DISEÑO DEL MOLDE SELECCIÓN DE TIPO DE MODELO A FABRICAR Modelo de una sola placa Llevan medio modelo en cada cara de la placa, de forma que las dos mitades completan la configuración de la pieza. Este tipo de placas se utilizan generalmente para la producción de cantidades grandes de piezas pequeñas requiere el uso de este tipo de modelos. La parte superior y la parte inferior del modelo están montadas en los lados opuestos de una placa de metal de esta manera se logra obtener el modelo en una sola placa, las placas y modelos llevan su sistema de vaciado de colada, es decir llevan incorporados la mazarota, el corazón, canal de alimentación y el bebedero.
Método de fabricación del modelo Proceso CAD- CAM – CNC: este método se utiliza en productividad y alta exigencia los procesos.
empresas de alta
Se obtienen por procedimientos mecánicos, siendo sometido el modelo a tres operaciones por fresado. Para la simulación de la placa se utilizó la herramienta de MASTER CAM
El tipo de arena empleado en la fabricación del molde es Arena sílice El más común de los minerales utilizados en la fundición para producir moldes y corazones es la sílice (sio2) su forma más común el mineral de cuarzo, algunas de las razones de la popularidad de su uso son las siguientes:
La más abundante en la naturaleza De fácil extracción y universal localización Bajo costo de producción Dureza y resistencia a la abrasión satisfactoria Disponible en una amplia variedad de tamaño de grano y forma Resistencia al metal y al ataque acido de la escoria adecuado Conocida como un excelente refractario y Excelente resistencia al calor. La sílice exhibe un drástico cambio en el volumen cuando se incrementa la temperatura, los fundidores han aprendido acompensa este problema a través del uso de aditivos específicos.
Diseño del modelo del corazón El corazón se hace generalmente de arena compactada, el corazón dependiendo de la forma puede o no requerir soportes Para el caso de nuestra pieza usaremos arena sílice
Análisis de los diferentes procesos
vaciado en arena Ventajas.Económico: es un proceso más barato que el resto. Resistencia a altas temperaturas, posibilidad de utilización en gran cantidad de metales y aleaciones, acabado uniforme y liso. No requiere de tolerancias especiales, aproximadamente un 90% del material del molde es reciclable, se trata de un proceso flexible con costos de materiales bajos. Desventajas.No se trata de un proceso recomendado para piezas de gran tamaño. Las tolerancias que se obtienen suelen ser bastante grandes. No es el proceso más adecuado para la realización de piezas de geometría compleja. Los acabados superficiales que se obtienen no son los mejores. Piezas con resistencia mecánica reducida.
Shell moldinge En este método de moldeo en arena vemos que las ventajas son: Las piezas se obtienen con un acabado superficial muy bueno, elevada precisión geométrica y dimensional, y la mecanización de las piezas, como consecuencia de la elevada precisión con que se obtienen, es en muchas ocasiones innecesaria y, cuando se precisa, las creces de mecanizado son muy pequeñas. Quedan eliminados casi por completo los defectos superficiales y la limpieza de la superficie de las piezas es mínima y en algunos casos innecesaria. Los moldes son muy estables y pueden almacenarse durante mucho tiempo, lo que permite fabricarlos en grandes series y usarlos donde y cuando convenga. Permiten una elevada mecanización, tanto en el manejo de la arena (se elimina la suciedad y el polvo), como en la rapidez y uniformidad del producto que se obtiene. Puede emplearse mano de obra no especializada, reduciendo los costos de fabricación.
Se puede colar toda clase de metales y aleaciones empleadas en fundición: aceros al carbono y aleados, fundición, bronce, latón, aleaciones ligeras y ultraligeras.
Inconvenientes: Sólo resulta económico en la fabricación de grandes series, donde los gastos de amortización se reparten entre un gran número de piezas. Las piezas no pueden ser muy voluminosas; las mayores obtenidas son de unos 100 kg. Las placas modelo tienen que ser siempre metálicas y con elevada precisión dimensional; por ello resultan caras. Las arenas y las resinas son mucho más caras que los materiales empleados en el moldeo ordinario.
vaciado en cera perdida EI método a la cera perdida está especialmente indicado en la obtención de piezas pequeñas de forma complicada, imposibles o difíciles de obtener por otros procedimientos, de cualquier tipo de aleación, incluso aleaciones refractarias. Por otra parte, si no se requiere un control dimensional muy estricto, las piezas salen completamente terminadas. En la actualidad se obtiene una gran variedad de ellas: fresas y brocas de aceros de corte rápido; álabes para turbinas de vapor, de gas y de motores de reacción, de aceros inoxidables o de aleaciones refractarias; tijeras e instrumental quirúrgico, piezas de maquinaria textil, máquinas de coser, armas automáticas, motores de combustión, herramientas, calibres, moldes para estampación, aparatos electrodomésticos, etc. Las limitaciones de este procedimiento se deben al coste relativamente elevado y a la limitación del tamaño de las piezas, menos de 500 g (la mayoría no sobrepasan los 30 g), aun cuando se han llegado a obtener piezas de 14 kg.
vaciado en yeso Las ventajas del moldeo en yeso estriban en que se obtienen superficies muy bien acabadas, con perfecta reproducción de los detalles del molde, elevada precisión en las medidas (entre 0,8 y 1%), que en muchos casos elimina el mecanizado y se consiguen piezas por lo general exentas de porosidad superficial y tensiones internas. El principal inconveniente es la oxidación de los metales férreos, por lo que estos no pueden utilizarse.
vaciado en metal
En los métodos de moldeo expuestos hasta ahora hay que romper el molde para extraer de él la pieza moldeada. Por tanto habrá que construir tantos moldes como piezas se precisen. En la práctica actual de la fundición, se dispone de moldes metálicos permanentes o coquillas, que permiten obtener un número muy elevado de piezas iguales (a veces hasta 300.000), sin aquel inconveniente. Como las coquillas resultan muy caras, en cada caso se debe conocer el número mínimo de piezas que hay que fabricar para que el procedimiento resulte económico. Por otra parte, con el uso de las coquillas se reduce el mecanizado de las piezas y, en algunos casos, se elimina por completo; además se pueden obtener superficies más finas y uniformes que las que se obtienen en los moldes de arena. CONCLUSIÓN.Después de analizar los diferentes procedimientos concluimos que el procedimiento de vaciado más adecuado a este caso particular, es el vaciado en arena porque es fácil de moldear los aspectos geométricos de esta pieza en específico y porque es más económico del resto de los materiales que se utilizan para el moldeo. Tiene una resistencia a altas temperaturas. Este material se puede reutilizar, el acabado fino y liso en la pieza fundida depende del tamaño de grano de la arena.
RESUMEN DEL PROCESO A UTILIZAR (handbook) MOLDEO EN ARENA (MOLDE) es uno de los más versátiles de metal-procesos de formación, proporcionando una enorme libertad de diseño en términos de tamaño, la forma y la calidad del producto. Los procesos de moldeo por Arena se clasifican de acuerdo a la forma en que la arena se mantiene. Caso moldes con arena. Con los procesos de moldeo por caso arena, seco, caso, libre flujo de arena rodea el patrón. Procesamiento espuma perdida, que utiliza patrones de poliestireno expandible, y moldeo por vacío, son ejemplos de caso moldes con arena. Tipos de arena. Arena de moldeo en arena verde se compone de diversos ingredientes, cada uno con un propósito específico. El más fundamental de estos ingredientes es la base misma arena. La forma más predominante de arena es arena silícea. Se clasifica en dos categorías: de naturaleza sintética pegada y arena. Naturalmente la arena contiene arcilla base de contaminantes. Estas arcillas naturales son el resultado de la sedimentación depósitos producidos durante la formación de la arena depósito. El uso de este tipo de arena de moldeo en arena
verde medio está determinado por el tipo de metal fundido, economía, calidad de fundición, y el grado de coherencia exigida por el producto final. Arena sintética se compone de granos de arena de grano de diferentes distribuciones. Agentes de unión se añaden a estas arenas base para producir las deseadas características de moldeo. La principal base arena en esta categoría es el silicio, aunque zircón olivino, y cromita son utilizadas para aplicaciones especiales. Controlar la Estructura de los granos de arena es una característica muy importante en la selección. La selección determina la permeabilidad del molde definitivo y densidad, y estos dos parámetros fundamentales para la producción de fundiciones de calidad. Metal fundido cuando se introduce en un molde de arena verde, los gases y el vapor se genera como resultado de la descomposición térmica del clasificador y otros aditivos o contaminantes que están presentes. Si la permeabilidad del molde no es suficiente como para permitir el escape de los gases generados, las presiones del molde se incrementan, que impide el flujo de metal fundido, o incluso el metal fundido del molde. El hecho que el gas se genera dentro de la cavidad del molde no siempre es una desventaja. Las presiones en el molde de la generación de gases metálicos para evitar penetración en la arena. Esto minimiza holocausto de granos de arena y los problemas relacionados con la limpieza y el mecanizado de fundición. Por lo tanto, un equilibrio entre permeabilidad del molde y a la generación de gases debe mantenerse. Arena aditivos deben ser aquellas que contribuyen a la producción de un bajo volumen de gas. Por otro lado, si la permeabilidad es alta, es conveniente seleccionar materiales que producen niveles más altos de gas. Permeabilidad es controlada por la cantidad y el tamaño de los espacios vacíos entre las densamente pobladas, granos de arena. El tamaño de los huecos es determinado por el tamaño, distribución de tamaño, forma y embalaje de los granos. La Figura 1 ilustra dos tamaños de granos de arena. La Figura 2 muestra que los vacíos en la cara del molde son demasiado grandes para una arena gruesa y pequeña para una arena fina, aunque el área total vacía por metro cúbico de volumen es casi la misma para ambos las arenas. Sin embargo, estos criterios de distribución también rigen la estabilidad dimensional de la arena.
Fig. 1 Dos tamaños redondeados de granos de arena.
Fig. 2 Tamaños de poros en los rostros de los moldes de arena gruesa y de arena fina. Un molde de arena verde debe resistir la erosión causada por el metal y obstaculiza el flujo superficial sobre la arena. Si los granos de arena no se mantienen firmemente en su lugar durante flujo del metal, el resultado será suelto granos de arena que se lave en la cavidad de la fundición y causar una mala fundición. Los granos de arena se mantiene en su lugar por una combinación de dos mecanismos: una acción acuñante en que los granos de arena están bloqueadas mecánicamente. La acción combinada de estos dos mecanismos constituye la base de la arena fuerza desarrollada en la cavidad del molde. La mejor arena del molde para una óptima condición fuerza y densidad desarrollo es producida por granos de arena que muestran una distribución normal. Cuando el metal fundido se introduce en la cavidad del molde, el calor se transfiere desde el metal fundido a los adyacentes granos de arena, haciendo que los granos de arena para ampliar. Entre 425 y 600 °C (800 y 1110 °F), sílice sufre un cambio de fase de alfa a beta, que es acompañada por un rápido aumento de volumen (Fig. 3). Los granos de arena se debe permitir a ampliar, o la superficie del molde se verán alterados o destruidos, con la consiguiente pérdida de calidad de fundición. Los granos no deben ser tan densamente compactados o han chocado contra tan apretado que no están en condiciones de expandirse sin alterar la superficie del molde.
Fig. 3 El efecto de la temperatura sobre la expansión de sílice. Arena fina con poros más pequeños pueden tener una menor capacidad para permitir que los gases de descomposición para escapar. No obstante, mejorar el acabado de la superficie y mejora la reproducción del plano detalle. Arena de un solo tamaño de malla distribución proporciona la mejor ventilación, pero ofrece menos protección contra la erosión o la expansión defectos. La arena fina puede requerir una mayor cantidad de agentes de unión (arcilla, agua) debido a la mayor superficie que debe estar cubierto. La selección de la base adecuada arena es un compromiso en el mejor de los casos. La elección óptima es un multipuntillo arena con adecuada permeabilidad para el metal y la geometría que se derrama. Cuenta en la decisión también es la economía de las materias primas y en el acabado de la superficie y calidad de fundición.
Las arcillas de moldeo
Los aditivos pueden ser divididos en dos categorías, arcillas y materiales carbonosos. El principal objetivo de las arcillas para su función como agente de enlace para mantener juntos a los granos de arena durante el proceso de fundición. Los materiales carbonosos ayudan estabilidad dimensional del molde, el acabado de la superficie, y la facilidad de fundición.
Tipos de arcilla.
Las arcillas utilizadas habitualmente en moldeo en arena verde son de tres tipos generales: Montmorillonita o bentonita arcillas. Estos se subdividen en dos tipos generales: occidental o sodio bentonita, y el Sur o de calcio bentonita. Las dos arcillas difieren en su composición química, así como en su comportamiento físico dentro de un sistema arena Caolinita o como normalmente es llamado Illita, la arcilla no es usada ampliamente.
Las más importantes las arcillas que se usaron en arena verde las operaciones son las bentonitas. Las bentonitas Occidental y Meridional difieren en composición química y, por tanto, sus características físicas también. En general, la bentonita Occidental inferior de color verde se desarrolla fuerza y resistencia en caliente que la misma cantidad de bentonita del Sur. Bentonita Sur, en la misma concentración, produce una mayor resistencia en verde y caliente inferior. Este fenómeno es a veces se confunde con lo que se conoce como durabilidad. Controlar propiedades arcilla. Todas las arcillas pueden ser hechas de plástico y se dedicará al desarrollo de cualidades cuando se mezclan con las cantidades adecuadas de agua. Esta es la tercera condición que determina la durabilidad de la arcilla en un sistema arena. Arcilla calidad se mide generalmente contra la cantidad necesaria para desarrollar una determinada resistencia en arena verde. Se debe tener cuidado cuando se evalúa una arcilla de esta manera debido a los efectos del agua en la fuerza. El término "pegajoso" define el punto de transición de carácter predominantemente aglutinante de las propiedades de adherencia. Una vez que el tipo de arcilla se determina para el sistema arena, las consideraciones económicas deben ser evaluados, porque la situación geográfica de la fundición, en parte, dictan el tipo, o la combinación de las arcillas que se usaron en la operación. Definición de la posible pieza fundida Nuestra pieza fundida (chumacera), tendrá una alta resistencia a la corrosión ya que estará fabricada de hierro fundido gris, el cual tiene las suficientes propiedades requeridas para la fabricación de los rodamientos de rodillos. El proceso de vaciado que utilizaremos será el vaciado en arena sílice la cual nos dará un acabado superficial requerida (fig. 1). Posibles procesos de acabado Los posibles procesos de acabado serán:
Perforado Roscado
Para poder llegar a la especificación de nuestros planos de fabricación.
Fig. 1 Posibles piezas fundidas.
DISEÑO DEL MODE Bebeder o de Mazaro ta
Corazó n
Metal fundido en la cavidad
Plano de separaci ón
Canal de alimentación
Semicaja inferior
ELEMENTOS DEL MOLDEO Corazón: Los corazones son elementos que se incorporan al molde para obtener vaciados complejos que resulta difícil su obtención directa en el molde. Deben cumplir, de la misma manera que los moldes, la condición de su fácil integración por lo que también se fabrican de arena. Propiedades que debe cumplir el corazón
Resistente durante la colada
Permeabilidad Poca deformación por dilatación Poca oposición a la contracción del metal Buen acabado superficial Bajo costo
Para la fabricación de los corazones o noyos se debe considerar los siguientes factores:
Cantidad y tamaños a fabricar Que función va a cumplir El tipo de aleación a colar La calidad y acabado de la pieza
Mazarota: proporciona la alimentación del metal líquido hasta el final del proceso de solidificación. Los criterios que se consideraron para el diseño de la mazarota son:
Tiempo de solidificación TST mazarota > TST pieza y para ello se tiene La relación de
V A
.
Distancia de alimentación Depende del gradiente de temperatura, es decir al cambio en la temperatura por unidad de longitud durante la solidificación, el cual facilita la alimentación. Angulo crítico. Espesor de la sección: para espesores pequeños la distancia de alimentación es menor, y tiene una mayor velocidad para contrarrestar la contracción. La mazarota se debe ubicar en la parte donde mayor sea el área de la pieza, ya que esta requerirá mayor tiempo de llenado.
Canal de alimentación. El canal de alimentación es una vía de distribución horizontal que acepta metal fundido del bebedero y lo conduce a las compuertas. En las partes simples se utiliza un canal, pero las fundiciones más complejas requieren sistemas de dos canales. Los canales de alimentación se utilizan para atrapar escoria
(Mezcla de óxido y metal que se forma en la superficie de los metales) y evitar que se introduzca en las compuertas y en la cavidad del molde. Es común colocar trampas para escoria al final de los canales; éstos se proyectan arriba de las compuertas para garantizar que el metal en las mismas se extraiga de la parte inferior de la superficie.
Bebedero El bebedero debe tener la forma cónica, para esto se establece el diseño cónico tradicional de los bebederos, el área de sección transversal del Bebedero debe disminuir, donde la parte superior tendrá un diámetro mayor que el de la parte inferior. Una alternativa común a los bebederos cónicos es el uso de bebederos con lados rectos, los cuales poseen un mecanismo de estrangulación en el fondo, que consiste en un núcleo o un canal de estrangulación. El estrangulador reduce el flujo lo suficiente para evitar la aspiración en el bebedero.
CALCULOS PARA EL CUERPO SUPERIOR Calculo de la Mazarota Ecuaciones: TST= Cm
V A
n
( )
TST: Tiempo de solidificación total (min) Cm: Constante de molde V: Volumen de fundición
( m3 )
A: Área superficial de la fundición
( m2 )
n: Exponente que toma usualmente un valor de 2 1 Según Cálculo y Datos: Para el hierro gris según algunos videos asignamos un tiempo de 9 min al Tiempo de Solidificación Total (TST). TST= 9 min 2
Los datos de volumen y área los obtuvimos de los planos y sus respectivas dimensiones. V = 172282.99
( mm3 )
*
(
1 cm 10 mm
3
) *( −4
V = 0.000172282 = 1.7228* 10
A= 40249.21
( mm2 )
*
(
1 cm 10 mm
( m3 )
2
) *( −2
A = 0.04024921 = 4.0249* 10
1m 100 cm
( m2 )
1m 100 cm
2
)
3
)
3
Despejamos la constante de molde
Entre los datos importantes tenemos la constante de molde la cual hallamos con los datos antes mencionados.
Cm =
9 min
TST 2 V A
( )
⟶
Cm =
Cm = 491629.2591
4
Relación:
)
( min m ) 2
D =1 ⟶ D=h h
V=
π D3 4
Ecuación del área
2 π D2 A= π D + 4 2
6
2
Ecuación del Volumen
π D2 h V= 4
5
(
1.72∗10−4 ( m3 ) 4.02∗10−2 ( m2 )
⟶
A = 1.5 π D
2
Reemplazo el Volumen y el Área en la fórmula de TST
A través de las relaciones de volumen y área reemplazados en la fórmula de TST logramos hallar el diámetro de la mazarota.
TST= Cm
π D3 4 1.5 π D2
n=2
( )
⟶
TST= Cm
D 6
2
( )
7
D=
Despejo el diámetro de la mazarota (D)
√
36∗TST Cm
D = 0.02567 (m) *
⟶
100 cm 1m
*
D=
√
10 mm 1 cm
D = 25.67 (mm) El diámetro es:
D = 2.57 (cm)
Y como h = D la altura es: h= 25.67 (mm) h= 2.57 (cm).
36∗9 (min) 491629.259
min 2 m
( )
CALCULO DEL BEBEDERO Bebedero ¿Qué es el bebedero? Es el canal por el que entra el material al molde, su altura y diámetro pueden variar según el molde de la pieza que vamos a crear. De acuerdo a los datos de la mazarota y las bases de bibliografía se halló que la altura del BEBEDERO debe ser ahusado y será el doble del equivalente de la altura de la mazarota y su diámetro será el mismo de esta.
Datos técnicos del molde L = 52 mm Area=¿ 386.91 mm^2 D = 20 mm Canal horizontal que conduce la cavidad del molde cuyo V = 13787.88 mm^3 Cálculos: a) Velocidad del fluido del metal en la base del bebedero está dada por : V = √2 Hg=√ 2∗9.81∗50 = 31.32 mm/s b) Caudal Del material. Q= A∗V = 386.91 * 31.32= 12118.02 mm^3/s b) Tiempo requerido para llenar una cavidad de v = 16787.88 mm con este fluido. V 13 787.88 MFT = = =1.13 sg Q 12118.02
CALCULOS PARA EL CUERPO BASE
Calculo de la Mazarota Ecuaciones: TST= Cm
V A
n
( )
TST: Tiempo de solidificación total (min) Cm: Constante de molde V: Volumen de fundición
( m3 )
A: Área superficial de la fundición
( m2 )
n: Exponente que toma usualmente un valor de 2 1 Según Cálculo y Datos: Para el hierro según algunos videos asignamos un tiempo de 9 min al Tiempo de Solidificación Total (TST). TST= 9 min
8
Los datos de volumen y área los obtuvimos de los planos y sus respectivas dimensiones.
( mm3 )
V = 457393.69
*
(
1 cm 10 mm −4
V = 0.000457393 = 4.57* 10
A= 69245.44
( mm2 )
*
(
1 cm 10 mm
9
) *(
1m 100 cm
3
)
( m3 )
2
) *(
−2
A = 0.6924544 = 6.92* 10
3
1m 100 cm
2
)
( m2 )
Despejamos la constante de molde
Entre los datos importantes tenemos la constante de molde la cual hallamos con los datos antes mencionados.
Cm =
9 min
TST V 2 A
( )
⟶
Cm = 206358.47
Cm =
(
1.57∗10−4 ( m3 ) 3.85∗10−2 ( m2 )
2
)
( min m ) 2
10 Ecuación del Volumen
2
πD h V= 4
11 Ecuación del área
Relación:
D =1 ⟶ D=h h
πD V= 4
3
2π D A= π D + 4 2
2
A = 1.5 π D
⟶
2
12 Reemplazo el Volumen y el Área en la fórmula de TST A través de las relaciones de volumen y área reemplazados en la fórmula de TST logramos hallar el diámetro de la mazarota.
TST= Cm
π D3 4 1.5 π D2
n=2
( )
⟶
TST= Cm
D 6
2
( )
13 Despejo el diámetro de la mazarota (D)
D=
√
36∗TST Cm
D = 0.0396242 (m) *
⟶
100 cm 1m
*
D=
√
10 mm 1 cm
D = 39.62 (mm) El diámetro es:
D = 3.96 (cm)
Y como h = D la altura es: h= 39.52 (mm) h= 3.9 (cm).
36∗9 (min) 206358.47
min 2 m
( )
CALCULO DEL BEBEDERO Bebedero ¿Qué es el bebedero? Es el canal por el que entra el material al molde, su altura y diámetro pueden variar según el molde de la pieza que vamos a crear. De acuerdo a los datos de la mazarota y las bases de bibliografía se halló que la altura del BEBEDERO debe ser ahusado y será el doble del equivalente de la altura de la mazarota y su diámetro será el mismo de esta.
Datos técnicos del molde L = 65 mm Area=¿ 485.93 mm^2 D = 21 mm Canal horizontal que conduce la cavidad del molde cuyo V = 16787.88 mm^3 Cálculos: a) Velocidad del fluido del metal en la base del bebedero está dada por : V = √2 Hg=√ 2∗9.81∗65 = 35.71 mm/s b) Caudal Del material. Q= A∗V = 485.93 * 35.71= 17352.56 mm^3/s b) Tiempo requerido para llenar una cavidad de v = 16787.88 mm con este fluido.
V 16787.88 MFT = = =0.14 sg Q 121118.02
