2. Procesos de Fundición en Arena

Ingeniería de Procesos de

Conformado con Conservación de

Materiales

A. Gómez-Parra

BLOQUE 4

Dpto. Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial

Área: Ingeniería de los Procesos de Fabricación

Universidad de Cádiz

Escuela Superior de Ingeniería

2

A. Gómez-Parra

Índice

• Técnicas de Moldeo en Arena • Arenas y Mezclas para el Moldeo de Piezas

Escuela Superior

de Ingeniería

3

A. Gómez-Parra

Clasificación de Procesos

Escuela Superior

de Ingeniería

MOLDE NO METÁLICO

MODELO RECUPERABLE

MOLDE DESECHABLE O

PEREDIDO

MOLDE METÁLICO

MOLDEO EN ARENA

MOLDEO EN CÁSCARA

MOLDEO EN YESO

MOLDEO EN CERÁMICA

SHAW

UNICAST

CO2

CERA PERDIDA

EN COQUILLA POR GRAVEDAD

EN COQUILLA POR PRESIÓN

EN COQUILLA POR CENTRÍFUGA

EVAPORATIVO

El proceso de colada mediante molde perdido de arena se basa en la obtención de unacavidad que reproduce la forma exterior de la pieza a fundir, consiguiéndose mediante lacompresión de arena de moldeo sobre el modelo, que posteriormente será retirada

Introducción

Escuela Superior

de Ingeniería

A. Gómez-Parra

A. Gómez-Parra

Tipos de Sistema de Distribución de la Colada

Escuela Superior

de Ingeniería

TÉCNICAS DE MOLDEO

EN ARENA

A. Gómez-Parra

Técnicas de Moldeo en Arena

Escuela Superior

de Ingeniería

Moldeo al descubiertoMoldeo en fosaMoldeo sin cajaMoldeo en cajaMoldeo con TerrajasMoldeo con Armaduras

MANUAL

A MÁQUINA

Moldeo al descubierto AutomatizadoCon máquinas de sacudida y compresiónCon máquinas de vibración y compresiónCon máquinas giratoriasCon máquinas de plataforma giratoriaCon máquinas de moldear por proyección centrífuga

A. Gómez-Parra

Tipos de Sistema de Distribución de la Colada

Escuela Superior

de Ingeniería

Moldeo al descubiertoMoldeo en fosaMoldeo sin cajaMoldeo en cajaMoldeo con TerrajasMoldeo con Armaduras

MANUAL

A. Gómez-Parra

Moldeo al Descubierto

Escuela Superior

de Ingeniería

• Piezas planas, no muy delgadas, bajos requerimientos• Sobre el suelo (lecho de arena)• Sin cajas• Vientos (evacuación de los gases)• Elementos de Partida para otro tipo de Proceso

A. Gómez-Parra

Moldeo en Fosa

Escuela Superior

de Ingeniería

• Se requiere una adecuada preparación del suelo para obtener una superficie horizontal

• La fosa actúa como la base de la caja. Los lados son de ladrillo y el fondo de carbón con tubos de ventilación (para resistir las presiones)

• Supone un ahorro económico respecto a los moldes

• En general, piezas de gran tamaño

A. Gómez-Parra

Moldeo Sin Caja

Escuela Superior

de Ingeniería

• Moldeo en serie de piezas pequeñas• Moldeo en verde• Cajas de moldeo articuladas con gran salida• Sobre placa• Economía material y mano de obra

A. Gómez-Parra

Moldeo Sin Caja

Escuela Superior

de Ingeniería

http://www.youtube.com/watch?v=1x3uJ-KSyjY

A. Gómez-Parra

Moldeo Con Caja – Sin Machos

Escuela Superior

de Ingeniería

Piezas sencillas con superficie plana como junta horizontal

A. Gómez-Parra

Moldeo Con Caja – Con Machos

Escuela Superior

de Ingeniería

Modelo diferente a la pieza (portadas)

A. Gómez-Parra

Moldeo Con Caja

Escuela Superior

de Ingeniería

http://www.youtube.com/watch?v=Yk1JOYzwRP4

A. Gómez-Parra

Moldeo Con Terraja

Escuela Superior

de Ingeniería

• Generalmente De Revolución• Modelos de Grandes Superficies

A. Gómez-Parra

Tipos de Sistema de Distribución de la Colada

Escuela Superior

de Ingeniería

A MÁQUINA

Moldeo al Descubierto AutomatizadoCon Máquinas de Sacudida y CompresiónCon Máquinas GiratoriasCon Máquinas de Plataforma GiratoriaCon Máquinas de Moldear por Proyección CentrífugaMaquinada de Moldear por Prototipado Rápido

A. Gómez-Parra

Moldeo al Descubierto Automatizado

Escuela Superior

de Ingeniería

• Automatización del Proceso

https://www.youtube.com/watch?v=tnUPWxGAURw

A. Gómez-Parra

Moldeo con máquinas de Sacudida y Compresión

Escuela Superior

de Ingeniería

• Número de sacudidas variable con la dificultad de llenado• El más extendido

JOLT-SQUEEZE MOULDING MACHINE

1º Relleno y Sacudidas 2º Compresión 3º Desmoldeo

A. Gómez-Parra

Moldeo con máquinas de Sacudida y Compresión

Escuela Superior

de Ingeniería

• Máquina de moldear por sacudida ycompresión con brazos para sostener laplaca modelos de dos caras y las dosmedias cajas

A. Gómez-Parra

Moldeo con máquinas de Sacudida y Compresión

Escuela Superior

de Ingeniería

https://www.youtube.com/watch?v=BW7NupDyyKE

A. Gómez-Parra

Moldeo Con Máquinas Giratorias

Escuela Superior

de Ingeniería

• Modelos Complicados• Machos Profundos• Los Brazos Giran 180º

A. Gómez-Parra

Moldeo Con Máquinas Giratorias

Escuela Superior

de Ingeniería

https://www.youtube.com/watch?v=_rH-FSg2z8Q

A. Gómez-Parra

Moldeo Prototipado Rápido

Escuela Superior

de Ingeniería

https://www.youtube.com/watch?v=SgrGhJ5u5oM

A. Gómez-Parra

Moldeo Prototipado Rápido

Escuela Superior

de Ingeniería

https://www.youtube.com/watch?v=Z8MaVaqNr3U

25

A. Gómez-Parra

ARENAS Y MEZCLAS

PARA EL MOLDEO

DE PIEZAS

Escuela Superior

de Ingeniería

A. Gómez-Parra

Generalidades de la Fundición en Molde de Arena

Ventajas

• Amplia variedad de tamaños

• Geometrías complejas

• Válido para cualquier aleación

• Inversión en equipos reducida

• Rápido y flexible para seriescortas o prototipos y paragrandes series de producción

Escuela Superior

de Ingeniería

Inconvenientes• Tolerancia dimensional amplia

• Aspecto y calidad superficial pobre

• Piezas con resistencia mecánica nomejorada

• Cierta probabilidad de defectos

• Mano de obra cualificada yespecializada

• Cadencias de producción bajas, según.

• Almacenaje de modelos limitado(debido a la humedad entre otros)

A. Gómez-Parra

Generalidades de la Fundición en Molde de Arena

Escuela Superior

de Ingeniería

• Plasticidad (en húmedo, reproducir los detalles)

• Cohesión y resistencia (conservar la forma)

• Refractariedad (soportar altas temp. sin fundir ni vitrificar la superficie)

• Conductividad Térmica (velocidad de enfriamiento del metal)

• Permeabilidad (evacuación de gases, vapor de agua, aire del molde)

• Deformabilidad (comprimiéndose por la contracción al enfriarse)

• Disgregabilidad (fácil extracción y pulimento de la pieza)

• Economía (bajo coste)

Cualidades de los Moldes

Lo verifican las arenas de fundición:

- granos de sílice (SiO2)

- arcilla (2SiO2·Al2O3·2H2O)

- humedad

A. Gómez-Parra

Clasificación de las Arenas

Clasificación de las Arenas

Según Origen

Naturales

Sintéticas

Según Humedad

Verdes

Secas

Según Aplicación

Revestimiento

Relleno

Según Utilización

Para Moldes

Para Machos

Escuela Superior

de Ingeniería

A. Gómez-Parra

Clasificación de las Arenas

Arenas Naturales

• Son arenas extraídas directamentede la naturaleza. Como suscomponentes no estánuniformemente distribuidos,tienen que sufrir un tratamientoprevio a su uso.

Arenas Sintéticas o Artificiales

• Son arenas configuradas previouso. Se mezclan los porcentajesadecuados de sílice y arcilla asícomo otros aglomerantes.

Escuela Superior

de Ingeniería

grasa >18 % arcillasemigrasa 8-18 % "magra 5-8 % "silícea <5 % "

Artificiales o sintéticas (sílice pura + aglomerantes)

Según Origen

A. Gómez-Parra

Aglomerantes

Sustancias que mezcladas con la arena comunican plasticidad y cohesión, recubriendo conuna fina capa a los granos de sílice

Escuela Superior

de Ingeniería

• Inorgánicos de tipo arcilloso

– arcillas - mineral de red estructural muy compleja, grupo silicatos,

- plástico al absorber agua lo comunica a la arena.

– bentonita - mayor capacidad de absorción (hasta 16 veces su vol.).

- mayor poder aglutinante (2-7 veces el de la arcilla).

• Inorgánicos cementosos

– cemento portland - se endurece por el fraguado sin estufarlo.

– silicato sódico - se descompone y forma carbonato y sílice coloidal con el

CO2 del aire ( SiO3Na2 + CO2 CO3Na2 + SiO2 (coloidal) ).

Baja refractariedad.

A. Gómez-Parra

Aglomerantes

Sustancias que mezcladas con la arena comunican plasticidad y cohesión, recubriendo conuna fina capa a los granos de sílice

Escuela Superior

de Ingeniería

• Orgánicos

– Aglomerantes para (cohesión en verde):

– dextrina (sustancias amiláceas almidón de patata o cereales),

– almidón + acción hidrolítica de ácidosmoléculas más sencillas

(dextrinas y azúcares), la dextrina se hincha,

harina, almidón, dextrinas, melazas.

– aglomerantes (resistencia después del secado):

sustancias que se endurecen por la polimerización en frío o en caliente en

presencia de catalizadores

– aceites (linaza, algodón)

– resinas sintéticas (fenol-formol, urea-formol)

– resinas naturales (pez, alquitrán)

A. Gómez-Parra

Clasificación de las Arenas

Escuela Superior

de Ingeniería

Verde: humedad (la mínima posible), piezas pequeñas, economía.

Seca: calentada en estufas, grandes piezas o formas complicadas.

Vieja: del desmoldeo de piezas fundidas se regenera.

De moldeo: contacto con el modelo (nueva o regenerada).

De relleno: envuelve a la de moldeo y rellena el resto (usada).

Para machos: extrasilícea, granos redondos y homogéneos,

aglomerantes especiales.

POR EL ESTADO O USO A QUE SE DESTINAN

Según Humedad

Según Aplicación

Según Utilización

A. Gómez-Parra

Negros Barnices de Fundición

Escuela Superior

de Ingeniería

Negro mineral o de mezcla:– Polvo de hulla– Pulverizado,– Productos de su combustión impiden contacto entre metal y arena– Influye su finura

Negro de estufa:– Suspensión fluida de grafito, negro vegetal, arcilla refractaria y agua.– Barnizar superficies de moldes y machos, antes de someterlo a secado.

Grafito– En polvo sobre la superficie del molde verde.– En sustitución del grafito se puede emplear el negro mineral.

UTILIZACIÓN: fundición de hierro, cobre y bronce. Para el acero barnices de harina desílice con aglutinantes arcillosos ( 3% bentonita).

Compensar la dilatación de la arena, y crear una capa aislante entre arena del molde y metalliquido, a fin de impedir el contacto entre el metal y la arena.

34

A. Gómez-Parra

Materiales para Piezas de Fundición

Escuela Superior

de Ingeniería

https://www.youtube.com/watch?v=BPM3PVSUlms

A. Gómez-Parra

Bibliografía

• Lasheras, JM. “Tecnología mecánica y metrotécnia, vol 1”. Ed. Donostiarra, 1996.

• Kalpakjian, S. “Manufactura, Ingeniería y Tecnología”. Ed. Pearson, 2002.• William D. Callister. “Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales”.

Ed Reverte, 1996• Joaquín López Rodríguez. “Fundamentos de Conformación por Deformación

Plástica”. Universidad Politécnica de Cartagena. 2011• Miguel Ángel Sebastián Pérez. ”Fundamentos y Análisis de Procesos de

Conformado por Deformación Plástica” Departamento de Ingeniería de Construcción y Fabricación-UNED

Escuela Superior

de Ingeniería