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FUNDICION A LA ESPUMA
Procesos de manufactura
Ing. Electromecanica Jessica Hazel Rodriguez Trejo
Moldeo con Poliestireno Expandido
También llamado:
- Fundición de modelo evaporado.- Fundición de patrón o modelo perdido.- Proceso de espuma perdida.- Full-mold Process (marca registrada)
Todo el mundo tiene su propia forma preferida de la construcción; a algunos les gusta tallar madera de balsa, a algunos les gusta doblar palos, a algunos les gusta adentrarse en epoxi y poliéster o espuma y papel. Ciertamente, hay un montón de maneras diferentes. La técnica de la espuma perdida es sólo uno de ellos. Voy a presentar un poco de una descripción de este método. Tal vez algún día se verá tentado a probarlo.
Una técnica de moldeo relacionado, llamado el moldeo a la cera perdida, ha estado en uso durante varios siglos. En el caso de la cera perdida, la cera se utiliza a menudo para construir la segunda parte del molde, pero durante el proceso de la cera está siendo reemplazado por el metal en fusión. La cera en el molde se funde o se evapora al contacto del metal líquido caliente, dejando espacio para el metal para llenar el molde. Cuando el metal a su vez a sólido, el molde se abre y se recupera la pieza de metal. En la técnica de perdida de la espuma, la espuma es el molde y se disuelve la espuma (o sólo una parte de la espuma para mantener una mayor rigidez) cuando la pieza se hace para salir con la pieza resultante. En resumen, tallar la forma que desee en la espuma, cubierta de la forma de espuma con capas de fibra de vidrio y resina epoxi, y luego deshacerse de la espuma. Se utiliza sobre todo para fuselajes y las góndolas, pero no hay nada que le impida hacer un ala hueca compuesta de esta manera.
El proceso de fundición en molde completo es un tipo de fundición en arena con moldes y modelos perdidos. En el proceso de fundición en molde completo – el “Lost Foam Casting” (fundición en espuma perdida) se utilizan modelos de espumas de Poliestireno (p.ej. poliestireno expandido). Estos modelos se colocan en un recipiente de moldeo, en arena de fundición, y son descompuestos por el metal fundido vertido. El metal fundido ocupa toda la cavidad creada y recrea de forma exacta la geometría del modelo.
Modelo de espuma
Los productos de poliestireno expandido, como vasos , contenedores de alimentos,bloques de aislamiento y materiales medelados para empaque , se fabrican mediante un modelo de espuma, utilizando perlas de poliestireno como materia prima
Existen diversas tecnicas en la forma básica las perlas de poliestireno obtenidas por la polimerización del monómero de estireno se colocan en un molde con un agente insuflante, por lo común pentano o un gas inerte y se exponen al calor en donde las se expanderan hasta 50 veces y toman la forma de la cavidad del molde.
En el proceso en espuma perdida, el diseño y la calidad del acabado del molde perdido de espuma de partículas EPS son decisivos para la calidad de las piezas fundidas. Lo importante es desarrollar un modelo de espuma que permita alcanzar un resultado óptimo. El modelo no debería presentar ni esquinas ni bordes afilados porque perjudican la adhesión del apresto y pueden perjudicar la colada de la masa fundida. Por lo contrario, las suaves formas redondeadas aseguran un buen flujo y contribuyen a una mejor calidad de la pieza fundida. Para que durante el proceso de la colocación en la arena también se rellenen suficientemente las zonas de sombra y para que la arena pueda compactarse en estas zonas, hay que prever aperturas auxiliares si fueran necesarias.
Con el fin de alcanzar los resultados deseados en la fundición en serie, hay que asegurarse de la constante calidad de los modelos de espuma utilizados. Para ello, son decisivos el reparto homogéneo de densidad y la adherencia de soldadura de la espuma de partículas. Cuando la masa fundida entra en contacto con el modelo EPS, éste se descompone en pequeños fragmentos debido a la alta temperatura del metal (despolimerización) y se evapora. El metal ocupa la cavidad que ha quedado libre.
PROCEDIMIENTO
En primer lugar se necesitan obtener los modelos de Poliestireno expandido, en este proceso, se colocan perlas (o pellets) de poliestireno crudo desechable (EPS, por sus siglas en inglés), conteniendo de 5 a 8% de pentano (un hidrocarburo volátil), en una matriz precalentada que por lo general está hecho de aluminio. El poliestireno se expande y toma la forma de la cavidad de la matriz; se aplica más calor a fin de fundir y unir las perlas entre sí. La matriz se deja enfriar y luego se abre, retirándose el modelo de poliestireno.Para piezas con mayor complejidad es posible unir varias secciones de modelos individuales utilizando un adhesivo de fusión en caliente.El modelo de poliestireno incluye bebedero de colada, el sistema de vaciado y las mazarotas, y también puede contener almas (si se necesitan), eliminando así la necesidad de hacer almas por separado.
El Proceso de fundición con Poliestireno expandido, en palabras simples, consiste en la obtención de una pieza metálica a partir de un modelo de espuma de poliestireno expandido.
Esto se logra, en primer lugar generando un patrón o modelo de espuma
(poliestireno expandido), al cual se le adhiere una pintura refractaria para luego ser introducida a un molde el cual es llenado de arena hasta quedar bien compacto. Luego el metal es vaciado sobre el patrón de espuma de poliestireno que se vaporiza, dando paso a que el metal adopte la forma del patrón.
Los modelos se recubren normalmente con un compuesto refractario para darle una superficie más lisa al patrón y mejorar su resistencia a la alta temperatura, luego se seca y se coloca en una caja de moldeo. La caja se llena de arena suelta y fina, que rodea y soporta el modelo y puede secarse o mezclarse con agentes aglutinantes para darle resistencia adicional. La arena es compactada de manera periódica utilizando diversos medios. Una vez compactada la arena, se realiza el vaciado del metal líquido dentro del molde sin extraer en ningún momento el modelo de poliestireno recubierto con pintura refractaria. Cuando se realiza el vaciado; el metal fundido evapora la espuma, los gases generados se liberan a través de la arena y el metal solidifica tomando el lugar donde estaba ubicado el modelo. Finalmente, la arena es retirada mediante basculado del recipiente; momento en el cual es retirada la pieza. La arena pasa a un sistema de enfriamiento para recircularla.
Modelos
Modelo estructural de espuma
En este proceso de modelo utilizado para fabricar productos de plástico con una superficie exterior sólida y una estructura nuclear celular. Entre los productos comunes elaborados por este método figuran los componentes de muebles, gabinetes para computadoras y máquinas de oficina, y molduras.
En este proceso los termoplásticos se mezclan con un agente insuflante y se moldean por inyección en moldes fríos a fin de darles las formas deseadas.
El enfriamiento rápido contra las superficies de los moldes fríos produce una superficie rígida y un nuclear de la parte de estructura celular.
La densidad de toda la parte puede ser tan baja como 40% de la densidad del plástico sólido. Por lo tanto con una superficie rígida y una masa menos densa las partes moldeadas tienen una alta relación de rigidez a peso.
Procesamiento de espuma de poliuretano
Productos como los cojines y los bloques de aislamiento se fabrican por este proceso. Básicamente, la operación empieza al mezclar dos o más componentes ; después de que la mezcla se vierte en moldes de diversas formas , o se rocía sobre superficies con una pistola de aspersión para proporcionar o aislamiento sonoro y térmico, ocurren ciertas reacciones químicas. Existen diversas máquinas de alta y baja tensión que tiene controles por computadoraq para logar un mezcaldo apropiado la mezckla se solidofica con un estructura celular, cuyas caractristicas dependen de los componentes utilizados
TIPOS DE PROCESO
Patrón de diseño por la Asamblea
El bloque de cilindros, basado en cuatro secciones de la espuma independientes reunidos en un solo patrón. Con estas cuatro secciones, las características detalladas siguientes son emitidos directamente en el bloque de cilindros -
Una de 580 mm de largo y 12 mm de diámetro principal conducto de aceite para alimentar-alta presión de aceite al eje de equilibrio y las superficies del cojinete del cigüeñal y la culata. Esto eliminó tres operaciones de perforación de largo.
Seis de 75 mm de largo, 7 mm de diámetro de los orificios de alimentación de aceite del paso principal de aceite a cada superficie de apoyo del cigüeñal, la eliminación de la perforación.
Cuatro 75-200 mm de largo, 7 mm de diámetro de los orificios de alimentación de aceite del paso de aceite a los dos principales superficies de rodamiento eje del balance, la eliminación de la perforación y cuatro tapones de cierre.
Fundido en el equilibrio del eje lugar-cubre eliminar la necesidad de dos cubiertas separadas, dos juntas y ocho tornillos de montaje para cada tapa, así como eliminar de mecanizado para el montaje de la cara cubierta y los pernos y los
agujeros para tacos.
Cuatro agujeros de aceite de diferentes tamaños, se echan en el filtro de aceite, la eliminación de dos operaciones de perforación.
Poliestireno Expandible perlas
El patrón de la espuma se forma de perlas expandibles (comúnmente poliestireno) que contienen pentano (5.7% en peso) como agente de expansión / soplado.
La prima cuentas EPS (poliestireno expandible = EPS) se entregan a una densidad de aproximadamente 38 # / metro cúbico en una amplia gama de tamaños inicial (a 80 milésimas de pulgada de diámetro 10)
El más pequeño granos dar el mejor llenado en la herramienta y acabado superficial, pero son más difíciles de controlar para una densidad uniforme.
Como regla general, la sección de pared más delgada en el casting debe permitir por lo menos tres (3) del grano se llena todo después de curar. Esto por lo general los límites de las secciones de pared de tamaño mayor de 3 mm (0,120 pulgadas) para el aluminio.
Las perlas de poliestireno se forman en un patrón de final en un proceso de 4 etapas -
Preexpansión por el calor y acondicionamiento de los granos para controlar y estabilizar el tamaño del grano y la densidad para el moldeado
Precalentamiento de la herramienta de metal a la temperatura deseada salud
La inyección de los granos en la herramienta El calor y la refrigeración de la herramienta para
ampliar las cuentas y se fusionan con el patrón.
Patrón de moldeo
La ampliación del EPS cuentas-pre se inyecta en la cavidad calentada herramienta de pre y la herramienta es de vapor calentado y enfriado por agua
para ampliar, suavizar, fusible, y enfriar el poliestireno para formar un patrón terminado.
Un diseño adecuado y el control del ciclo de vapor-cool es fundamental para el fuerte, liso y con precisión los patrones de dimensiones.
Una fría superficie de la herramienta o un paso de vapor, provoca "underfusion".
Underfusion no se abra completamente y de bonos de los granos, produciendo un áspero "saltones", superficie y resistencia de secciones de baja en el patrón.
La exposición prolongada de vapor o refrigeración inadecuada produce
Overfusion colapsa los granos en la superficie de producción de la ondulación de la superficie.
Inadecuada refrigeración de la herramienta puede producir "la expansión posterior."
En la expansión posterior, la, cálido granos blandos a nivel local puede ampliar después de la eliminación de la herramienta, produciendo variaciones dimensionales.
Un diseño adecuado y el control del ciclo de vapor-cool es fundamental para el fuerte, liso y con
precisión los patrones de dimensiones.
PROCESOS DE FUNDICION DE PRECISION
En arena - Aglutinantes inorgánicos - Proceso de moldeo en arena verde
Proceso CO2 / Silicato Sistema fosfato – alúmina
- Aglutinantes orgánicos - Proceso en Coldset o caja fría - Proceso Cosworth
- Proceso Shell molding - Proceso Colshell - Proceso Zeus - No aglutinada - Proceso con modelo evaporado - Proceso ( V- ) o de colada al vacíoEn yeso - Fundición en yeso convencional - Fundición en yeso espumoso - Proceso Antioch
Procesos de colada en molde cerámico - Proceso Shaw - Fundición revestida o Microfundición - Proceso de cáscara cerámica REPLICAST
Usos
Fundicion a la espuma perdida de monobloques para motores
Una de las parates mas importantes del motor de combustión interna es el monobloque el cual forma la envolvente del motor, aporta la estructura básica que encierra psitones y cilindros y resiste una presión significativa durante la operación.Al advertir las presiones de la industria en favor de diseños de alta calidad, bajo costo y ligereza, Mercury Castings construyo una línea de fundición a la espuma perdida con el propósito de producir monobloques de aluminio para motores y cabezas de cilindros. Un ejemplo de una parte producida mediante fundición a la espuma perdida es un monobloque para motor de tres cilindros de 60hp, utilizado
en aplicaciones marinas.
Velocidad de flujo
La velocidad de flujo en el molde depende de la rapidez de degradación del polímero. Los estudios han mostrado que el flujo del metal fundido es básicamente laminar, con número de Reynolds del orden de 400 a 3000. La velocidad del metal fundido en el frente del modelo de metal-polímero se estima en el rango de 0,1 m/s - 1,0 m/s. La velocidad se puede controlar produciendo modelos con cavidades o secciones huecas; por tanto la velocidad aumentará al cruzar el metal fundido estas regiones huecas, de manera similar a vaciar en una cavidad vacía como ocurre en la fundición de arena.Dado que el polímero requiere de una considerable energía para degradarse, se presentan grandes gradientes térmicos en la interfaz metal-polímero; en otras palabras, el metal fundido se enfría más rapido de lo que haría si se vaciara en una cavidad. En consecuencia, la fluidez es inferior a la de la fundición en arena. Esto tiene efectos importantes en la microestructura en toda la fundición y también conduce a una solidificación direccional del metal.
Ventajas
El proceso de Moldeo con Poliestireno Expandido tiene un cierto número de ventajas sobre otros métodos de fundición:
1.- El proceso es relativamente simple, porque no existen líneas de partición, almas separadas o sistemas de alimentación; por tanto tiene flexibilidad de diseño.2.- Para el proceso bastan cajas de moldeo de bajo costo.3.- El poliestireno es económico y se puede procesar con facilidad en modelos con formas complejas, tamaños varios y un fino detalle superficial. 4.- La fundición requiere un mínimo de operaciones de acabado y de limpieza.5.- El proceso puede ser automatizado y es económico para grandes lotes de producción. Un factor principal es el costo de producir la matriz para la
expansión de las perlas de poliestireno a fin de hacer el modelo.
Desventajas
Débiles en las áreas planas Es un reparto de un tiro - el enchufe se crea se destruye con su intento
de Messier que la construcción de balsa tradicional. No hay talla de madera para los fanáticos de la madera. Puede ser pesado con facilidad. En comparación con los métodos convencionales de fibra de vidrio, la
técnica de espuma perdida requiere más trabajo para completar la meta.
(2) Foam parts drying after being (2) piezas de espuma de secado después de haber sido coated with sheetrock mud. recubierto con barro yeso.
(3) Tool to form pool of metal (3) Herramientas para formar grupo de metal above the parts pour spout. encima de las partes pico vertedor.
(4) Crucible charged with scrap. (4) Crisol cargado con chatarra.
(5) Two test parts are set on a (5) Dos piezas de prueba se encuentra en una bed of sand with the pour spouts lecho de arena con el verter los canalones or "sprues" close together so o "grapas" juntos para they can be poured together. que se puede verter juntos.
(6) Sand covers the parts with (6) Playa de arena cubre las partes con the vents and spures exposed. las rejillas de ventilación y spures expuestos.
(7) The head tool is place over (7) La herramienta de la cabeza es el lugar más the sprues. los bebederos.
(8) Jack stands make a nice rest (8), Jack se encuentra hacer un buen descanso of the crucible so that it is not de la placa para que no se set on the concrete. establecidos en el concreto.
(9) Additional pieces of scrap (9) piezas adicionales de la chatarra aluminum can safely be added as de aluminio con seguridad se puede agregar como long as they are dry. siempre y cuando estén secas.
(10) Skimming dross of the (10) de la escoria Skimming surface of the molten aluminum. superficie del aluminio fundido.
(11) The skimmer is a pipe with (11) El skimmer es un tubo con a shorter piece of pipe welded una pieza más corta de tubos con costura to the end to from a Tee. hasta el final a partir de una camiseta.
(12) Hooking the crucible. (12) Conexión de la placa.
(13) Rotating the handle. (13) Al girar el mango.
(14) (14) Película de la colada.
(15) Aluminum vented through (15) de aluminio con ventilación a través de only one of the vents. sólo uno de los conductos de ventilación.
(16) Pulling the part out. (16) que extrae el parte.
(17) Chipping off the mud. (17) Chipping el barro.
(18) A sifter is used to clean the (18) Un tamiz se utiliza para limpiar el chips of mud out of the sand. fichas de barro de la arena.
The lock that holds the tool closed is a piece for 1 1/2" pipe that is flattened and cut lengthwise. It is shaped to slid up both handles when they are closed and the handles actually angle slightly inward toward each other as they come out from the 4" pipe so the lock gets tighter as it slides in toward the 4" pipe. The hinge is make from a piece of 5/8" bar and 4, 1 1/4 inch long pieces of 3/4" pipe. You simply weld every other piece to the other side of the 4" pipe.
Bibliografia
http://www.sfsa.org/tutorials/eng_block/GMBlock_13.htm
http://dyna.unalmed.edu.co/ver_resumen.php?id_articulo=PF210406
http://www.lostfoam.com/
http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=188980
