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IM PROCESOS DE FABRICACION Unidad 2

UNIDAD 21. FUNDICION, MOLDEO Y PROCESOS AFINES

1. Introducción a la fundición

2. Fundición en moldes permanentes y desechables

3. Métodos especiales de fundición

COMPETENCIAS ESPECIFICAS A DESARROLLAR:• Analizar procesos de fundición y los distintos moldes utilizados en éstos, para determinar sus aplicaciones específicas.

ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE:• Investigar los diferentes procesos de fundición.

• Investigar los diferentes tipos de moldes y los materiales de construcción.

• Hacer un análisis comparativo de los diferentes procesos especiales de fundición.

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Los procesos de fundición consisten en hacer los moldes, preparar y fundir el metal, vaciar el metal en el molde, limpiar las piezas

fundidas y recuperar la arena para volver a usarla. El producto de la fundición es una pieza colada que puede variar desde una

fracción de kilogramo hasta varias toneladas; también puede variar en su composición, ya que prácticamente todos los metales y

aleaciones se pueden fundir. La fundición se ha practicado desde el año 2000 a. de J. C. y el proceso utilizado entonces, es poco

diferente en principio del aplicado en la actualidad. Los talleres de fundición del siglo xx tienen ahora muchos propósitos: ellos

pueden fundir el hierro y luego maquinar el producto.

Sin embargo, la investigación ha traído consigo aplicaciones y adaptaciones que hasta entonces no se habían considerado dentro del

alcance de la industria de la fundición. Las altas cifras de producción, el buen acabado de las superficies, las pequeñas tolerancias en

las dimensiones y la mejoría en las propiedades de los materiales, han permitido fundir partes de forma complicada ya sea de

tamaño o pequeño.

Aunque los moldes se pueden hacer de metal, yeso, cerámica u otra sustancia refrigerante, este capítulo se refiere principalmente a

la preparación de moldes de arena.

TIPOS DE FUNDICION A LA ARENA

Existen dos métodos diferentes por los cuales la fundición a la arena se puede producir. Se clasifica en fundición de tipo de modelo

usada, ellos son: (1) modelo removible y (2) modelo disponible.

En el método empleando modelo removible, la arena comprimida alrededor del modelo el cual se extrae más tarde de la arena. La

cavidad producida se alimenta con metal fundido para crear la fundición. Los modelos desechables son hechos de poliestireno y en

vez de extraer el modelo de la arena, se vaporiza cuando el metal fundido es vaciado en el molde.

Para entender el proceso de fundición, es necesario conocer cómo se hace un molde y qué factores son importantes para producir

una buena fundición. Los principales factores son:

1. Procedimiento de moldeo

2. Modelo

3. Arena

4. Corazones

5. Equipo mecánico

6. Tipo de metal a fundir

7. Vaciado y limpieza


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PROCEDIMIENTO DE MOLDEO

Los moldes se clasifican según los materiales usados.

1. Moldes de arena en verde. Es el método más común que consiste en la formación del molde con arena húmeda, usada en ambos

procedimientos previamente descritos. La Fig. 5.2 muestra el procedimiento para la fabricación de este tipo de moldes.

2. Moldes con capa seca. Dos métodos son generalmente usados en la preparación de moldes con capa seca. En uno, la arena alrededor del

modelo a una profundidad aproximada de 10 mm se mezcla con un compuesto de tal manera que se seca y se obtiene una superficie dura en el

molde. El resto del molde está hecho con arena en verde ordinaria. El otro método es hacer el molde entero de arena en verde y luego cubrir su

superficie con un rociador de tal manera que se endurezca la arena cuando el calor es aplicado. Los rociadores usados para este propósito

contienen aceite de linaza, agua de melaza, almidón gelatinizado y soluciones líquidas similares. En ambos métodos el molde debe secarse de

dos maneras: por aire o por una antorcha para endurecer la superficie y eliminar el exceso de humedad.

3. Moldes con arena seca. Estos moldes son hechos enteramente de arena común de moldeo mezclada con un material aditivo similar al que se

emplea en el método anterior. Los moldes deben ser cocidos totalmente antes de usarse, siendo las cajas de metal. Los moldes de arena seca

mantienen esta forma cuando son vaciados y están libres de turbulencias de gas debidas a la humedad. Los moldes con capa seca y los moldes

de arena seca son ampliamente usados en fundiciones de acero:

4. Moldes de ardua. Los moldes de arcilla se usan para trabajos grandes. Primero se construye el molde con ladrillo o grandes partes de hierro.

Luego, todas estas partes se emplastecen con una capa. de mortero de arcilla, la forma del molde se empieza a obtener con una terraja o

esqueleto del modelo. Luego se permite que el molde se seque completamente de tal manera que pueda resistir la presión completa del metal

vaciado. Estos moldes requieren de mucho tiempo para hacerse y su uso no es muy extenso.

5. Moldes furánicos. Este proceso es bueno para la fabricación de moldes usando modelos y corazones desechabIes. La arena seca de grano

agudo se mezcla con ácido fosfórico el cual actúa como un acelerador. La resma furánica es agregada y se mezcla en forma continua el tiempo

suficiente para distribuir la resma. El material de arena empieza a endurecerse casi de inmediato al aire, pero el tiempo demora lo suficiente

para permitir el moldeo. El material usualmente se endurece de 1 a 2 h, tiempo suficiente para permitir alojar los corazones y que puedan ser

removidos en el molde. En uso con modelos desechables la arena de resma furánica puede ser empleada como una pared o cáscara alrededor

del modelo que estará soportado por arena de grano agudo o en verde o puede ser usada como el material completo del molde.

6. Moldes de CO2. En este proceso la arena limpia se mezcla con silicato de sodio y ésta es apisonada alrededor del modelo. Cuando el gas de

CO2 es alimentado a presión en el molde, la arena mezclada se endurece. Piezas de fundición lisas y de forma intrincada se pueden obtener por

este método, aunque el proceso fue desarrollado originalmente para la fabricación de corazones.

7. Moldes de metal. Los moldes de metal se usan principalmente en fundición en matriz de aleaciones de bajo punto de fusión. Las piezas de

fundición se obtienen de formas exactas con una superficie fina, esto elimina mucho trabajo de maquinado.

8. Moldes especiales. Plástico, cemento, yeso, papel, madera y hule todos éstos son materiales usados en moldes para aplicaciones particulares.

Estos son considerados con más detalle en temas subsecuentes.


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Los procesos de moldes en fundición comercialmente

ordinaria pueden ser clasificados como:

1. Moldeo en banco. Este tipo de moldeo es para trabajos

pequeños, y se hace en un banco de una altura

conveniente para el moldeador.

2. Moldeo en piso. Cuando las piezas de tundición

aumentan en tamaño, resulta difícil su manejo, por

consiguiente, el trabajo es hecho en el piso. Este tipo de

moldeo se usa para prácticamente todas las piezas

medianas y de gran tamaño.

3. Moldeo en fosa. Las piezas de fundición

extremadamente grandes son moldeadas en una fosa en

vez de moldear en cajas. La fosa actúa como la base de la

caja, y se usa una capa separadora encima de él. Los lados

de la fosa son una línea de ladrillos y en el fondo hay una

capa gruesa de carbón con tubos de ventilación conectados

al nivel del piso. Entonces los moldes de fosa pueden

resistir las presiones que se desarrollan por el calor de los

gases, esta práctica ahorra mucho en moldes costosos.

4. Moldeo en máquina. Las máquinas han sido construidas

para hacer un número de operaciones que el moldeador

ordinariamente hace a mano, tales como apisonar la arena,

voltear el molde completo, formar la alimentación, y sacar

el modelo; todas estas operaciones pueden hacerse con la

máquina mucho mejor y más eficientemente que a mano.


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Modelos Removibles

En la Fig. 5.2 se ilustra un procedimiento simple para moldear un disco de hierro fundido para hacer un engrane. El molde para este disco se hace en una caja

de moldeo, que consta de 2 partes. A la parte superior se le llama lapa, y a la parte inferior base. Si la caja la forman tres partes, a la del centro se le llama

parte central. Las partes de la caja se mantienen en una posición definida, unas con respecto a las otras por medio de unos pernos colocados en dos lados

opuestos de la base que encajan en agujeros de unos ángulos sujetos a los lados de las tapas.

El primer paso en la hechura de un molde es el de colocar el modelo en el tablero de moldear, que coincide con la caja de moldeo. En seguida se coloca la

tapa sobre el tablero con los pernos dirigidos hacia abajo, como se ven en la Fig. 5.2A. Luego se criba la arena sobre el modelo para que lo vaya cubriendo; la

arena deberá compactarse con los dedos en torno al modelo, terminando de llenar completamente la tapa. Para moldes pequeños, la arena se compacta

firmemente con apisonadores manuales. El apisonado mecánico se usa para moldes muy grandes y para moldeo de gran producción. El grado de apisonado

necesario sólo se determina por la experiencia. Si el molde no ha sido lo suficientemente apisonado, no se mantendrá en su posición el moverlo o cuando el

metal fundido choque con él. Por otra parte, si el apisonado es muy duro no permitirá que escapen el vapor y el gas cuando penetre el metal fundido al

molde.

Después que se ha terminado de apisonar, se quita el exceso de arena arrasándola con una barra recta llamada rasero. Para asegurar el escape de gases

cuando se vierta el metal, se hacen pequeños agujeros a través de la arena, que llegan hasta unos cuantos milímetros antes del modelo.

Se voltea la mitad inferior del molde, de tal forma que la tapa se puede colocar en su posición y se termina el moldeo. Antes de voltearlo se esparce una poca

de arena sobre el molde y se coloca en la parte superior un tablero inferior de moldeo. Este tablero deberá moverse hacia atrás y hacia adelante varias veces

para asegurar un apoyo uniforme sobre el molde. Entonces la caja inferior se voltea y se retira la tabla de moldeo quedando expuesto el modelo. La superficie

de la arena es alisada con una cuchara de moldeador y se cubre con una capa fina seca de arena de separación. La arena de separación es una arena de sílice

de grano fino seca y sin consistencia. Con ella se evita que se pegue la arena de la tapa sobre la de la base.

En seguida se coloca la tapa sobre la base como se ve en la Fig. 5.2B, los pernos mantienen la posición correcta en ambos lados. Para proporcionar un

conducto por donde entre el hierro al molde, se coloca un mango aguzado conocido como clavija de colada y es colocado aproximadamente a 25 mm de un

lado del modelo. Las operaciones de llenado, apisonado y agujerado para escape de gases, se llevan a cabo en la misma forma que en la base.

Con esto, el molde ha quedado completo excepto que falta quitar el modelo y la clavija de colada. Primero se extrae ésta, abocardándose el conducto por la

parte superior, de manera que se tenga una gran abertura por donde verter el metal. La mitad de la caja correspondiente a la mitad superior es levantada a

continuación con mucho cuidado y se coloca a un lado. Antes de que sea extraído el modelo, se humedece con un pincel la arena alrededor de los bordes del

modelo, de modo que la orilla del molde se mantenga firme al extraerlo. Para aflojar el modelo, se encaja en él una alcayata y se golpea ligeramente en todas

direcciones. En seguida se puede extraer el modelo levantándolo de la alcayata.

Antes de cerrar el molde, debe cortarse un pequeño conducto conocido como alimentador, entre la cavidad del molde hecha por el modelo y la abertura de la

colada. Este conducto se estrecha en el molde de tal forma que después que el hierro ha sido vertido, el metal en el alimentador se puede romper muy cerca

de la pieza. Para prever la contracción del metal, algunas veces se hace un agujero en la tapa, el cual provee un suministro de metal caliente a medida que la

pieza fundida se va enfriando, esta abertura es llamada rebosadero. La superficie del molde se debe rociar, untar o espolvorear con un material preparado

para recubrimiento, dichos recubrimientos contienen por lo general polvo de sílice y grafito, pero su composición varía considerablemente dependiendo de la

clase de material que se va a vaciar. La capa de recubrimiento del molde mejora el acabado de las superficies de colado y reduce los posibles defectos en las

superficies. El molde completo se ilustra en la Fig. 5.2C. Antes de que el metal sea vaciado en el molde, deberá colocarse un peso sobre la tapa para evitar que

el metal líquido salga fuera del molde en la línea de partición.


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Modelos Desechables

En la fabricación de moldes con modelos desechables, el modelo, usualmente de una pieza, es colocado en el tablero y la base de la caja se

moldea en la forma convencional. Se agregan unos agujeros para ventilación y la base se voltea completamente para el moldeo de la tapa. Casi

siempre la arena en verde es el material común más usado, aunque pueden usarse arenas especiales para otros propósitos, particularmente

como arena de cara que se utiliza de inmediato alrededor del modelo. La arena en la línea de partición no se aplica en la tapa de la caja y la base

no puede ser separada hasta que la fundición es removida. En cambio, la tapa es llenada con arena y se apisona. En uno u otro caso, la colada es

cortada en el sistema de alimentación o ambas, como usualmente sucede, ésta es una parte del modelo desechable. Se hacen los agujeros para

ventilación y se coloca, algo de peso para oprimir la tapa. Los modelos de poliestireno, incluyen la alimentación y el sistema de colados, se

encuentran a la izquierda del molde.

La pieza moldeada (Fig. 5.3) es vaciada más bien rápidamente en la colada; el poliestireno se vaporiza; y el metal llena el resto de la cavidad.

Después de enfriado, la fundición es eliminada del molde y limpiada. El metal es vaciado lo suficientemente rápido para prevenir la combustión

del poliestireno, con el resultado de residuos carbonosos. En cambio, los gases, debido a la vaporización del material, son manejados hacia

afuera a través de la arena permeable y los agujeros de ventilación. Un recubrimiento refractario se aplica comúnmente al modelo para asegurar

un mejor acabado superficial para la fundición y le agrega resistencia al modelo. Es obligatorio a veces que los pesos para oprimir el molde sean

parejos en todos los lados para combatir la alta presión relativa en el interior del molde.

Las ventajas de este proceso incluyen lo siguiente:

Para una pieza no moldeada en máquina, el proceso requiere menos tiempo.

No requiere de que se hagan tolerancias especiales para ayudar a extraer el modelo de la arena, y se requiere menor cantidad de metal.

El acabado es uniforme y razonablemente liso.

No se requiere de modelos complejos de madera con partes sueltas.

No se requieren cajas d corazón y corazones.

El moldeo se simplifica grandemente.

Las desventajas incluyen lo siguiente:

El modelo es destruido en el proceso.

Los modelos son más delicados de manejar.

El proceso no puede ser usado con equipo de moldeo mecánico.

No puede ser revisado oportunamente el acabado de la cavidad.


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ENTRADAS, REBOSADEROS Y CARACTERISTICAS DE SOLIDIFICACION

Los conductos que llevan el metal vaciado a la cavidad del molde los cuales son conocidos como sistema de alimentación,

está usualmente constituido por una vasija de vaciado, comunicado a un canal de bajada o conducto vertical conocido

como bebedero, y a un canal a través del cual el metal fluye desde la base del bebedero a la cavidad del molde. En piezas

grandes, de fundición un corredor puede usarse el cual toma el metal desde la base del bebedero y lo distribuye en varios

canales localizados alrededor de la calidad. El propósito de este sistema es, primeramente, colocar el metal dentro de la

cavidad. Como quiera que sea, el diseño del sistema de alimentación es importante e involucra un número de factores.

1. El metal debe entrar a la cavidad con el mínimo de turbulencias como sea posible, y cerca del fondo de la cavidad del

molde en el caso de fundiciones pequeñas.

2. La erosión de los conductos o superficies de la cavidad deben ser evitadas por regulación apropiada del flujo del metal, o

por el uso de arena seca de corazones. Las entradas y corredores formados resisten mejor la erosión que aquellos que están

cortados.

3. El metal debe entrar en la cavidad así como proporcionar una solidificación direccional si es posible. La solidificación debe

progresar desde la superficie del molde a la parte de metal más caliente de modo que allí es donde el metal caliente

abastece para compensar la contracción.

4. Se debe prever que no entre la escoria u otras partículas extrañas a la cavidad del molde. Una vasija de vaciado, próximo

a la parte superior del agujero del bebedero, se obtiene para prever en los moldes grandes y facilitar el vaciado y eliminar la

escoria para que no entre al molde. El metal debe ser

vaciado de tal manera que La vasija de vaciado y el

agujero del bebedero estén llenos todo el tiempo. Los

canales desnatadores, tales como uno que se muestra

en la Fig. 5.4, pueden utilizarse para atrapar la escoria

u otras pequeñas partículas dentro del segundo

agujero del bebedero. El canal del molde está

restringido de modo que todo el tiempo permite que

las partículas floten en el rebosadero dentro del

desnatador. Un colador que está hecho de arena seca

cocida o de material de cerámica y que sólo puede

usarse en la vasija de vaciado para controlar el flujo del

metal y para permitir sólo la entrada del metal limpio.


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Los rebosaderos que se obtienen proporcionan en los moldes la alimentación del metal líquido a la cavidad principal de la

pieza para compensar las contracciones. Estas pueden ser tan grandes en sección, así como el resto del metal líquido tan

grande como sea posible, y pueden localizarse cerca de las secciones grandes que pueden estar sujetas a una gran

contracción. Si éstas se colocan en la parte superior de la sección, como se ilustra en la Fig. 5.4, la gravedad puede ayudar a

la alimentación del metal en la propia pieza fundida.

Los rebosaderos ciegos son como rebosaderos con cúpula, se localizan en la mitad de la tapa de la caja, los cuales no tienen

la altura completa de la tapa. Estos están por lo normal colocados directamente sobre el canal, donde el metal alimenta

dentro de la cavidad del molde y entonces complementa el metal caliente cuando el vaciado está completándose.

La contracción volumétrica usualmente ocurre cuando el metal se solidifica resultando una cavidad debido a la contracción

si la solidificación no es dirigida, de modo que algunos huecos causados por la contracción toman lugar en el canal,

rebosadero o bebedero. La contracción ocurre en el área donde el metal vaciado tiene una gran estancia. La Fig. 5.5 ilustra

los gradientes de temperatura o líneas isotermas en una pieza fundida y las direcciones del flujo de calor del metal

solidificado a la arena. En cada caso los huecos de contracción causados pueden ocurrir en las áreas de mayor temperatura,

y el diseño del molde debe ser modificado, así como cambiar esta tendencia si dicho hueco es perjudicial para la pieza

fundida.Los insertos metálicos llamados enfriadores son algunas

veces usados para controlar la solidificación llevando el

calor lejos del metal que se está solidificando a una rapidez

mayor. Los compuestos químicos exotérmicos pueden

acumularse en la parte más próxima a la pieza fundida de

tal manera que el calor es retenido en esa área.


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Tipos de Modelos Removibles

En la Fig. 5.6 se muestran siete tipos de construcción de modelos. La forma más simple es el modelo sólido o de una sola pieza, mostrada en A.

Muchos modelos no pueden hacerse de una sola pieza, por la dificultad que se encuentra en el moldeo. Para eliminar esto, algunos se hacen en

dos partes, como se muestra en la Fig. 5.6B, así una mitad del modelo descansa en la parte inferior del molde y la otra mitad en la parte superior.

La división en el modelo ocurre en la línea de partición del molde. En C se muestra un modelo con dos piezas sueltas, que son necesarias para

extraer el molde. En el trabajo de producción, donde se requieren muchas piezas coladas, se usan los modelos con los canales de alimentación,

como se muestra en D. Tales modelos se hacen de metal para darles resistencia y eliminar cualquier tendencia a la torsión.

En los canales o corredores pasa el metal fundido quedando formados por las uniones

entre los postes de los modelos individuales. Las placas de coincidencia proporcionan

un montaje sustancial a los modelos y se usan ampliamente en el moldeo a máquina.

En E se muestra una de estas placas, sobre la cual están montados los modelos de dos

mancuernas pequeñas. Consisten en una placa de metal o de madera, a la cual se

sujetan permanentemente los modelos y el canal alimentador. En ambos extremos de

dicha placa hay agujeros para fijarla a una caja normal. El tablero soporte que se

muestra en F, se puede usar con modelos de canal de alimentación simple o múltiple.

Los modelos que requieren tableros soporte son, generalmente, algo difíciles de hacer

como modelos divididos. El tablero se coloca de tal manera que el modelo descanse en

él, arriba de la línea de separación y luego la tabla actúa como tablero de moldeo para

primera operación de moldear. Muchos moldes de forma regular se pueden construir

con el uso de modelos de esqueleto* como se ilustra en G, en la figura. El perfilado

curvo puede usarse para formar parte del molde de una marmita de hierro fundido de

gran tamaño y el perfilado recto para cualquier tipo de ranura o surco. La ventaja

principal de este modelo es que elimina la construcción de modelos costosos. El

modelo que debe hacerse para una pieza determinada depende en mucho del juicio y

experiencia del modelista, quedando gobernado por el costo del modelo y piezas que

se van a producir.

Las piezas fundidas de gran tamaño se vacían generalmente solas en un molde, ya que

un modelo múltiple o con alimentadores ramificados solamente aumentaría las

dificultades de moldeo y vaciado. Para estas piezas que tienen una sección simétrica

uniforme, hay un ahorro definido en el modelo, si puede usarse el método del tipo

perfilado o de esqueleto. Prácticamente todo el trabajo de alta producción en

máquinas de moldeo utiliza modelos de placas coincidentes. Además del hecho que se

pueden moldear simultáneamente varias piezas con modelos de este tipo, se logran

varias economías, por el moldeo mecánico. A pesar de que son costosos en su

fabricación dichos modelos duran mucho tiempo y su uso es muy extenso.


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Tolerancias en los Modelos

En el trabajo de modelos la pregunta es el porqué, un engrane terminado o cualquier otro objeto no puede ser usado para

fabricar el molde y eliminar los problemas y el costo de hacer un modelo. En algunos casos esto se puede hacer, pero en

general, el proceso no es práctico, porque ciertas tolerancias van consideradas en el modelo. Estas tolerancias son: la

contracción, extracción, acabado, la distorsión y el golpeteo.

Contracción. Cuando un metal puro, así como la mayoría de las aleaciones metálicas se enfría, ellas se contraen, y para

compensar la contracción, existe una regla de contracción que puede ser usada en el trazo de las dimensiones del modelo.

Una regla de contracción para hierro fundido es de 1.04% en promedio de longitud, mayor que una regla estándar. Si un

engrane de hierro blanco está planeado que tenga un diámetro exterior de 150 mm ya terminado, la regla de contracción en

realidad debe medir 156 mm en diámetro, por compensación de la contracción. La contracción para latón varía con su

composición, pero usualmente anda de 1.56 a 2.08%, y el aluminio y magnesio 1.30%. Estas tolerancias de contracción son

sólo aproximadas y varían ligeramente, dependiendo del diseño de la pieza fundida, el espesor de la sección y del análisis del

metal. Cuando deben obtenerse modelos de metal, a partir de los modelos originales, se deberá proveer de doble

contracción.

Extracción. Al extraer un modelo, se debe disminuir grandemente la tendencia al desmoronamiento de las aristas del molde

en contacto con el modelo, si se le, da ahusamiento a las superficies de éste paralelamente a la dirección en que se deban

extraer. Esta inclinación de los lados del modelo se conoce como salida, y se proporciona para darle al modelo un pequeño

huelgo a medida que es extraído. El ahusamiento se suma a las dimensiones exteriores del modelo y es generalmente 1.04 a

2.08%. Los agujeros interiores requieren salidas tan largas como de6.25Wo.

Acabado. Cuando un dibujante raza los detalles de una parte que va a ser fundida, cada superficie que va a ser acabada a

máquina está indicada por una marca de acabado. Esta marca le indica al modelista donde deberá proveerse metal adicional

para efectuar el maquinado, es decir habrá una tolerancia de acabado. U cantidad que deba añadirse al modelo depende de

las dimensiones y forma de la pieza fundida, pero en general para piezas pequeñas y medianas es de 3.0 mm. Cuando las

piezas son más grandes, esta tolerancia se debe aumentar, porque las piezas tienden a torcerse en el enfriamiento.

Distorsión. La tolerancia para la distorsión se aplica solamente a aquellas piezas fundidas de forma irregular que se

distorsionan en el proceso de enfriamiento, debido a la contracción del metal.

Golpeteo. Cuando un modelo es golpeado ligeramente estando en el molde antes de extraerlo, la cavidad del molde aumenta

ligeramente. En una pieza de tamaño medio este aumento puede ignorarse ligeramente. En piezas de gran tamaño o en

aquellos que deben coincidir sin ser mecanizados deberá considerarse una tolerancia por sacudidas, haciendo el modelo

ligeramente menor para compensar el golpeteo.


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ARENA

La arena siílica (SiO,) se encuentra en muchos depósitos naturales, y es adecuada para propósitos de moldeo porque puede

resistir altas temperaturas sin descomponerse. Esta arena es de bajo costo, tiene gran duración y se consigue en una amplia

variedad de tamaños y formas de granos. Por otra parte, tiene una alta relación de expansión cuando está sometida al calor

y tiene cierta tendencia a fusionarse con el metal. Si contiene un alto porcentaje de polvo fino, puede ser un peligro para la

salud.

La arena sílica pura no es conveniente por sí misma para el trabajo de moldeo, puesto que adolece de propiedades

aglomerantes. Las propiedades aglomerantes se pueden obtener por adición de 8 a 15% de arcilla. Los tres tipos de arcilla

comúnmente usados son la caolinita, ilita y bentonita. Esta última, usada con más frecuencia, proviene de cenizas

volcánicas.

Algunas arenas de moldeo naturales, se mezclan adecuadamente con arcilla al extraerlos en las canteras y sólo se requiere

agregarles agua para obtener una arena conveniente para moldeo de piezas fundidas de hierro y metales no ferrosos. La

gran cantidad de materia orgánica encontrada en las arenas naturales impide que sean lo suficientemente refractarias para

usos en temperaturas elevadas, tal y como en el moldeo de metates y aleaciones con alto punto de fusión.

Las arenas de moldeo sintéticas se componen de sílice lavada de granos agudos, a los que se añade 3 a 5% de arcilla. Con las

arenas sintéticas se genera menos gas, ya que se requiere menos del 5% de humedad para que desarrolle su resistencia

adecuada.

El tamaño de los granos de arena depende del tipo de la pieza que se ha de moldear. Para piezas de tamaño pequeño y

complicadas es más conveniente una arena fina con objeto de que los detalles del molde aparezcan precisos. A medida que

aumenta el tamaño de la pieza, las partículas de arena deberán de ser más grandes para permitir que los gases generados

en el molde se escapen. Los granos agudos, de forma irregular, por lo general se les prefiere porque se entrelazan y le dan

mayor resistencia al molde.


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CORAZONES

Cuando una pieza de fundición debe tener una cavidad o

hueco, tal y como un agujero para un tornillo, debe

introducirse en el molde alguna forma de corazón. Un

corazón se define algunas veces como “cualquier proyección

de arena dentro del molde”. Esta proyección puede quedar

formada por el molde mismo o puede ser hecha en otra

parte e introducido en el molde después de extraer el

modelo. Se pueden formar superficies tanto internas como

externas en una pieza de fundición mediante los corazones.

Tipos de Corazones:

Los corazones se clasifican como corazones de arena verde y

corazones de arena seca. La Fig. 515 muestra varios tipos de

corazones. Los de arena verde, como se muestra en la Ng.

5.l5A son aquellos formados por el mismo modelo y se hacen

de la misma arena que el resto del molde. Este dibujo

muestra cómo se moldea una pieza con brida teniendo el

agujero a través del centro hecho con corazón de arena

verde.

Los corazones de arena seca son los que se forman

separadamente, para insertarse después que se ha retirado

el modelo y antes de cerrar el molde. Estos corazones se

hacen de arena de río, la cual se mezcla con un aglutinante y

se hornea para darle la resistencia deseada, la caja en la cual

se forma se llama caja de corazones.


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En la Fig. 5.15 se ilustran varios tipos de corazones. En B se tiene el arreglo usual para sostener un corazón cuando se

moldea una chumacera cilíndrica. Las proyecciones en cada extremo del modelo cilíndrico se conocen como plantillas del

corazón y forman los asientos que lo soportan y mantienen al corazón en su lugar. En C se muestra un corazón vertical, cuyo

extremo superior requiere bastante ahusamiento para que no se desmorone la arena de la tapa, cuando la caja se

ensambla. Los corazones que se han de soportar solamente por un extremo deberán tener una longitud suficiente para

evitar que se caigan dentro del molde. Dicho corazón, mostrado en D se conoce como un corazón balanceado. En E se

muestra un corazón soportado en la parte superior y que cuelga dentro del molde. Este tipo requiere usualmente un

agujero a través de la parte superior para permitir que el metal llegue al molde. Un corazón lateral como el mostrado en F,

es requerido cuando un agujero no está alineado con la superficie de partición y se ha de formar en un nivel inferior.

En general deben usarse los corazones de arena verde, siempre que sea posible, para mantener el costo de los modelos y de

las piezas de fundición en un mínimo. Naturalmente los corazones separados aumentan el costo de producción. Hay que

hacer las cajas de corazones y por separado, formar, hornear y colocar en lugar correcto a los corazones dentro del molde.

Todo lo cual se suma al costo del moldeo. Se pueden formar agujeros más precisos con corazones de arena seca, ya que

ellos proporcionan mejores superficies y están menos expuestos a ser deslavados por el metal fundido.

Al colocar los corazones de arena seca en los moldes, deben suministrarse soportes adecuados. Ordinariamente estos

soportes se forman dentro del molde mediante el modelo; pero, para corazones muy grandes o complicados se usan

soportes adicionales en forma de arillos (pequeñas formas metálicas hechas con aleaciones de bajo punto de fusión) se

colocan en el molde para proporcionar un soporte adicional al corazón hasta que el metal fundido entra al molde y funde

los arillos en la pieza. El empleo de arillos debe limitarse tanto como sea posible debido a la dificultad que hay para

asegurar la adecuada fusión de ellos con el metal.

Cualidades Esenciales:

Un corazón debe tener suficiente resistencia para soportarse a si mismo. La porosidad o permeabilidad es sólo una

importante consideración en la fabricación de los corazones. Como el metal caliente se vacía sobre los corazones, se

generan gases por el contacto del calor con el material aglutinante.

Para garantizar una superficie tersa, el corazón debe tener una superficie tersa. Todos los corazones deben tener suficientes

propiedades refractarias para resistir la acción del calor hasta que el metal fundido encuentre su lugar en el molde. Debido

a que la arena es muy refractaria debe seleccionarse un aglutinante que soporte la temperatura requerida por el corazón.


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Fabricación de Corazones:

El corazón se forma apisonándolo dentro de una caja para corazones o por medio de terrajas. Los corazones frágiles y los de tamaño

medio deben reforzarse con alambres para darles mayor resistencia y soportar las deflexiones así como la acción de flotación en el metal.

En corazones grandes se emplean tubos perforados o árboles. Además de darle resistencia al corazón, sirven también como grandes

ductos de ventilación. Los corazones con secciones circulares se hacen en mitades y se juntan con pegamento después de horneadas.

Aglutinantes y Mezclas Para Corazones:

Entre los diferentes tipos de aglutinantes que se usan para la fabricación de corazones, se encuentran los clasificados como aglutinantes

de aceite. Uno de éstos, el aceite de linaza, se usa frecuentemente para hacer corazones pequeños. El aceite forma una película que

envuelve el grano de arena, que endurece cuando se oxida por la acción del calor. Tales corazones deben hornearse durante 2 ha

temperaturas entre 180 a 220 °C. Una mezcla común es utilizando 40 partes de arena de río y l de aceite de linaza. Una ventaja de estos

corazones es que no absorben agua fácilmente y retienen su resistencia en el molde por algún tiempo.

En otro grupo de aglutinantes, solubles en agua, se encuentran la harina de trigo, dextrina, almidón gelatinizado y muchas preparaciones

comerciales. La relación de aglutinantes de arena en estas mezclas es bastante alta, siendo de 1:8 o más partes de arena. Frecuentemente

se utilizan pequeños porcentajes de arena vieja en lugar de arena nueva. Además se puede agregar brea pulverizada o resma.

Se están usando varios tipos de plásticos termofraguantes incluyendo la urea y el fenol formaldehido, y se usan como aglutinantes para

corazones. Se producen en forma líquida y como polvo, mezclándose con otros ingredientes, tales como la harina de sílice, aglutinantes de

cereales, agua, petróleo y un liquido de separación. Los aglutinantes de resma de urea se hornean de 165 a 190 °C, y los fenólicos de 200 a

230 °C. Ambos responden al calentamiento dieléctrico y son combustibles al calor del metal. Su éxito como aglutinante se basa en su alta

resistencia de adhesión, resistencia a la humedad, características combustibles y facilidad para producir una superficie tersa en los

corazones.

El uso de aglutinantes de resma con alcohol furfural y con arena está reemplazando muchos de los corazones que requieren cocimiento.

Estos aglutinantes de resma son secados al aire o soplados o apisonados en una caja de corazón caliente a una temperatura de 220°C

aproximadamente. Los corazones hechos en cajas de corazón pueden ser extraídos del molde en lO a 20 5. Si las cajas calientes no son

usadas, las resinas de alcohol furfural son mezcladas con formaldehído o resinas de urea de formaldehído y los corazones hechos secados

al aire. Estos son conocidos como corazones furanos o no cocidos.

Muchos corazones se fabrican con una mezcla de arena y silicato de sodio, que al ser apisonado en una caja de corazones puede

endurecer al aplicarle dióxido de carbono gaseoso. Este es el proceso “CO2”. Puesto que estos corazones no requieren ser horneados, se

les puede producir a bajo costo en medio ambiente con aire acondicionado.


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PROCESOS ESPECIALES DE FUNDICION

Los procesos utilizados para obtener (as piezas fundidas depende de (a cantidad a que deba producirse el metal que se va a

fundir, y lo complicado de la parte. Todos los metales se pueden fundir en moldes de arena, no habiendo restricción en

cuanto a tamaño. Sin embargo, casi siempre los moldes de arena son moldes de un solo propósito y se destruyen

completamente después de que el metal ha solidificado. Es un tanto obvio, que el uso de un molde permanente, tendrá

como consecuencia una grande economía en los costos de fabricación.

El desarrollo de los moldes permanentes se ve en la historia: Los trabajadores vaciaban manualmente el acero fundido en

los moldes permanentes y liberaban el metal del molde liberando unos anillos de acero obligatorios para unir el molde.

Actualmente este trabajo pesado se ha eliminado. Un resumen de los diferentes métodos especiales de fundición que se

describirán a continuación, son los siguientes:

Fundición en moldes metálicos

1. En matriz

2. Baja presión

3. Por gravedad o molde permanente

4. Fundición hueca

5. A presión o Corthias

Fundición centrífuga

1. Centrífuga real

2. Semi-centrifuga

3. Centrifugada

Fundición de precisión o por revestimiento

1. Método “cera perdida”

2. Proceso de cáscara en cerámica

3. Moldes de yeso

4. Moldeo en cáscara

5. Proceso & molde endurecido, CO,

6. Moldes de madera, papel y hule

Fundición de colado continuo

1. Moldes alternativos

2. Fundición exctruida

3. Moldes estacionarios

4. Fundición de colado directo de láminas


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FUNDICION EN MOLDES METALICOS:

Los moldes permanentes deben estar hechos de metales capaces de resistir altas temperaturas. Debido a su gran costo se

recomiendan solamente cuando se van a producir. Aun cuando los moldes permanentes no son prácticos para piezas

grandes y para aleaciones de altas temperaturas de fusión, se les usa ventajosamente para piezas no ferrosas de tamaño

pequeño y mediano producidos en grandes cantidades.

FUNDICION CENTRIFUGA:

La fundición centrífuga es el proceso de hacer girar el molde mientras solidifica el metal, utilizando así la fuerza centrifuga

para acomodar el metal en el molde. Se obtienen mayores detalles sobre la superficie de la pieza y la estructura densa del

metal adquiere propiedades físicas superiores. Las piezas de formas simétricas se prestan particularmente para este

método, aun cuando se pueden producir otros muchos tipos de piezas fundidas.

Por fundición centrifuga se obtienen piezas más económicas que por otros métodos. Los corazones en forma cilíndrica y

rebosaderos o mazarotas se eliminan. Las piezas tienen una estructura de metal densa con todo y las impurezas que van de

la parte posterior al centro de la pieza pero que frecuentemente se maquinan. Por razón de la presión extrema del metal

sobre el metal, se pueden lograr piezas de secciones delgadas tan bien como en la fundición estática.

Los moldes permanentes se han usado frecuentemente en la fundición centrifuga de magnesio. Desde entonces las piezas

de fundición de magnesio son forzadas nuevamente al molde, las piezas se enfrían más rápidamente y el aire o gas

atrapados se eliminan entre el molde y el material. Esto es considerablemente difícil en muchos casos en los cuales los

moldes son usados a causa de la expansión debida al calentamiento del molde y a la contracción de la pieza fundida debido

al enfriamiento.

Aunque en la fundición centrífuga hay limitaciones en el tamaño y forma de las piezas fundidas, se pueden hacer desde

anillos de pistón de pocos gramos de peso y rodillos para papel que pesen arriba de 40 ton, blocks de máquinas en

aluminio, piezas de fundición de hierro para barcos se hacen utilizando fundición centrífuga. Si el metal puede ser fundido,

se puede vaciar en el método centrifugo, pero en el caso de pocas aleaciones, los elementos más pesados tienen la

tendencia a separarse del metal base. Esta separación es conocida como segregación gravitacional.

Los métodos de fundición centrífuga se pueden clasificar como sigue:

1. Fundición centrífuga real

2. Fundición semi-centrifuga

3. Centrifugado


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FUNDICION POR REVESTIMIENTO O DE PRECISION:

La fundición por revestimiento o de precisión emplea técnicas que permiten superficies lisas, mucha exactitud en

fundiciones que están hechas para aleaciones ferrosas y no ferrosas. No existe otro método, que pueda asegurar la

producción de piezas de partes difíciles. Este proceso se utiliza en piezas de fundición para aleaciones no maquinables y

metales radiactivos. Existe un número de procesos empleados, pero todos se incorporan a la arena, cerámica, yeso o de

cáscara de plástico hechos a partir de un modelo exacto en el cual el metal es vaciado. Aunque la mayoría de las piezas

fundidas son chicas, el proceso por revestimiento se ha usado para producir piezas con pesos sobre 45 kg.

Las ventajas de las técnicas por revestimiento o precisión son: (1) se pueden fundir piezas de formas intrincadas con

relieves; (2) se obtienen piezas con superficies lisas y sin líneas de partición; (3) la exactitud dimensional es buena; (4)

ciertas partes no maquinables se pueden fundir en forma pre-planeada; y (5) puede ser usada para sustituir fundiciones en

matriz donde existen canales muy cortos. Por otro lado, el proceso es caro, está limitado para piezas chicas y presenta

algunas dificultades cuando tiene corazones. No se pueden hacer agujeros menores de 1.6 mm y no pueden ser más

profundos que 1½ veces el diámetro.

FUNDICION CONTINUA:

La investigación y los trabajos experimentales han probado que hay muchas oportunidades para lograr costos económicos

en la fundición continua de metales. En suma, los metales como punto de partida para la fundición continua tienen un alto

grado se solidez y uniformidad no poseída por otros métodos de producción de barras y tochos. En forma breve, el proceso

consiste en vaciar continuamente el metal fundido en el interior de un molde, el cual tiene las facilidades para enfriar

rápidamente el metal hasta el punto de solidificación, yen seguida extraerlo del molde. Los siguientes procesos son típicos.

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