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TRABAJO FINAL

Tubos Metálicos por Fundición Centrífuga

CURSO: Procesos de Manufactura

PROFESOR: Ing. Rolando Portugal Perea

INTEGRANTES:

Cano Solano, Carlo

Fernández Zapana, Rogger

La Molina, 05 de Junio de 2009

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INDICE

Objetivos: General y Específicos 3

Introducción 4

Desarrollo 5

1. Especificaciones del Producto 6

2. Fases del Proceso Productivo 7

3. Máquinas y Equipos para la Producción

10

Conclusiones 12

Bibliografía Consultada 13

Referencias Virtuales 14

Apéndice 15

A-1 Proceso de Fundición Centrífuga 16

A-2 Equipos utilizados en Fundición Centrífuga 20

Plano 23

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OBJETIVOS

GENERAL

Investigar todo lo relacionado al proceso de fundición centrífuga para la

fabricación de tubos metálicos.

ESPECIFICOS

Identificar las principales fases del proceso productivo.

Determinar las diferencias más resaltantes en los productos obtenidos

por este tipo de fundición, a comparación de otros métodos.

Averiguar si en la industria nacional hay empresas que fabriquen tubos

metálicos por fundición centrífuga.

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INTRODUCCION

El presente trabajo trata sobre la obtención de tubos metálicos mediante el

proceso de fundición centrífuga. En él se explican de forma concisa las fases

del proceso productivo, especificaciones del producto, máquinas y equipos

necesarios, entre otros.

Podemos clasificar este trabajo como de investigación, pues nuestro grupo

logró constatar que los tubos metálicos fabricados por este método de fundición

no se llevan a cabo en el Perú, sino que son importados del exterior. Esto se

llevó a cabo mediante consultas hechas a las principales empresas de

fundición pertenecientes al entorno nacional.

Para la realización de esta monografía se consultaron fuentes externas,

destacando la información obtenida gracias al uso de Internet, pues nos

permitió estar al tanto en las operaciones efectuadas por algunas empresas

internacionales que pertenecen al rubro de fabricación de piezas mediante

fundición. Por ello se pudo comprobar que la producción por fundición

centrífuga se da de forma más notoria en países desarrollados, y es en éstos

donde se ha logrado un mayor desarrollo de este proceso. También podemos

señalar la gran ayuda que representó contar con información bibliográfica de

otras bibliotecas (de forma virtual), la cual facilitó la labor de investigación.

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DESARROLLO

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ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO

La información correspondiente al producto y sus características, se muestra a

continuación.

Cabe resaltar que algunos de los datos mostrados son aproximaciones e

información tomada de empresas del sector, por lo cual se muestran diferentes

posibilidades (en materiales, por ejemplo)

FASES DEL PROCESO PRODUCTIVO

El proceso de fabricación de los tubos metálicos consta principalmente de 5

pasos, sin embargo este número varía de acuerdo al tipo de tubo metálico que

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Producto Tubos Metálicos

FormaCilíndrica

(paredes del molde y producto)

DimensionesDiámetro: 400 mm

Longitud: 6 m

Materiales

Acero al carbono

Acero aliado

Acero inoxidable

Aluminio

Cobre

Hierro fundido

Níquel

Acabado superficial 63 - 500 μm

Tolerancia ± 0.025 mm

Espesor de pared 30 mm

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se requiera (generalmente por operaciones posteriores para mejora del

producto). Para mayor información de este método especial de fundición,

sírvase revisar A–1 (en Apéndice)

Las principales fases del proceso productivo se describen a continuación:

1. La preparación del molde

Las paredes del molde metálico son inicialmente revestidas con una capa de

material refractario, dependiendo de ciertos parámetros de fabricación

(aplicación, rotación, secado, etc.). Una vez listo y asegurado, se hace girar el

molde sobre su propio eje a altas velocidades (desde 300 hasta 3000

revoluciones por minuto), típicamente alrededor de 1000 revoluciones por

minuto.

2. Vaciado del metal fundido a la máquina

El acero y aleaciones que previamente se han fundido en hornos de inducción

u otro tipo, se vierten dentro del molde que gira a gran velocidad.

Para ello se utiliza una especie de cucharón para el vertido u otros equipos,

dependiendo del grado de automatización de la planta. La fuerza centrífuga

conduce el material hacia las paredes de molde hasta que se llena.

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3. Enfriado (principio de operación de la máquina)

Con todo el metal fundido dentro del molde, éste permanece rotando mientras

el metal se enfría. Por efecto de la fuerza centrífuga, el metal fundido se reparte

uniformemente a lo largo de toda la pared interior del molde y permanece en

ese estado hasta que el acero o aleación se solidifica, inicialmente lo hace en

las paredes del molde y continúa hacia adentro.

4. Extracción de la fundición

Después de que la fundición se ha enfriado y solidificado, el movimiento

rotación se termina, y el producto es retirado de la máquina.

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5. Operaciones posteriores (acabado)

Mientras la fuerza centrífuga conduce al metal denso hacia las paredes del

molde, las impurezas de menor densidad o fenómenos de burbuja se

concentran en la superficie interior de la fundición. Como resultado, se

requieren procesos secundarios tales como maquinado, amolado o granallado,

con el objeto de limpiar y mejorar el acabado superficial del diámetro interior de

la pieza.

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Esquema de las operaciones realizadas en la producción de tubos metálicos (completa)

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MAQUINAS Y EQUIPOS PARA LA PRODUCCION

Dependiendo del tipo de producto que se requiera, se utilizan distintas gamas

de maquinarias y equipos. Para mayor información, se recomienda revisar A–2

(en Apéndice)

Para la producción de tubos metálicos, se considera como el más adecuado de

los tipos de fundición centrífuga, la forma horizontal (fundición centrífuga

propiamente dicha). En este caso, el producto a trabajar es un tubo de 400mm

de diámetro y 6m de largo, por lo cual se optó por el modelo presentado a

continuación:

Modelo PRH (de CCMCo.)

Estilo: Horizontal

Las máquinas de este modelo son usadas en

la producción de tubos para transporte de

agua presurizada

(En inglés: ductile iron water pipe).

Estas maquinarias utilizan moldes metálicos, los cuales son refrigerados por

agua, por medio de un contenedor con este líquido.

En los últimos años se ha rediseñado este prototipo, usando lo último de la

tecnología en manufactura (desarrollada por CCMCo, compañía líder en

fundición centrífuga a nivel mundial)

La máquina de este modelo PRH usan el método De Lavaud para tubos por

fundición en hierro dúctil. Puede realizar fundiciones de tubos con diámetros

que pueden variar desde 4 pulgadas (100mm) a 60 pulgadas (1600mm) y

largos de hasta 20 pies (6m). En este caso, el tubo estudiado se encuentra

dentro de los rangos establecidos.

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Especificación del Modelo

o Los datos mostrados en la tabla superior se encuentran en el sistema inglés, donde los tamaños para diámetros

exteriores e interiores se expresan en pulgadas, así como para las longitudes mínimas y máximas para la fundición.

o De acuerdo al requerimiento en dimensiones que se tenga, se podrá optar por un número de modelo diferente. Para

el caso especial de este trabajo, sería conveniente trabajar con el modelo PRH – 14 – 28.

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CONCLUSIONES

1. Las principales fases del proceso productivo en fundición centrífuga son:

preparación del moldeo, vaciado o colado del metal fundido, operación

de enfriado y extracción de la fundición, seguido por operaciones

posteriores de maquinado según el tipo de tubo que se desee.

2. Las diferencias más relevantes de la obtención de tubos por fundición

centrífuga, comparada con otros procesos es en su operación. Mientras

que la mayoría de los procesos de fundición son estáticos, el principio de

funcionamiento en los equipos del proceso estudiado radica en la

rotación del molde y la formación de fuerzas centrífugas. Es por ello que

las fundiciones obtenidas por este método tienen mejores propiedades

físicas y mecánicas a comparación de otros procesos.

3. Después de realizar una investigación a las empresas que fabrican

tubos metálicos, se concluye que en la industria peruana éstos no se

producen mediante el proceso de fundición centrífuga, sino que son

importados del exterior.

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BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

Bawa,H.S..- Manufacturing Processes II

Editorial Tata McGraw-Hill, 2004

Beeley, Peter.- Foundry Technology

Segunda Edición (Ilustrada)

Editorial Butterworth-Heinemann, 2001

719 páginas

Drozda, T.; et.al..- Tool and Manufacturing Engineers Handbook: Forming

Cuarta Edición (Ilustrada). Editorial SME, 1984

936 páginas

Jensen, C; et.al..- Dibujo y Diseño en Ingeniería

Sexta Edición (Ilustrada). Mc Graw – Hill, 2004

936 páginas

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REFERENCIAS VIRTUALES

Fundición Centrífuga:

http://www.custompartnet.com/wu/centrifugal-casting

http://www.efunda.com/processes/metal_processing/centri_casting.cfm

http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=centrifugal_casting

http://www.engineersedge.com/manufacturing/centrifugal_cast_process.htm

http://www.centriacero.com.ar/detalle.php?a=tubos-sin-costura-de-pared-

gruesa&t=3&d=2

http://www.comosehace.cl/procesos/JavierRebolledo/fundicion_centrifuga.htm

Fundiciones en General:

http://www.me.gatech.edu/jonathan.colton/me4210/casting.pdf

Glosario Técnico (en inglés)

http://www.dnr.state.wi.us/org/water/dwg/OpCert/HTML/glossary.htm#d

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APENDICE

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A – 1: Proceso de Fundición Centrífuga

Las fundiciones centrífugas son hechas colando metal fundido en un molde que

está siendo rotado o comienza a rotar en un cierto punto durante la colada. La

fuerza centrífuga generada por esta rotación hace que el metal ejerza una

presión constante contra la pared interior del molde, hasta que éste se

solidifica.

Las partes cilíndricas son usualmente las formas preferidas para estos

procesos. Fundiciones producidas en moldes permanentes por el método de

centrifugación propiamente dicho tienen mayores propiedades que fundiciones

realizadas en moldes de arena.

La selección del tipo de molde a usar es determinada por la forma de la

fundición, la calidad deseada y el número de unidades a producir.

Esquema simple de los componentes para realizar fundición centrífuga

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Ventajas del Proceso

Las principales razones para usar procesos de fundición centrífuga son:

Obtener mejor calidad en las fundiciones

Producir fundiciones más económicas

Fundir piezas que no pueden ser realizadas con éxito en otros procesos.

Podemos describir las siguientes:

1. Alto Rendimiento

Las fundiciones coladas de forma estática, normalmente tienen una eficiencia

del 40 – 55%. Sin embargo, si el mismo producto se realiza mediante fundición

centrífuga, puede alcanzar una eficiencia del 65% al 100%. Rara vez estas

fundiciones requieren mazarotas, y si lo hacen, éstas son de tamaños

muchísimo más inferiores a las comunes.

2. Densidad

Las fundiciones centrífugas también producen fundiciones más densas, con

propiedades físicas comparables a las de forjado. En este proceso se fuerzan a

todas las impurezas del metal líquido a pegarse en el diámetro interior de la

pieza, donde son más fáciles de retirar por mecanizado.

3. Resistencia

En ciertos metales, se mejora la resistencia a la tracción como resultado del

incremento de la densidad y homogeneidad.

Las dimensiones son más uniformes y las fundiciones tienen iguales

resistencias en todas sus direcciones. También tienden a tener granos más

finos en sus diámetros exteriores, haciendo a este método el preferido para

engranajes y piñones.

La compresión molecular del centrifugado en las superficies periféricas, junto a

la acción purificadora de la fuerza centrífuga, conforman el acabado más difícil.

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Desventajas del Proceso

Entre las principales, podemos destacar:

Limitación en la forma de las fundiciones (piezas cilíndricas)

Procesos posteriores, como maquinado, son requeridos para el diámetro

interior (en tuberías)

Tiempos largos de fabricación (para ciertos productos)

Aplicaciones

La fundición centrifuga es usada para producir partes axi-simétricas, como

cilindros o discos, que son típicamente huecos. Debido a las altas fuerzas

centrífugas, estas partes tienen un grano muy fino sobre la superficie externa y

poseen propiedades mecánicas aproximadamente el 30 % mayor que partes

formadas con métodos de fundición estáticos.

Estas partes pueden ser fabricadas de metales ferrosos como acero de

aleación bajo, el acero inoxidable, y el hierro, o de aleaciones no ferrosas como

el aluminio, el bronce, el cobre, el magnesio, y el níquel.

La fundición centrifuga es utilizada en una amplia variedad de sectores,

incluyendo la parte aérea, industrial, marítima, y de transmisión de poder.

Los tubos metálicos fabricados por este método, se utilizan como material de

partida para obtener por mecanización diversas piezas y componentes

destinados a industrias metalúrgicas, petroquímicas, refinerías, alimenticias,

etc.

La tecnología de fundición centrifuga es extensamente usada para la

fabricación de componentes, tales como se muestra en la siguiente página.

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Aplicaciones típicas de fundición centrífuga

Tomado de Foundry Technology (Pag.643)

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A – 2: Equipos utilizados en Fundición Centrífuga

Existen dos tipos básicos de maquinarias para realizar fundiciones centrífugas:

las horizontales y verticales.

1. Máquinas Horizontales

Estos equipos son fabricados en varios diseños. La más común de todas es la

Trunnion – type machine, por donde el molde es soportado y rotado por cuatro

o más ruedas.

Estas máquinas son usadas para producir fundiciones que son

relativamente largas, respecto de sus diámetros.

Hay otros dos tipos de máquinas horizontales.

Una es la máquina de placa frontal horizontal, en la cual el molde es unido a

una placa frontal y así presenta un dominio de la carga en la máquina.

Estos equipos son usados generalmente para la producción de fundiciones

de corta longitud, con diámetros amplios.

El tercer tipo de máquina horizontal es la del tipo de Lavaud, en la cual el metal

líquido recorre la longitud del molde, durante el ciclo de colada.

Este tipo de equipos son casi de exclusivo uso para la producción de tubos

presurizados de hierro dúctil y fundido.

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Trunnion – type machine (Modelo H)

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Para las fundiciones mencionadas, las máquinas horizontales generalmente

tienen un punto de colada unido al final del molde.

Cuando la longitud de la fundición es considerable en relación a su diámetro, la

mejor elección es el uso de maquinarias para fundición horizontal.

2. Máquinas Verticales

Estos equipos consisten típicamente en una mesa giratoria accionada por un

motor de velocidad variable, en el cual una cubierta es montada para mantener

fijo el molde. Éste debe de estar montado de forma segura a la mesa, y el

ensamble entero debería ser ajustado como medida de seguridad. Una copa de

vaciado se coloca por encima del molde, para colar el metal fundido. Un

dispositivo de freno provee rápida, pero no abrupta desaceleración.

Estos equipos son usados para la producción de casquillos y otras fundiciones

que tengan diámetros relativamente grandes y longitudes cortas. También son

usadas para producir fundiciones por otros métodos: semicentrífuga y

centrifugado.

Las fundiciones realizadas en máquinas verticales están limitadas a que sus

longitudes no sean mayores al doble de sus diámetros. Cuando esto no se

cumple, la velocidad de rotación que se necesita para forzar a que el metal se

levante hacia la pared del molde, se vuelve insuficiente. Esto se ve desde la

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Máquina de Fundición Centrífuga horizontal, para tuberías largas

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parte teórica, pues en una fundición centrífuga vertical, la forma del producto es

parabólica, y la velocidad de rotación determina la concavidad.

A diferencia de esto, las máquinas de fundición horizontal forman agujeros

centrales que son uniformes, sin importar la longitud de la pieza a fundir.

3. Máquinas en Placa Giratoria

La alta producción de estas máquinas está dada porque muchas máquinas

individuales de fundición centrífuga son montadas en una gran placa giratoria.

Ésta rota lentamente, turnando a cada equipo para que ingrese a una estación

determinada: para colado, descarga, etc.

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Máquina de Fundición Centrífuga vertical

(Molde Semicentrífugo)

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PLANO

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