lascaras de contacto a fuego directo.

Las ventajas de este moldeo son:

- Vaciar piezas mas pesadas, debido a un aumento en la resistencia delmolde.

- Se evita el templado superficial en buena medida.- Se mejora el acabado superficial.

MOLDEO EN VERDE Y SECADO COMPLETO.

El secado completo de un molde en verde se logra haciendo pasar el molde enhornos de secado en tiempos preestablecidos.

Las ventajas son:

- Se obtiene la mayor resistencia del molde.- La calidad de gases a evacuar es mínima.- No hay templado superficial en las piezas y se facilita el maquinado.- Se obtiene un buen acabado superficial.




Sus desventajas son.

- Es un procedimiento lento.- Se eleva el costo de fabricación.- Debido a su alta resistencia, impide la libre contracción del material.

En general resulta ser más económico utilizar el tipo de arena en verde ya que norequiere del uso de una estufa de secado que consumirá gas o energía eléctrica eimplicará más horas de proceso, por lo cuál resulta propicio para la producción degrandes lotes de moldes; pero no todo tipo de pieza podrá ser producida bajo estesistema, principalmente para aquellas de gran peso, pues puede causar una seriede defectos que podrían originar el rechazo de la pieza.Cabe mencionar que no toda la arena que integra el molde requerirá de uncuidado o control estricto, por lo cuál se tiene otra clasificación según suclasificación en el moldeo:

Arenas de cara o de careo.Arenas de relleno.Arenas para corazones.

1.5 AGLUTINANTES

Un aglutinante se define como un material que tiene la propiedad de unir losgranos de arena para proporcionarles resistencia.

Las arenas sintéticas solas no podrían utilizarse para propósitos de moldeado, porlo que las arenas de fundición son en verdad mezcladas de tres o másingredientes básicos que proporcionan las propiedades de resistencia y plasticidadque requiere para ser moldeables; además se le agregan otros materiales paraimpartirles propiedades adicionales de que carece la arena sola, necesarias parael buen comportamiento en su utilización.Los aglutinantes utilizados en las mezclas para corazones, son similares en losutilizados en las mezclas para moldeo. A continuación se exponen los másimportantes tipos de aglutinantes utilizados en la fundición.

Bentonita sódica.

Es un aglomerante inorgánico cuya finalidad es, fundamentalmente, ligar o unir laarena del sistema en verde, para elevar la resistencia a la compresión en verde, enseco y en caliente; para prevenir la erosión y el corte y para permitir la expansión dela arena sílica.




Esta constituida principalmente de minerales mormorilloníticos. Los efectos sobre laspropiedades mecánicas son:

- Resistencia a la compresión en verde Aumenta.- Resistencia a la compresión en seco Aumenta.- Resistencia a la compresión en caliente Aumenta.

Análisis químico típico.

SiO2 60-62%Al2O3 21-23%Fe2O3 3.4%Na2O 2.5-2.7%MgO 0.5-1.5%K O2 0.4-0.45%H2O contenido (en la mezcla) 5.0-9.0%

Bentonita cálcica.

Es un aglomerante mineral que se utiliza fundamentalmente para unir ó ligar la arenadel sistema, para elevar la resistencia a la compresión en verde y moderadamenteen seco y en caliente. Proporciona alta resistencia en verde y baja en seco y encaliente; promueve mejor la fluidez que la bentonita sódica.

Y tiene los siguientes efectos:

- Resistencia a la compresión en verde Aumenta- Resistencia a la compresión en seco Aumenta- Resistencia a la compresión en caliente Aumenta

Analisis químico típico.

SiO2 56.0-59.0%Al2O3 18.0-21.0

Fe2O3 5.4-9.1%MgO 3.0-3.3%CaO 1.2-3.5%Na2 O 0.34-4.6%H2 O contenida (en la mezcla) 5.0-8.0%




Dextrina.

Es una goma de carbohidratos soluble y que sirve como aglomerado, en seco, decompuestos para fundición y cuya finalidad es la de reducir la fragilidad y eldesmoronamiento en mezclas de arena para moldeo. Aumenta la resistencia a lacompresión en verde, mejora la dureza superficial. Tiene efecto sobre:

Resistencia a la compresión en seco AumentaResistencia a la compresión en caliente No cambiaResistencia a la compresión en verde No varíaResistencia al corte en seco Aumenta

OBSERVACIONES.

- Disminuye la fluidez de la arena si se usa en exceso.- Disminuye el castrado (formación de costras).- Aumenta la tersura del material.- Origina en la arena que ésta se una más.- Se usa de 0.12 a 1.5% en peso.- Reduce el secado fuera del molde.- Cuida el ablandamiento por humedad atmosférica.- El total de gases producidos es variable.- La dextrina soluble emigra hacia el exterior de la orilla del material, produciendouna alta dureza sobre la superficie de la arena.- Endurece dentro de sacos si se almacena en un lugar húmedo.

Análisis químico típico.

Humedad 3.6%Agua soluble 98.0%Azúcar reducida (como dextrosa) 4.0%




Harina de maíz.

Es un cereal ligado altamente gelatinoso, que es producto de un proceso demolienda de maíz en estado seco y que se usa como aditivo para moldeo de arenaen verde y mezclas de careo Disminuye el abollamiento, la cola de rata (grieta), lascostras y la erosión. Aumenta la deformación en verde, y tiene efecto:

Resistencia a la compresión en verde AumentaResistencia a la compresión en seco Aumenta

Resistencia a la compresión en caliente Aumenta arriba de 260ºC ydisminuye a 1371 - 1403ºC.

OBSERVACIONES.

- Aumenta la deformación en verde en un 0 a 2%, sin cambio en la resistencia enverde.

- Disminuye la rebaba y las costras.- Aumenta la demanda de gases, se usa de 0.4 a 1.3% en peso en arenas de careo.- Aumenta la tenacidad y la plasticidad. De secado rápido en horno, alta

absorción a la humedad.- Aumenta el pandeo y las propiedades en general de las mezclas en corazones.- Aumenta el desmoronamiento.- Reduce el porcentaje de secado en ausencia de arcilla refractaria y bentonita en las

ligas con arena.

Análisis químico típico:

Humedad 4.0 a 9.0%Ceniza 0.3 a 0.5%Agua soluble 10.0 a 27.5%Dextrina 18.0 a 24.0%




CAPITULOII

MODELOSDE

FUNDICIÓN




2.1 MODELOS PARA FUNDICIÓN

Los modelos son herramientas principales de la que se valen los fundidores parahacer las piezas coladas. Aun cuando se desee hacer una sola pieza, seránecesario contar con un modelo al cual en la generalidad de las veces será útilpara fabricar una mayor cantidad de piezas. El contar con un modelo apropiado seconvierte por lo anterior, en la primera etapa de la elaboración de piezas coladas.

Puede definirse un modelo como una replica de la pieza que se desea obtener. Aldiseñador hay que tener en cuenta la disminución de las dimensiones ocasionadaspor la contracción de la pieza al enfriarse, la rugosidad de las superficies por lacalidad de la arena y los alojamientos para los corazones. Los pesos de losmodelos pueden variar entre unos granos y 50 ó 60 ton. De ahí que los tamañosde los modelos son muy variados.

Figura No. 5

Figuro No. 6




2.2 MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DEMODELOS

El número de piezas a realizarse con un modelo determinará el criterio deselección del material del mismo, que puede ser madera, metal, poli estireno,plástico, resina epóxica, cera o bien mercurio congelado.Sin duda que la vida útil del modelo y su precisión son factores que influyentambién para la selección del material.Para moldear 10 veces o más, con un mismo modelo conviene hacerlo metálico(de aluminio o aleaciones de aluminio) que resisten mas el desgaste. Puedefabricarse también de bronce o de hierro gris ya que a veces el desgaste esexcesivo cuando se tienen que calentar, como en el caso del modelo en cáscara.

Maderas:

Se tienen dos tipos de maderas:

Duras: Maple, Encino y Ébano Blandas: Pino blanco, cedro, caoba y abeto

La utilización de cada uno de estos tipos de maderas esta en función de lacantidad de piezas que se fabricarán con el modelo. Las maderas duras tienenuna magnífica resistencia a la abrasión, sin embargo como inconvenientes setienen su fragilidad y la dificultad para ser trabajadas. Toda madera que se empleepara la fabricación de modelos, deberá estar perfectamente sazonada o estofada yalmacenarse para impedir la reabsorción de agua.

Es extremadamente importante mantener la humedad en la madera, es un valorbajo y constante para impedir el alabeo, el hinchamiento y las costosasreparaciones que tengan que hacerse a los modelos, durante su uso y aún antes,en lo que toca a corrección dimensional. Los modelos sueltos son generalmentede construcción de madera. Las placas modelo se construyen en ocasiones demodelos de madera, montados en una placa metálica o en otras completamentede madera, aun cuando lo mas recomendable es hacerlas completamente demetal. Los modelos maestros si son hechos generalmente de madera.




Metales

Los metales más usuales en la fabricación de modelos son: Hierro colado, bronce,aluminio y magnesio; en ocasiones se utilizan también aleaciones plomo-bismuto.Considerándose el sistema de moldeo en verde, a máquina y dependiendo deltipo de aleación en el metal, se tienen las siguientes cantidades prácticas delnúmero de moldes que pueden hacerse a partir de modelos de diferentes metales,sin que estos sufran deformaciones que excedan del 0.010 pulg.

Hierro colado 90,000 a 140,000 moldesBronce 70,000 a 120,000 moldesAluminio 40,000 a 110,000 moldesMagnesio 50,000 a 70,000 moldesCompuestos más de 110,000 moldes

Considerando las cifras antes mencionadas, se recomienda la utilización del hierrocolado por su resistencia a la abrasión, a la deformación y alojamiento. Por lo querespecta al aluminio, existe una variedad grande de aleaciones de este metal quepuedan utilizarse para fabricar modelos que son el duraluminio, alto silicio, etc.

Plásticos

Los más usuales en la fabricación de modelos son las resinas epóxicas y la resinapoliéster reforzada con fibra de vidrio. Otros son los plásticos acrílicos, elpolietileno, el estireno, el acetato. La resistencia a los agentes químicos, sumoldeabilidad y propiedades a la abrasión hacen de la fibra de vidrio y de lasresinas epóxicas un material muy adecuado para la fabricación de modelos.Algunos modelos hechos con esta resinas resisten hasta 40,000 moldeadas sinpresentar alteraciones dimensiónales.

Otros

Se tienen materiales como la cera, el yeso, el concreto refractario, el barro y elmás moderno la espuma plástica. El uso de cada uno de estos materiales esbastante específicos y depende del tipo, tamaño y de la cantidad de piezas porhacerse.




2.3 TIPOS DE MODELOS

Existen varios tipos de modelos los cuales se utilizan, dependiendo de losrequerimientos en cuanto al tipo, tamaño y peso de la pieza a fabricar, el volumen deproducción, la fundición y las facilidades de fabricación:

Modelos sueltos. Modelos sueltos con sistema de colada incorporada. Modelos placa modelo. Modelos especiales Modelo con caja de corazones.

MODELOS SUELTOS.

Pueden considerarse a este tipo de modelos con acoplamiento simple de laspiezas a fabricarse en las cuales se han incorporado las tolerancias y las plantillasde los corazones. Cuando se utilizan este tipo de modelos la línea de partición delmolde debe hacerse a mano. El sistema de coladas y alimentación también se hacea mano y finalmente la separación de modelo y molde se efectúa tambiénmanualmente teniendo necesidad de aflojar previamente el modelo para podersepararlo del molde, consecuentemente en ese momento se tiene una variacióndimensional. Aún cuando la utilización de este tipo de modelo es cosa común ennuestro medio, en la mayoría de los casos podría eliminarse su utilización, ya que laproducción de moldes que se obtiene es baja y costosa. Ver figura 7.

Fig. 7




MODELOS SUELTOS CON SISTEMA DE COLADA INCORPORADO.

Son una mejora de los modelos simples, ya que siendo el sistema de colada partedel modelo, elimina la necesidad del trabajo a mano para hacer dicho sistema. Coneste tipo de modelos se obtiene una más rápida elaboración de moldes parapequeñas cantidades de piezas. Ver figura 8.

Fig. 8

CONSIDERACIONES SOBRE LOS TIPOS DE MODELOS 1 Y 2.

En piezas coladas de forma sencilla tales como bloques tales como bloquesrectangulares, cilíndricos para bujes, etc., es posible tener modelos con una

Superficie plana en la parte superior y por lo tanto con una línea recta de particiónen la junta entre las partes superior e inferior del molde.

Las peculiaridad de diseño de algunas piezas hacen imposible tener unasuperficie de partición plana y así los modelos que se utilizan para hacer losmoldes requieren la utilización de tarimas o camas especiales de madera,aluminio o de arena.

Cuando se requiere hacer una cantidad considerable de piezas con modelos delínea de partición irregular, es ventajoso tener el modelo hecho en dos partes,partiendo en una superficie plana para facilitar el moldeo.




La parte superior y la inferior se unen exactamente con pernos ya sea de madera ode metal. Un modelo del tipo mencionado, requiere más tiempo y más dinero para sufabricación, pero el costo adicional se justifica por el ahorro obtenido en el tiempo deelaboración de los modelos.

MODELOS PLACA MODELO

La producción de cantidades grandes de piezas pequeñas, requiere el uso de estetipo de modelos. En estos la parte superior y la parte inferior del modelo estánmontadas en los lados opuestos de una placa de metal o de madera que siguen lalínea de partición. Las placas modelo también se hacen de una sola pieza, casoen el cual tanto la placa como los modelos se hacen colados en moldes de arenao de yeso, en este caso se llaman placas modelo integrales. El sistema de coladageneralmente va incorporado en la misma placa. Placa modelo generalmente seutilizan en máquinas de moldeo para obtener máxima velocidad de fabricación aúncuando en ocasiones son susceptibles de ser utilizados en bancos de moldeo conpizonetas manuales.

El costo de fabricación de estas placas modelo de justifica por el aumento en laproducción y la obtención de mayor exactitud dimensionalmente en las piezascoladas. Una importante limitación en la utilización de este sistema es el peso delmolde que puede ser manejado por el moldeador, que oscila entre 40 a 50 kg, verfigura 9 y 10:

Fig. 9




Fig. 10

PLACAS SUPERIOR E INFERIOR

Consisten en modelos de la parte superior e inferior de la pieza montados endiferentes piezas. Así las mitades inferior y superior de los moldes pueden serelaboradas al mismo tiempo por diferentes trabajadores y/o en diferentes máquinas.El moldeo de piezas coladas medianas o grandes con la utilización de máquinas demoldeo se facilita bastante con este tipo de equipo de modelos.La fabricación de placas modelo separadas superior e inferior es la más costosa,pero usualmente se justifica por el aumento considerable de producción y la facilidadde fabricación de piezas grandes que no pueden manejarse con el equipo de placasmodelo. Figura 11




La fabricación de moldes mediante el uso de placas separadas requiere unalineamiento exacto de las dos mitades por medio de guías, bujes y pernos delocalización para asegurarse de obtenerse piezas no variadas.

MODELOS ESPECIALES

Cuando los tipos de modelos mencionados anteriormente, no son aplicables existe lanecesidad de recurrir a modelos especiales.

a). Para piezas muy grandes se utilizan los modelos esqueleto o linternas. Este tipose usa para moldes grandes hechos manualmente en su mayoría.

b). Otro tipo especial de modelos son las tarrajas las cuales se utilizan para fabricarmoldes de piezas simétricas.

c). Modelos maestros. Son modelos generalmente hechos de madera, los cuales sonutilizados para hacer los modelos para alta producción. Se pueden colar variosmodelos para producción hechos con el modelo maestro y montar esos modelosen las placas correspondientes después de haberlos acabado a sus dimensionesapropiadas. En la manufactura de un modelo maestro deben incorporarse ciertastolerancias tales como la conocida doble contracción.

Figura 11. Placa modelo de aluminio para altas producciones.




CAJAS DE CORAZONES

Aún cuando en ocasiones no se les clasifique como modelos, las cajas de corazónson una parte esencial del equipo de modelos para elaborar una pieza que requieracorazones. Las cajas de corazones se construyen de madera y de metal (hierro gris).El plástico no tiene mucha aplicación, la caja mas sencilla se muestra en la figura,hecha de una sola pieza y el corazón de elaboración sencilla. Figura. 11 y 12.

Fig. 11

Figura 12. Caja modelo sencillo de madera de dos piezas.




Suelen hacerse cajas de corazones múltiples para alta producción y cajascomplicadas con paredes móviles para corazones difíciles. Los corazones que notienen ninguna superficie plana requieren equipo especial para su manufactura talcomo los secadores que son placas usualmente metálicas que siguen laconformación del corazón y lo soportan para poder sacarlo de la caja de corazones yposteriormente someterlo al proceso de endurecimiento por cocción o curado, y asíevitar su deformación.

2.4 FABRICACIÓN DE CORAZONES

El corazón o macho es toda aquella porción del molde preparada por separado y queel objeto de crear un hueco al insertarse en el molde.

El corazón es una sección costosa del molde, ya que hay que utilizar siempre unanueva arena para controlar mejor sus propiedades, tales como: resistencia al choquecon el metal al ser vertido en el molde, resistencia a la abrasión, permeabilidadcolapsibilidad o desmoronado, resistencia a las altas temperaturas (refractariedad) yelasticidad (para permitir la libre contracción de metal solidificante). Los corazonesvan colocados en el molde sobre unas plantillas de apoyo, a fin de evitarmovimientos del corazón durante el vaciado del metal líquido al interior del molde.

La fabricación de los corazones, que puede ser bajo varios procesos, es unaoperación importante y decisiva para la obtención de una pieza con las propiedadesy características deseadas, por lo que debe controlarse muy de cerca suelaboración.

Para elaborar un corazón existen varias formas, entre las comunes, están lossiguientes:

a). Utilizando cajas de corazones.

Estas cajas pueden ser de madera, metálica o de plástico, son secciones acoplablespor medio de espigas de unión, en cuya parte hueca se apisona la arena,pudiéndose utilizar armaduras de refuerzos o varillas para aumentar la rigidez yresistencia del corazón. Para su extracción de este se quitan las mordazas desujeción de las secciones que componen la caja corazón y por medio de unmecanismo vibratorio a base de ligeras percusiones sobre la caja se origina unaholgura a fin de separar las dos secciones y desmoldar el corazón fabricado,colocando éste sobre una placa de secado.




Estas cajas pueden ser para elaborar un corazón o varios de acuerdo al número deimpresiones con que ésta cuenta, ver la figura 13:

b). Utilizando máquinas de compresión neumática o máquinas sopladoras.

Este es un sistema rapidísimo y sirve para grandes producciones de corazones enserie; se emplea arena sílica aglomerada, la caja de corazón es generalmentemetálica y cuenta con canales especiales para dar salida al aire. El relleno y lacompresión de la arena se realizan en pocos segundos mediante la inyección de laarena por medio de aire comprimido en la caja de corazones, que es apretadaautomáticamente por medio de las mordazas accionada neumáticamente omecánicamente, por el cabezal soplante y se inyecta la arena.

c). Corazones al aceite (oil core).

Este proceso es el más común en las fundiciones pequeñas y medianas ya queademás de ajustarse a todo tipo de metal por vaciar requiere poca inversión enequipo pero al mismo tiempo origina el uso de mucha mano de obra. Este procesoimplica el uso de aceites (de linaza o de tipo vegetal) para la preparación de lamezcla de arena que conformará el corazón.

Figura 13 La figura muestra una caja modelo de madera




Todo corazón fabricado bajo este proceso requerirá estufarse a una temperatura de400 a 500ºC para que la mezcla de arena-aceite fragüe, de tal forma que adquieralas propiedades deseadas; tal operación puede llevarse a cabo en una estufaeléctrica o de gas. Este tipo de corazones no pueden ser almacenados más de unasemana ya que requerirán ser secados nuevamente por el hecho de que absorbenhumedad del medio ambiente, por lo que se recomienda sean utilizados lo másrápido posible después de ser elaborados.

d). Corazones a base de silicato de sodio y bióxido carbono (proceso CO2).

Este proceso requiere del silicato de sodio o vidrio salubre. La arena que se utilizapuede ser de cualquier granulometría y la cantidad de silicato de sodio, enporcentaje con respecto al peso de la carga de arena, varía del 2 al 6%. El tiempo demezclado del silicato de sodio y arena es aproximadamente de 5 minutos.

El corazón se obtiene colocando la mezcla de arena y silicato de sodio en la cajacorazón, se apisona y se hacen unos vientos o respiraderos con un alambre o unavarilla, de acuerdo al tamaño del corazón para que sea inyectado el bióxido decarbono (CO2) y reaccione con el silicato de sodio, para que se endurezca o fragüeel corazón, mediante la siguiente reacción:

Na2SiO + H2O + CO ________ NaCO + SiO + H2O

Este tipo de corazón tiene el inconveniente que absorbe aún mayor cantidad dehumedad del medio ambiente que los corazones de aceite, implicando hacer uso deellos en forma inmediata ya que de otra forma originarán defectos en la pieza por elcontenido de agua absorbida durante su almacenamiento.

e). Corazones en cáscara (Shell-Molding).

Este proceso deriva su nombre del empleo de moldes ó corazones delgados enforma de cáscara ó concha. Comparando este proceso con los demásprocedimientos, presenta las siguientes ventajas:

- Máxima libertad en la configuración de piezas.- Gran exactitud con respecto a los demás métodos de fundición.- Posibilidad de aplicación en casi todas las aleaciones técnicamente en material del

molde y las condiciones en fundición.- Se suprime la rebaba a lo largo de las juntas de separación entre moldes.




Figura 14. Diseño de un modelo de fundición

1. Contrapeso2. Cubeta3. Caja de molde4. Bebedero5. Corazón6. Tobera7. Mazarota




De acuerdo a este principio y analizando 4 cuerpos geométricos diferentes a unmismo volumen, los tiempos de solidificación son los mostrados en la tabla.

TIEMPOS DE ENFRIAMIENTO DE DIFERENTES CUERPOS GEOMÉTRICOS

CUERPO ESFERA CILINDRO CUBO PRISMARECT.

VOLUMEN (V) 1000000 1000000 1000000 1000000ÁREA (A) 48300 55700 60000 70000

V/A 20.6 17.9 16.7 14.28(V/A) 424.3 320.4 278.9 203.9

K 0.021 0.021 0.021 0.021TS 8.9 6.72 5.85 4.28

Tabla No. 1 Tiempos de enfriamiento de diferentes cuerpo

2.5 CONSIDERACIONES DEL PROYECTO.

Un buen modelo de fundición debe cumplir con los siguientes requisitos:

ÁNGULOS DE EXTRACCIÓN.

Al tener preparado el molde es necesario abrirlo en 2 o más partes para poderextraer el modelo, para lo cual es necesario que este tenga en todas sus carasnormales a la línea de partición, una inclinación que permita su extracción, sinque el modelo arrastre arena consigo.Para determinar el ángulo de extracción βde los modelos, se recomiendan losvalores que se dan en la tabla. Ver figuras No. 15 y No. 16.

Figura No. 14




Figura No. 15

ALTURA DEL MODELO ÁNGULOS DE SALIDA Y PENDIENTES

De 1 a 10 mm 3°De 11 a 20 mm 2°De 21 a 35 mm 1°De 36 a 65 mm 0° 45’

De 66 a 150 mm 0° 30’De 151 a 250 mm 1.5 mmDe 251 a 400 mm 2.5 mmDe 401 a 600 mm 3.5 mmDe 601 a 800 mm 4.5 mm

De 801 a 1000 mm 5.5 mm

Tabla No. 2 Ángulos de salida y pendientes




CONTRACCIÓN METÁLICA.

Al solidificar los metales o aleaciones se contraen y disminuyen su volumen,este fenómeno origina una reducción en las medidas de la pieza, por lo cual losmodelos al ser proyectados, deben contener en sus dimensiones el por cientode contracción del metal o aleación. Ver figura No. 16

En la tabla se dan algunos valores de contracción metálica, para aplicarlos alas dimensiones del modelo, en función del metal en que será vaciada la pieza.Ver tabla No. 3

Figura No. 16

Valores de contracción metálica

Metal % de contracción

Fundición gris 0.5 a 1.2Fundición blanca 1.2 a 2.0Acero moldeado 1.5 a 2.0

Bronce de estaño 0.8 a 2.0Bronce rojo 0.8 a 1.6

Latón 0.8 a 1.8Aleaciones de zinc 1.0 a 1.5

Aluminio 0.5 a 1.0Aleaciones de aluminio 1.0 a 2.3

Tabla No. 3 valores de ángulos de contracción.




SOBRE ESPESORES DE MAQUINADO.

Al proyectar las dimensiones para un modelo también se debe tomar en cuentaaquellas superficies que se maquinan, a fin de dar un sobre espesor dematerial para el maquinado. Existen diferentes criterios y normas al respecto,aquí un ejemplo de ello. Norma Francesa NFA 32011 para hierro gris.

Sobre espesor clase L.

Para dimensiones que nos son fundamentales por la función misma de lapieza. (Cotas no afectadas de tolerancia en el dibujo de definición). Tabla No. 4

Tabla 4 sobre espesor de maquinado clase L

La mayor dimensión de la pieza de:1 250 630 1600a a a en

Cotas nominales de referencia

250 630 1600 adelante

De: a inclusive Sobre espesor de maquinado

16 4 4.5 5 716 25 4 4.5 5 725 40 4.5 4.5 5.5 740 63 4.5 5 5.5 7.563 100 5 5 5 8100 160 5.5 5.5 6.5 8160 250 6 6 7 8.5250 400 7 7.5 9.5400 630 7.5 8.5 10.5630 1000 9.5 11.5

1000 1600 11.5 13.51600 2500 15.52500 4000 19

Tabla No. 4 Tabla de sobre espesor de maquinado




Sobre espesor clase A.

Para dimensiones o cotas afectadas de tolerancia de precisión sobre losdibujos de definición. Para piezas que serán obtenidas utilizando modelos demadera fijos a una placa o modelos sueltos. Ver tabla No. 5

Tabla 5 sobre espesor de maquinado clase A

La mayor dimensión de la pieza de:

0 100 160 250 630 1600a a a a a a

Cotas nominales dereferencia

100 160 250 630 1600 En adelante

Ce: a inclusive Sobre espesor de maquinado

16 2.5 2.5 2.5 4 4.5 5.516 25 3 3 3 4 4.5 5.525 40 3 3 3 4 4.5 640 63 3 3 3 4.5 5 663 100 3.5 3.5 3.5 4.5 5 5

100 160 3.5 3.5 5 5 6.6160 250 4 5 5.5 7250 400 5.5 6 7400 630 6 6.5 8630 1000 7.5 8.5

1000 1600 9 101600 2500 11.52500 4000 13.5

Tabla No. 5 Tabla de sobre espesor de maquinado clase A




Sobre espesor B

Para dimensiones o cotas afectadas de tolerancia de precisión sobre losdibujos de definición. Para piezas que serán obtenidas utilizando modelosmetálicos o modelos placa. Ver tabla No. 6

Tabla 6 Sobre espesor de maquinado clase B

La mayor dimensión de la pieza de:1 250 630 1600 630a a a en

Cotas nominales dereferencia

250 630 1600 adelanteDe: a inclusive Sobre espesor de maquinado

16 2.5 2.5 2.5 3.5 416 25 2.5 2.5 2.5 3.5 425 40 2.5 2.5 2.5 4 4.540 63 3 3 3 4 4.563 100 3 3 3 4 4.5

100 160 3 3 4.5 5160 250 3.5 4.5 5250 400 5 5.5400 630 5.5 6630 1000 6.5

Tabla No. 6 tabla de sobre espesor de maquinado clase B




FORMAS QUE FACILITEN EL MOLDEO.

Al diseñar las formas de los modelos se deben prever que el modelo se facilite.Esto en ocasiones implica que la forma del modelo no sea semejante a la piezaque se desea obtener. Ver figura No. 17

Figura No. 17




DIMENSIONES DE LAS PLANTILLA.

Las plantillas son necesarias cuando la pieza es hueca y sirven para formar lacavidad en el molde que servirá de apoyo al corazón. Como una orientación, enpiezas cuya sección del corazón es cilíndrica y se apoya en los extremos, lasdimensiones de las plantillas son: figuras 18. 19, 20.

Figura No. 18

Figura No. 19

Existen otros casos en que el corazón se apoya solamente en un extremo, y eldimensionamiento de la plantilla depende de un cálculo matemático paraobtener en este caso el centro de gravedad de la base de apoyo del corazón.

Figura No. 20




COLORES UTILIZADOS.

Por sus formas algunos modelos resultan complicados de identificarclaramente, por lo cual se pintan sus partes de colores, cada color correspondea una parte o superficie especifica según la norma que se este utilizando. Vertabla No. 7.

Superficie o parte de lasuperficie

Aceromoldeado

Fundicióngris

Fundiciónmaleable

Fundiciónde metales

pesados

Fundiciónde metales

ligerosColor de fondo para

superficie en el modelo y enla caja de machos que

quedan sin maquinar en lapieza fundida

azul rojo gris amarillo Verde

Las superficies a maquinaren la pieza fundida

Listasamarillas

Listasamarillas

Listasamarillas

Listasamarillas

Listasamarillas

Asientos de partes sueltasdel modelo (pieza a encajar)en el modelo o en la caja de

machos, así como paratormillos de piezas sueltas

Ribeteado en negro

Sitios para enfriadores ymarcas para colocación de

clavosrojo azul rojo azul Azul

Asientos de machos oplantillas negro

Medias cañas Si en caso especial no se aplican medias cañas, se marcan conrayado en negro, indicando el radio.

Mazarotas perdidas obebederos, sobre espesoresde maquinado por motivos

técnicos de fundición

Listas negras y rotulado correspondiente

Nervios o salientes delmodelo

En el color del fondo del modelo o sin pintar, pero con listasnegras

Negro o con marcas negrasCalibres y tolerancias Barniz incoloro

Zonas para rasqueteado azul rojo gris Amarillo verde

Tabla No. 7. Corresponde a la norma alemana DIN 1511




CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE UN MODELO.

Para simplificar el calculo de las dimensiones del modelo en las cotas dedefinición, se debe hacer caso omiso de las tolerancias, y los valorescalculados, pueden redondearse al medio milimétrico, es decir, si la dimensiónnecesaria para el modelo es de 27.7 mm, el valor final del modelo puede ser28.00 mm.

Figura No. 21




SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN.

Son muchos los factores que se deben controlar para obtener una buena piezade fundición, uno de estos factores es debido al recorrido que efectúa el metalen el molde y su solidificación. Para diseñar un sistema de alimentacióncorrecto, se requiere conocer los principios de flujo de fluidos y característicasde solidificación del metal vaciado.

El metal líquido se introduce a la cavidad del molde a través de un “sistema dealimentación” compuesto de cuatro partes principales: el basín, un bebedero,un canal y los ataques. El metal se vacía primeramente en el basín y pasa elbebedero vertical, después luye a través del canal (previamente tallado en laarena del molde) y por ultimo pasa por los ataques, para llegar a la cavidad delmolde. Fig. 22.

Figura No. 22

Los metales en estado líquido absorben gases. El líquido erosiona el materialdel molde durante el flujo del metal, y además sufre el proceso de solidificacióny su contracción en volumen, razones por la cuales los sistemas dealimentación deben diseñarse con el siguiente criterio:

a) El metal debe fluir a través del sistema de alimentación con el mínimo deturbulencia para evitar la oxidación del metal, el atropamiento de aire, laaspiración de gases en el molde, el eliminar las inclusiones desustancias o erogaciones en el molde, inclusive evitar también laformación de escoria.




b) El metal debe entrar a la cavidad del molde de una manera tal que losgradientes de temperatura sea tanto en el fondo como en la superficiedel molde de tal forma que la solidificación sea progresiva y en direcciónde la mazarota o cargador.

La primera condición al diseñar un sistema de alimentación es la de reducir losefectos en las piezas causadas por inclusiones de escoria, erosiones y gasesatrapados. La segunda condición es la de evitar los defectos causados por lacontracción y una alimentación inadecuada. La tercera condición es producirpiezas a un costo competitivo con otros procesos de manufactura.

COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ALIMENTACIÓN.

Basín: Los sistemas de alimentación inician con un basín o recipiente,destinado a recibir el metal líquido de la cuchara de vaciado y deben a su vezmantener el resto del sistema lleno de metal líquido, también deberá ayudar aretener la escoria e inclusiones antes de que fluya a través del sistema. Lafigura 2 muestra el corte de un diseño de basín que permite tal función.(Figura 23.)

Figura No. 23

Bebedero: El diseño correcto de un bebedero es extremadamente importantepara el futuro de una buena pieza de fundición. Debe ser cónico en vez derecto, con la menor área en el fondo a fin de minimizar el efecto de vértice yevitar el atropamiento de burbujas de aire durante vaciado del metal. El áreatransversal de bebedero puede ser circular, fig. 3 (a), aunque también enresultados recientes de investigación recomienda el área transversalrectangular. Fig. 24.




Pozo (Base del fondo del bebedero): No debe tener aristas ni esquinas, serecomienda la forma circular y el fondo plano para reducir la tendencia a laturbulencia y la aspiración de aire. La fig. 24 muestra un pozo con estascaracterísticas.

Figura No. 24

Canal: Son de sección rectangular y se deben diseñar de forma tal que permitadistribuir el metal en forma uniforme a la pieza. Fig. 25 y 26

Figura No. 25




Ataques: Se conocen también como entradas y son la ultima parte del sistemade alimentación y a su vez es la parte del sistema que tiene contacto con lacavidad del molde. Por regla general los ataques son de sección rectangular ypueden esta arriba del plano de participación o por debajo. Los ataques oentradas deben estar distribuidos en forma conveniente a la pieza. En la fig. 26se ilustra la posición de los ataques respecto al plano de participación.

Figura No. 26

La cantidad del metal que fluye por los ataques o entradas hacia la cavidad dela pieza varía en función de la distancia entre ellos, fig. 8 (a), de su orientaciónfig. 27 (b), así como de el área transversal del canal y de los ataques.Figuras. 27 (c y d).

Figura No. 27




2.6 DEFECTOS EN PIEZAS FUNDIDAS

Los defectos en piezas fundidas son indeseables y en muchas ocasionesdifíciles de detectar, inclusive existen defectos internos que sólo a través demétodos de inspección especiales se pueden identificar.

El origen del defecto puede ser debido a una causa o a varias de ellas y esmotivo de un análisis cuidadoso llegar a determinarla.Sin duda que la experiencia del fundidor es necesaria para determinar el origendel defecto y así poner en práctica acciones correctivas a fin de reducir o anularlos defectos en la producción de piezas fundidas.

CAUSAS QUE ORIGINEN DEFECTOS EN PIEZAS FUNDIDAS.

Las causas que originan los defectos pueden clasificarse principalmente encuatro, a saber:

Causas debidas al equipo utilizado durante el proceso. Causas debidas al cambio de estado líquido del metal al estado sólido. Causas debidas al diseño o concepción de la pieza. Causas debidas a las operaciones realizadas durante el proceso.

Defectos con origen en el equipo utilizado.

Son el resultado de errores en la fabricación de los modelos y cajas de corazónque se usan para la ejecución de los modelos de arena y se debenprincipalmente a errores en el cálculo de las tolerancias de contracción delmetal, causando errores de dimensión cuando la pieza solidifica.

La inspección de las dimensiones de un modelo o caja de corazón nueva sonen ocasiones difíciles de realizar, pero necesarias a fin de evitar este tipo dedefectos.

También es común que se realicen moldes de arena con cajas de moldeo conpernos de localización o agujeros para pernos desgastados, lo cual permite un“deslizamiento” en las caras en contacto común de la tapa superior e inferior deen desfasamiento entre la mitad superior y la mitad inferior de la pieza,produciéndose el defecto.

Defectos con origen en el cambio de estado líquido al sólido del metal.

Las aleaciones metálicas durante el periodo de solidificación sufren una ovarias contracciones metálicas (disminuciones de volumen), as cuales debenpreverse por el fundidor y por el modelista ya que pueden ser el origen dediversos defectos en la pieza fundida.




El fundidor deberá estudiar el enfriamiento que irá sufriendo la pieza hastaalcanzar la temperatura ambiente para prever un buen diseño del sistema dealimentación, realizar un cálculo adecuado para su mazarotas empleadas,decidir si es necesario el empleo de enfriadores, así como el empleo demateriales exotérmicos. También decidirá entre otras cosas algunasrecomendaciones prácticas en cuanto al moldeo de la pieza.

El modelista por su parte como se menciona en 3.1 deberá fabricar su modelotomando en cuenta principalmente la contracción sólida propia de los metales,aplicando el cálculo correcto a cada dimensión de la tolerancia de contracción,a fin de evitar los defectos de dimensión.

Al modelo también deberá aplicarse los sobré espesores| de maquinadorecomendado y ángulos de salida adecuados.

Defectos con origen en las operaciones realizadas durante del proceso.

Son diversas las operaciones que se realizan durante el proceso de fundición yun control deficiente en ellas dará por resultado mala calidad en las piezas defundición.

Las operaciones a continuación mencionadas son sólo algunas de las que serealizan en el proceso de fundición.

FUSIÓN Temperatura de fusión, orden de adición de los elementosaleados, empleo de fundentes, desgasificantes, afinadoresde grano.

VACIADO Temperatura de vaciado, velocidad de vaciado, eliminación denata y escoria.

MOLDEO Apisonado, empleo de pinturas, empleo de arena de careo,salidas de gases, manejo y transportación del molde,asentamiento de corazones.

DESMOLDEO Velocidad de desmolde, método de desmolde.

LIMPIEZA DE PIEZA Sistema de limpieza, manejo de la pieza, rebabeo dela pieza.

PREPARACIÓN Y MANTENIMIENTO DE ARENA Orden de adición, tiempode mezclado, manejo yconservación.




Defectos con origen en el mal diseño o concepción de la pieza.

Para diseñar o proyectar una pieza de fundición, es necesario que estas tenganformas y espesores adecuados.

DEFECTOS COMUNES

Porosidad.- Es causada por los gases que durante el vaciado del metal en elmolde, no tienen una salida fácil al exterior. Si la porosidad está distribuida demanera uniforme en la pieza, es señal de que el gas estaba ya disuelto con elmetal antes del vaciado. Ver figura 44

Figura No. 44

Rechupe.- Es un hueco dejado en la pieza como resultado de la contracciónlíquida y de solidificación propia de los metales. Ver figura 45

Figura No. 45




Sopladura.- Agujero en la pieza fundida causada por el gas atrapado durantela solidificación. Estos huecos alcanzan hasta la superficie. La sopladura puedeser causada también por arena demasiado húmeda. Ver figura No. 46

Figura No. 46

Grietas.- las grietas en caliente o roturas en caliente se producen cuando hayuna rigidez en el molde que origina un esfuerzo de tracción en la pieza (fig.4).Otro caso es cuando un corazón es demasiado duro para desintegrarse y lapieza no tiene una libre contracción. Ver figura No. 47

Figura No. 47

Llenado incompleto.- Es el resultado de la solidificación del metal antes deque el molde sea llenado. Esto ocurre también por tener un sistema dealimentación deficiente. Ver figura No. 48

Figura No. 48




Explosiones de arena.- Son granos de arena incrustados en la pieza debido aun apisonado flojo o un excesivo impacto del metal contra la superficie delmolde. Ver figura No. 49

Figura No. 49

Corazones desplazados.- El desplazamiento de un corazón es causado pordescuido del operario por accidente. También puede contribuir la incidencia delmetal contra un costado del corazón. Ver figura No. 50

Figura No. 50

Escoria en la pieza.- La formación de escoria se debe a la oxidación del metalproducida por la fisión del metal en el horno, o al vaciar el metal en el molde detal manera que está queda incluida en la pieza creándose el defecto.




CAPITULOIII

DISEÑOY

FABRICACIÓN




3.1 METODOLOGÍA

En este proyecto utilizaremos las aleaciones de hierro gris de alta calidad, yaque este cubre el rango de dureza, resistencia y composición químicarequeridos por las normas SAE o equivalentes, de alta maquinabilidad yestabilidad dimensional. Esto se determino después del análisis del marcoteórico ya mencionado anteriormente.

En este caso la pieza a diseñar es un tornillo de banco, el cual es unaherramienta que sirve para sujetar firmemente piezas o componentes a loscuales se les quiere aplicar alguna operación mecánica. Es un conjuntometálico muy sólido y resistente que tiene dos mordazas, una de ellas es fija yla otra se abre y se cierra cuando se gira con una palanca un tornillo de roscacuadrada. Es una herramienta que se puede atornillar a una mesa de trabajo yes muy común en los talleres de mecánica.

Cuando las piezas a sujetar son delicadas o frágiles se deben proteger lasmordazas con fundas de material más blando llamadas galteras y que puedenser de plomo, corcho, cuero, nailon, etc.

Para realizar diseño del modelo se tuvieron las siguientes consideraciones:

Se realizaron los cálculos para las dimensiones con una contraccióndel material del 0.7% como indica la tabla No.3 para el hierro fundido.

Se aplico un espesor de maquinado de clase L, ya que las partes quevan a ser maquinadas no afectan el tamaño de la pieza. Ver tabla No.4.

Se aplicaron ángulos de extracción βconforme a la tabla No. 2.

El software utilizado para el diseño de la misma fue Mechanical Desktop.




3.2 DISEÑO DE LA PIEZA

A continuación se muestran los dibujos de la pieza a diseñar. Figuras de lapieza de No. 27 a No. 31

Figura No. 27

Figura No. 28




Figura No. 29

Figura No. 30

Figura No. 31




3.3 DISEÑO DEL MODELO

El modelo es elaborado de madera, y esta dividido en 2 partes. Figuras de No.32 a No. 35

Figura No. 32

Figura No. 33




Figura No. 34

Figura No. 35




Figura No. 36Modelo de la pieza (cuerpo de la pieza)

Figura No. 37Modelo de la pieza (cabezal)




3.4 DIBUJOS DEL MOLDEO

Los siguientes dibujos muestran la forma de moldeo de la pieza. Figuras de No.38 a No. 43

Figura No. 38

Figura No. 39




Figura No. 40

Figura No. 41




Figura No. 42

Figura No. 43




3.5 CÁLCULOS DEL SINFÍN.

Para el previo cálculo de un tornillo de potencia se tiene que recurrir primero; auna investigación previa sobre el diseño de la pieza en la cual se tendrá quehacer las especificaciones más relevantes del diseño y el cálculo.

Para el cálculo de un tornillo de potencia el cual lleva una rosca Cuadrada óAcmé se tiene que utilizar el torque o momento que genera la cuerda a travésdel desplazamiento que se tiene en toda la longitud del tornillo, para esto seutiliza una cierta clase de formulas previamente establecidas.

Para poder establecer la formula correcta se deberá utilizar el diseño paraestablecer los limites y longitudes que se tienen para el cálculo necesario; enesta hoja de cálculo se estableció que se deben tomar los valores más grandespara el cálculo correspondiente ya que se necesita someter una cuerda a sumáxima fricción y desgaste que se genera durante su vida útil de la cuerda.

Para el diseño se estableció que se debe considerar un material de acero 4140para el tornillo de potencia ya que este material es resistente a la fricción ydesgaste; de esta forma se puede fabricar la turca de un acero 1045 para este,ya que es más fácil que se desgaste pronto esta tuerca que el propio tornillo;en el cual el tornillo es donde se genera más cantidad de fricción y fuerza arealizar en la cuerda que la propia tuerca.

En el término de los cálculos correspondientes se tiene que saber que tipo detratamiento térmico debe llevar la cuerda, para esto escogimos un tratamientotérmico llamado nitruración ya que este consiste en fortalecer el material y darlemayor vida contra el desgaste y la fricción que genera este tornillo.

Para el estudio de la fuerza que genera un hombre en el apriete de unaherramienta se necesita una investigación necesaria. Para esto se hace unainvestigación sobre el estudio de la ergonomía que es la actividad concreta delhombre aplicado al trabajo utilizando medios técnicos, el cual tiene comoobjetivo la investigación en un sistema hombre – máquina – entorno, el cualrelaciona todo lo explicado anteriormente.

Para un estudio de esta fuerza se hizo un estudio con 10 personas que oscilanentre una edad de 22 a 23 años con un peso de 70 kg. a 80 kg. y una estaturade 1.70 m a 1.80 m; en la cual se les pidió que jalaran un dinamómetro contodas sus fuerzas para establecer una fuerza promedio que resultara ser unaincógnita necesaria para el cálculo de un tornillo de potencia, al término de lamedición se estableció que un hombre de las anteriores características puedeejercer una fuerza promedio de 300N.




Ya teniendo los componentes se prosigue al cálculo necesario de un tornillo depotencia el cual se tiene los siguientes resultados generados:

CALCULO DE UNA ROSCA CUADRADA PARA UN TORNILLODE 3/4” DE DIÁMETRO.

Torque a través de la cuerda

NT

NT

NT

LfDDfLFD

T

U

U

U

P

PPU

69452394.22235518098.036.96

1667.015.06424.06424.015.01667.0

26424.0300

2

Torque para moverla hacia fuera de la cuerda

NT

NT

NT

LfDLDfFDT

D

D

D

P

PPD

415177214.6066575106.036.96

1667.015.06424.01667.06424.015.0

26424.0300

2

Eficiencia Del Tornillo

%07.35%350716266.069452394.222

1667.03002

óeN

Ne

TFLe

U




CALCULO DEL ANGULO DE DESPLAZAMIENTO

º721913624.4

082600028.0tan6424.0

1667.0tan

tan

11

1

PDL

Torque a través de la cuerda con ángulo de desplazamiento

NT

NT

NT

ffFD

T

U

U

U

PU

69452396.22

235518098.036.96

72.4tan15.0115.072.4tan

26424.0300

tan1tan

2

Torque para moverla hacia fuera de la cuerda con ángulo dedesplazamiento

NT

NT

NT

ffFD

T

D

D

D

PD

415177325.606657517.036.96

72.4tan15.0172.4tan15.0

26424.0300

tan1tan

2


%07.35%350716266.069452396.222

1667.03002

óeN

Ne

TFL

eU




CALCULO DE UNA ROSCA ACME PARA UN TORNILLO DE 3/4”DE DIÁMETRO.

Torque a través de la cuerda

NT

NT

CosNT

fCosfCosFD

T

U

U

U

PU

18560067.23240614369.036.96

º72.4tan15.0º5.14cos15.0º72.4tanº5.14

26424.0300

tantan

2

Torque para moverla hacia fuera de la cuerda

NT

NT

CosNT

fCosCosfFD

T

D

U

U

PD

060561048.7073272738.036.96

º72.4tan15.0º5.14cosº72.4tanº5.1415.0

26424.0300

tantan

2


%32.34%343288009.018560067.232

1667.03002

óeN

Ne

TFL

eU




3.6 FABRICACIÓN DEL MODELO

FABRICACIÓN DE MOLDEO

DESCRIPCIÓN UNITARIO 20 PZS 40 PZS 60 PZS

MOLDE

MATERIAL MADERA (ENCINO) $450.00 $9,000.00 $18,000.00 $27,000.00

CORAZÓN

MATERIAL MADERA (ENCINO) $80.00 $1,600.00 $3,200.00 $4,800.00

MOLDE

MATERIAL ALUMINIO $380.00 $7,600.00 $15,200.00 $22,800.00

CORAZÓN

MATERIAL ALUMINIO $30.00 $600.00 $1,200.00 $1,800.00

TORNILLO Y TUERCA

MATERIAL ACERO 4140 Ø ¾ “ X 118” $180.00 $3,600.00 $7,200.00 $10,800.00

FUNDICIÓN

HIERRO COLADO DE MATERIAL FUNDIDO (60 Kg.) $30,000.00




CONCLUSIONES

Con este proyecto definimos que la fabricación de un modelo de fundición, enel cual se establece el costo de una pieza se puede basar en la forma del tipode fundición y el material con que se vaya a realizar; sea por acero o inyección.

Por lo cual en una forma más adecuada en la fabricación de cualquier tipomodelo se deben de establecer los recursos necesarios para la elaboración dedicha pieza. En el transcurso de la realización de esta Tesina podemos hablarque en la fabricación de un modelo para fundición es el paso más importanteya que de este se empieza a generar toda la fabricación y averiguación sobretiempos y costos que deben necesitar para la elaboración de cualquier tipo depieza; ya que el modelo se puede definir como la parte negativa de una piezaya establecida o realizada en la industria.

En la innovación de este diseño podemos hablar del recubrimiento que tendráel modelo que será de zinc-estaño; por sus propiedades en las que se puedeobservar la resistencia a la corrosión y al desgaste que se tenga. En una cajade madera la mejor opción es el recubrimiento de una grasa lubricante en lacual su utilización sirve para que no se penetre el material caliente en la caja.

En el estudio del tipo de material se puede generar una idea de la obtención yla aplicación que se tiene en la industria porque al completar este materialhemos llegado a la conclusión de que tan importante es tener conocimiento, elcual es importante para la humanidad saber el proceso químico, fisiológico ybiológico de las cosas que nos rodean. Este proceso de fundición de metaleses considerado como uno de entre tantos procesos que sirven de evolución a lahumanidad y cambian el curso de nuestras vidas.




4.5 BIBLIOGRAFÍA

Diseño De Elementos De Maquinas 2da. EdiciónAutor: Robert L. Mott P.E

Manual Del Ingeniero De TallerAutor: Roger Timings.

Ergonomía Y Productividad.Autor: Ramírez Carvassa

Tecnología De Los MaterialesAutor: Ing. Heliodoro Espinosa H.

Elementos De MáquinasAutor: Bernard J. Hamrock, Bo Jacobson, Steven R. Schmid.

Análisis crítico de los problemas que se presentan en el vaciado defundiciones por razón de las contracciones líquidas y sólidas propiasde las aleaciones metálicas. Tesis Profesional, ESIME, México 1973

Autor: Jiménez C. Francisco

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