INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECNICA Y ELCTRICA

UNIDAD TICOMAN

TEMA: FUNDICION POR ARENA

ASIGNATURA: PROCESOS DE MANUFACTURA

PROFESOR:

SERGIO

ALUMNOS:

MORALES SNCHEZ ANA DANIELA

GASCA COLIN HECTOR

ALTAMIRANO ALEJANDRO

5AV3

I. FUNDICION DE ARENA

El mtodo tradicional de vaciado de metales es el moldes de arena, la fundicin en arena consiste

en colocar un modelo con la forma de la pieza deseada en arena para crear una impresin,

incorporar un sistema de alimentacin, llenar la cavidad resultante de metal fundido, dejar que el

metal se enfri hasta que se solidifique, romper el molde de arena y retirar la fundicin.

II. ARENAS

Predominan las arenas de slice (SiO2), que es producto de la desintegracin de las rocas en

periodos de tiempo largos. La arena es econmica y resistente a altas temperaturas. Existen dos

tipos de arena:

- Naturalmente unida (arena de banco)

- Sinttica (arena de lago)

En vista de su composicin donde se puede controlar con mayor precisin, es preferible la arena

sinttica para las fundidoras.

NOTA: Investigar

La arena con granos finos y redondos se puede prensar con facilidad y forman una superficie de

molde lisa. Aunque la arena de grano fino aumenta la resistencia del molde, tambin reducen la

permeabilidad del molde. Moldes y corazones con mayor permeabilidad permiten fcilmente la

salida de gases y vapores que presentan en la fundicin.

FIG 1. Ilustracin esquemtica de un molde de arena mostrando varias caractersticas

El molde debe contar con una buena colapsabilidad, para evitar que la pieza se contraiga al

enfriarse a fin de evitar defectos en el colado, como grietas en caliente y agrietamientos. Por tanto,

la seleccin de la arena incluye ciertos pros y contras con respecto a las propiedades.

Comnmente se acondicionan las arenas antes de su uso.

Se utilizan mquinas de mezclar para integrar uniforme y completamente la arena con los aditivos.

Para unir las partculas de arena, dndole resistencia, se utiliza la arcilla (bentonita) como

aglutinante. A menudo se utilizan arenas zirconio (ZrSiO2), olivino (Mg2 SiO4) y silicato de hierro

(Fe2SiO4) en fundidoras de acero debido a su baja dilatacin termina. La cromita (FeCr2O4) se utiliza

debido a sus elevadas caractersticas de transferencia trmica.

FIG 2. Esquema de los pasos de produccin en una operacin de fundicin por arena

III. TIPOS DE MOLDES DE ARENA

Los moldes de arena se clasifican segn los tipos de arena que los forman y los mtodos utilizados

para su produccin. Existen tres tipos bsicos de moldes de arena: arena verde, caja fra y moldes

no cocidos. El material de molde ms comn es la arena de moldeo verde, que es una mezcla de

arena, arcilla y agua. El trmino verde se refiere al hecho de que al vaciarse el metal en su interior,

la arena en el molde esta hmeda o mojada. El moldeo con arena verde es el mtodo ms

econmico de fabricacin de moldes.

PARTICULA SECA.- La superficie del molde se secan, ya sea dejando el molde al aire o secndolo

con soplete. Debido a su mayor resistencia. Estos moldes se emplean en fundiciones amplias. Los

moldes en arena verde le dan una mejor precisin dimensional y acabado superficial al momento

de colada, el inconveniente de dicho procesos tienen tendencias a sufrir grietas en caliente debido

a la colapsibilidad del molde y la taza de produccin es ms lenta.

MOLDE DE CAJA FRIA.- Se mezclan aglutinantes orgnicos e inorgnicos en la arena para

qumicamente unir los granos para una mayor resistencia. Estos moldes son dimensionales ms

precisos que los molde de arena seca, pero son de mayor costos.

MOLDE NO COCIDO.- Es una mezcla de resina sinttica liquida con la arena, la mezcla se endurece

a la temperatura ambiente, se le conoce de curado frio, ya que el molde en este proceso y la caja

fra ocurre sin calor.

COMPONENTES PRINCIPALES DE UN MOLDE DE ARENA

- Copa de Vaciado

- Bebedero

- Sistemas alimentadores

- Mazarotas

- Corazones

- Respiradores

- Moldes superior e inferior

IV. MODELOS

Para moldear la mezcla de arena a la forma de la fundicin. Pueden estar hechos de madera,

plstico o metal. La seleccin del material del modelo depende del tamao y de la forma de la

fundicin, la precisin dimensional, la cantidad de coladas requeridas y el proceso del modelo

CARACTERISTICA MADERA ALUMINIO ACERO PLASTICO HIERRO FUNDIDO

Maquinabilidad E G F G G

Resistencia al desgaste P G E F E

Resistencia mecnico F G E G G

Peso E G P G P

Facilidad de reparacin E P G F G

Resistencia a:

Corrosin E E P E P

Hinchamiento P E E E E

Tabla 1: Caractersticas de los materiales de los modelos

E; Excelente, B; Bueno, F; Regular; P, pobre.

En vista que los modelos se usan de manera repetida para la fabricacin de moldes, la resistencia y

durabilidad del material seleccionado debe reflejar el nmero de coladas que el molde tiene que

producir. A fin de reducir desgaste en regiones criticas pueden ser fabricados de una combinacin

de materiales. Por lo general los modelos son recubiertos por un agente separador para facilitar la

extraccin de moldes.

Los moldes se pueden disear con una diversidad de caractersticas que se adecuen a la

aplicacin y a los requerimientos econmicos. Los modelos de una sola pieza, tambin conocidos

como patrones sueltos o slidos, se utilizan generalmente para formas simples y produccin de bajo

volumen. Los modelos divididos son de dos piezas, fabricados de manera que cada parte forme una

porcin de la cavidad para la fundicin; de esta manera se pueden producir piezas fundidas con

formas complicadas.

Los moldes de placa bipartidos son un tipo popular de moldeo montado, en el cual se forman los

modelos de dos piezas fijando cada mitad de uno o ms modelos divididos a los lados opuestos de

una placa.

FIG 3.Un modelo de metal con placa bipartido tpico que se utiliza en fundicin en arena

En este tipo de construcciones el sistema de alimentacin se puede montar del lado del molde

inferior. Este tipo de modelo de usa ms a menudo en conjunto con mquinas moldeadoras y en

grandes series de produccin, para la fabricacin de piezas fundidas pequeas.

Un desarrollo reciente de importancia es la aplicacin del prototipo rpido para la fabricacin de

moldes y modelos. En la fundicin en arena, por ejemplo, se puede fabricar un modelo en una

mquina de prototipo rpido y fijarse en una placa soporte en una fraccin del tiempo y costo del

maquinado de un modelo normal. Existen varias tcnicas de prototipo rpido mediante las cuales

estas herramientas se pueden producir con rapidez. El diseo del modelo es un aspecto vital de la

operacin total de la fundicin. El diseo debe prever la contraccin del metal, la facilidad de

extraccin del molde de arena mediante ngulos de salida y un un flujo adecuado del metal en la

cavidad del molde.

FIG 4. ngulos de salida en los modelos para facilitar la extraccin del molde de arena

V. CORAZONES

Para fundiciones con cavidades o pasajes internos. Los corazones se colocan en la cavidad del

molde antes de la colada para formar las superficies interiores de la misma y son extrados de la

pieza terminada durante la limpieza y el procesamiento posterior. Igual que los moldes, los

corazones deben tener resistencia, permeabilidad capacidad de resistir el calor y

colopsabilidad, por tanto, los corazones se fabrican de compuestos de arena.

El corazn se fija mediante plantillas de corazones. Estas se generan por recesos que se agregan

al modelo para soportar al corazn y proporcionar ventilaciones para el escape de los gases.

FIG 5. Ejemplos de corazones de arena mostrando pistas para corazones y soportes para los mismos

Un problema comn que tienen los corazones es que tienen los corazones es que, para ciertos

requerimientos de fundicin, como en el caso donde se requieren un receso, pueden carecer de

suficiente soporte estructural en la cavidad. Para impedir que se muevan, se puede utilizar soportes

para anclar el corazn en un sitio.

Por lo general los corazones se fabrican de manera similar a los moldes; la mayor parte se hace

utilizando procesos de moldes en cascara, no cocidos o de caja fra. Los corazones se forman en

cajas de corazones, que se utilizan de una manera muy similar a los modelos para formar los moldes

de arena. La arena se puede compactar en las cajas con aprisionadores o soplada dentro de la

caja mediante aire comprimido a travs de sopladores de corazn. Esto ltimo ofrece ventajas de

lograr corazones uniformes y velocidades de produccin muy altas.

VI. MAQUINAS PARA EL MOLDEO DE ARENA

La mecanizacin del proceso de moldeo puede ser asistida por apisonamiento del conjunto. La

caja de moldeo, la arena del molde y el modelo se colocan en primer trmino en una placa

modelo montada en un yunque y despus es apasionada hacia arriba con presin de aire a

intervalos rpidos. Las fuerzas de inercia compactan la arena alrededor del modelo. El apasionado

produce la compactacin ms elevada en la lnea de particin horizontal, en tanto que en la

compactacin por placa para la compresin, es ms elevada en la zona cercana a dicha placa,

por lo que se puede obtener una compactacin ms uniforme al combinar la compresin y

apisonado.

FIG 6. Varios diseos de cabezas de compresin para la fabricacin de moldes

En el moldeo vertical sin caja, las mitades del modelo forman una pared de cmara vertical contra

la cual se sopla y se compacta la arena. Luego, las mitades se unen horizontalmente, con la lnea

de particin orientada verticalmente movindose a lo largo de un trasportador de vaciado. Esta

operacin es simple y elimina la necesidad de manejar cajas de moldeo, permitiendo velocidades

de produccin muy elevadas, particularmente cuando ya estn automatizados otros aspectos de la

operacin.

Los lanzadores de arena llenan la caja de moldeo de manera uniforme con la arena en un chorro

de alta presin. Se utilizan para llenar cajas de moldeo grandes y tpicamente se operan mediante

una mquina. Un impulsor en la maquina lanza arena desde sus aspas o tazones a velocidades tan

altas que la maquina no solo coloca la arena, sino que la compacta apropiadamente.

En el moldeo por impacto, la arena se compacta mediante una explosin controlada o mediante la

liberacin instantnea de gases comprimidos. Este mtodo produce moldes de una resistencia

uniforme y buena permeabilidad.

En el moldeo por vaco, tambin conocido como el proceso V, el modelo se cubre

completamente con una hoja delgada de platico. Se coloca un cajn de un moldeo sobre el

modelo recubierto y se llena con arena seca sin aglutinante. Se coloca entonces una segunda hoja

de plstico sobre la arena, y una accin de vaco endurece la arena de manera que se puede

retirar el modelo. De esta manera se hace cada mitad del molde, mismo que despus se ensambla.

Durante el vaciado el molde se conserva en vaco, pero no la cavidad de la fundicin. Una vez

solidificado el mental, se elimina el vaco y la arena cae, liberando la fundicin. El moldeo por vaco

produce coladas con detalle de alta calidad y precisin dimensional.

FIG 7. Moldeo vertical sin caja

VII. LA PRACTICA DE FUNDICON DE ARENA

Una vez formado el molde y los corazones colocados en su sitio, las dos mitades se cierran, se

sujetan y se les colocan pesos encima. Esto ltimo se hace para impedir la separacin de las

secciones del molde debida a la presin ejercida cuando el metal fundido es vaciado en la

cavidad del molde.

El diseo del sistema de alimentacin es importante para una una correcta alimentacin del metal

fundido a la cavidad del molde. Debe minimizarse la turbulencia, permitirse el escape de aire y de

gases mediante respiradores y establecerse y mantenerse los gradientes de temperatura

apropiados, a fin de minimizar la contraccin y la porosidad. El diseo de las mazarotas es tambin

importante a fin de suministrar el metal fundido necesario durante la solidificacin de la fundicin. La

copa de vaciado tambin puede servir de mazarota.

Despus de la solidificacin, se sacude la pieza fundida sacndola de su molde y por vibracin o

mediante chorro de arena se eliminan las capas de arena y oxido adheridas a la fundicin. Las

fundiciones de hierro tambin se limpiar con chorro de granalla de acero o arena. Las mazarotas y

los sistemas de alimentacin se cortan por corte con oxicombustible gas, sierra cizallas y discos

abrasivos.

VIII. REFERENCIAS

1. Manufactura, ingeniera y tecnologa, Kalpakjian

2. Tecnologa Aplicada a Los Procesos de Manufactura

3. Handbook Casting Vol. 15