UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
INFORME DE LABORATORIO N°3 MOLDEO Y COLADA CURSO: PROCESOS DE MANUFACTURA M ANUFACTURA
Sección: C
Alumnos: Julcamanyan Tucto Jefferson Jefferson G. 20142013J Suyco Montalvo Manuel Isaac
2017
20140028J
PROCESOS DE MANUFACTURA
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ÍNDICE OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 3 GENERALIDADES............................................................................................................................ 4 MARCO TEORICO........................................................................................................................... 4 EQUIPOS Y MATERIALES ................................................................................................................ 9 CALCULOS Y RESULTADOS........................................................................................................... 10 OBSERVACIONES ......................................................................................................................... 17 CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 17 RECOMENDACIONES ................................................................................................................... 17 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................. 18
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MOLDEO Y COLADA
OBJETIVOS El presente informe tiene por objetivos:
Determinar mediante cálculos del bebedero y la mazarota para que nuestra pieza obtenida no presente rechupes entre otros defectos.
Determinar el empuje metalostático y su función para que nuestra pieza obtenida por fundición no presente defectos.
Encontrar la importancia de la fundición como proceso de manufactura en la industria así como conocer las normas de seguridad que se deben tener en cuenta al realizar procedimientos de fundición.
Mostrar de manera real los defectos que se pueden llegar a tener si no se sigue el procedimiento adecuado, así como también las deformaciones del material, su dilatación que puede llegar a tener respecto al prototipo.
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GENERALIDADES •
Para desarrollar los distintos moldes de la industria de fundición se requieren de materiales que cumplan con las propiedades óptimas.
•
•
Normalmente en el proceso de fundición se emplean las arenas sintéticas. El empleo de las arenas es consecuente de procedimientos y ensayos.
MARCO TEORICO 1.- FUNDICIÓN EN ARENA 1.1 Generalidades El trabajar con arena permite trabajar metales con altos puntos de fundición como el acero y el níquel.
El proceso general de la fundición en arena comienza con la fabricación del modelo de la pieza a fundir, luego este modelo se coloca entre la arena para generar una cavidad negativa y se ubican los sistemas de alimentación que guiaran el metal fundido hacia las cavidades del molde. Una vez el metal se solidifica al interior de la cavidad, se destruye el molde y se extrae la pieza terminada; si se requiere se puede realizar el proceso de tratamiento térmico a la pieza fundida o realizar los procesos adicionales de acabados y controles necesarios.
1.1.2 Modelos para fundición en arena. Los modelos para fundición en arena serán los encargados de generar la cavidad en la arena para posteriormente fundir el metal en ella. El tamaño de los modelos debe contemplar los valores de contracción del metal fundido y los excesos de material para procesos de maquinados posteriores. La
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selección del material para el modelo dependerá de factores como: tamaño y forma de la fundición, precisión dimensional y la cantidad de ciclos que se quiera utilizar el modelo. En la siguiente tabla se aprecian características de diferentes materiales para ser usados como modelos.
TABLA N°1. Propiedades de manufactura La superficie del modelo puede ser recubierta por agentes separadores que permitan un fácil desmolde del modelo en la arena.
1.1.3 Clasificación de los Modelos para fundición en arena 1.1.3.1 Modelos de una sola pieza También llamados modelos sólidos, tienen la misma forma que el producto y un extra de material para contrarrestar la contracción del material y los procesos de maquinados posteriores. Se utilizan para piezas simples y producción de bajas cantidades.
1.1.3.2 Modelos divididos. Son modelos en dos piezas donde cada una de las piezas forman cada una de las mitades de la cavidad. El plano donde se parten las piezas del modelo coincide con el plano de partición del molde usado para la fundición.
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Se obtienen formas más complejas, menores tiempos para el moldeo y mayores cantidades de producción.
1.1.3.3 Placas Modelo. Este procedimiento se utiliza para volúmenes de producción mayores. En este los modelos partidos se adhieren a una placa de acoplamiento; la placa cuenta con guías para lograr hacer coincidir las mitades que harán las cavidades en la arena. En ocasiones las placas modelo cuentan con partes como los sistemas de vaciado, canales o mazarotas.
1.1.4 Arena. Para los procesos de fundición en arena se utiliza arena de sílice (SiO2), debido a su economía y resistencia a altas temperaturas. Uno de los factores más importantes en la selección de la arena es el tamaño del grano. Los granos finos permiten un mejor acabado superficial de la cavidad y así de la pieza; sin embargo los granos finos reducen la permeabilidad del molde. Para lograr una forma estable y mejorar la resistencia del molde la arena se mezcla de forma homogénea con bentonita la cual funciona co mo aglutinante. Durante el proceso se tamiza la arena, de tal forma que la arena más fina es la que entra en contacto con el modelo y la arena más gruesa da el cuerpo al molde y permite la salida de gases. También se pueden agregar resinas o aglutinantes orgánicos o inorgánicos a la arena para darle mayor resistencia durante el proceso de fundición.
1.1.5 El molde. Los componentes principales de un molde para fundición en arena son: 1.1 El molde esta soportado por una caja de moldeo: existe un molde superior e inferior, y la unión entre los dos forma la línea de partición.
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1.2 El bebedero es el conducto que recibe el metal y lo lleva hacia el interior del molde; el extremo del bebedero tiene forma de cono para facilitar el proceso de verter el metal fundido.
1.3 La mazarota es una cavidad que se llena de metal fundido y suministra el metal adicional necesario para contrarrestar el proceso de contracción durante la solidificación del metal. 1.4 Los canales de llenado llevan el metal fundido desde la mazarota hasta la cavidad del molde. 1.5 Los insertos hechos en arena que permiten generar cavidades huecas dentro de la pieza fundida reciben el nombre de corazones. En ocasiones requieren de sujetadores para permanecer en la posición adecuada durante el proceso de verter el metal líquido. 1.6 Los respiraderos tiene como función permitir el flujo hacia el exterior del aíre y gases que se acumulan durante el proceso de fundición en el interior del molde. Permiten que se realice un buen proceso de llenado de la cavidad.
EMPUJE METALOSTATICO Cuando se realiza la colada, ocurre una serie de acciones como son, la presión ejercida del metal líquido sobre las paredes del molde y los cuerpos ubicados dentro del mismo como son las almas o machos, esto es el empuj e metalostático.
c b a Figura 1. Esquema de la pieza
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Terminada la colada, cuando el molde esta lleno de metal líquido, se genera en la masa metálica una presión que se ejerce en todas las direcciones, hacia el molde, principalmente sobre la caja superior del molde, como generalmente son las cajas para moldes.
Figura 2. Esquema de la caja de moldeo
La presión principal para efectos de diseño, es la que tiende a levantar toda la media caja superior del molde, desprendiéndola de la inferior, si esto ocurriese, se verificaría la aparición de rebaba o el desplazamiento del macho o alma en caso de tenerlo y también la salida del metal, por lo cual la pieza resultaría defectuosa y para evitarlo habría que corregir las dimensiones del molde. En la práctica no nos preocupamos mucho del empuje sobre el fondo, ni sobre las paredes laterales, pero evaluar exactamente la intensidad del empuje metalostático hacia arriba, es de suma importancia para poder asignar al cierre del molde la solidez necesaria para garantizar la buena fundición de la pieza.
= ∗ = ∗ ∗ ∗ ( − 0.5 ∗ ) Donde: E = empuje metalostático
=
densidad del líquido (gr/cm3)
V = volumen de acción
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EQUIPOS Y MATERIALES
Modelo
Cajas de moldeo
Tabla de Moldeo
Herramientas de moldeo
Talco ó grafito
Ductos para bebederos y mazarotas
Arena de Moldeo
Procedimiento
Se selecciona la caja de acuerdo al tamaño del modelo, colocar en la tabla de moldeo la mitad inferior de la caja de moldeo (Previamente verificar y/o colocar un indicador para la posición de las asas) ubicar el modelo (si es entero) o la mitad del modelo (si es partido) en el centro de la caja, cubrir con talco o grafito la superficie del modelo.
Agregar la arena de contacto (arena tamizada) aproximadamente que tape 5 cms al modelo, presionar manualmente la arena con la finalidad de aplicar la propiedad plástica de la arena luego llenar la caja con arena de relleno, compactar con los atacadores, enrasar con una regla, voltear la caja y colocar la caja superior luego colocamos la otra mitad del modelo (si es modelo partido), ubicar el bebedero y la mazarota en las posiciones elegidas, se procede tal como en la caja inferior.
Una vez terminado el moldeo, se extraen los ductos del bebedero y mazarotas (si es que estas no son ciegas), se procede hacer la copa del bebedero, abrir la caja , extraer el modelo y colocar el ó las almas si es que las tienen, hacer el conducto de colada y los de las mazarotas, cerrar la caja teniendo cuidado que los indicadores de posición de las cajas coincidan, con las agujas respectivas hacer los orificios para ayudar a la permeabilidad, colocar su caja en la zona de colada, tomar la temperatura de colada, sacar el producto, tomar las medidas obtenidas en su producto.
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CALCULOS Y RESULTADOS CUESTIONARIO 1. Diagrama de operaciones
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2. En un esquema de la caja de moldeo; muestre la ubicación del modelo, de la mazarota, del sistema de alimentación.
Figura 3. Esquema de la caja de moldeo con la pieza, bebedero y mazarota
3. Defectos observados en la pieza en la práctica. A partir de la figura se pueden observar las siguientes fallas: Zonas rugosas en la superficie (ver figura 4). Causa: debido a la baja cohesión de la arena. Solución: La solución más adecuada es utilizar otra arena que tenga mayor % de humedad y % de bentonita, lo que le dará mayor cohesión. Figura 4. Pieza soporte de eje de aluminio
4. Presentar el cálculo del diámetro de la mazarota y dimensiones del cuello de la mazarota. Comparar resultados.
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Nota: Densidad=masa/volumen Calculo de la mazarota:
Asumiendo 1 mazarota
856509.12 = = 8.3097 103073.41 Mmazarota = √ 1.5 ∗ = √ 1.5 ∗ 8.3097 = 10.17726 ∗ 4 ∗ mazarota ∗ Mmazarota = = = mazarota 2 ∗ + ∗ ∗ 2 + 4 4 ∗ 150 Mmazarota = 10.17726 = 2 + 4 ∗ 150 Mmodelo =
Resolviendo:
Diámetro (D)= 47.1 mm Altura (H)= 150 mm Nota: H se asume como 150mm.
5. Considerando las dimensiones del moldeo de la pieza, que utilizo en la práctica de fundición, ¿Qué dimensiones tendrá la pieza terminada? Tendría las dimensiones parecidas, no menos de un 5%. Ver figura 22 para comparar.
Figura 5. Comparación de pieza y modelo
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Considerando que las zonas con acabado superficial tienen 2 mm de exceso de material que será retirado por maquinado. Presente un esquema del modelo y de la pieza terminada. El volumen adicional que será retirado por maquinado será:
∗ (2 ) = 206146.82 = 206146.82 ∗2700 = 0.5566
6. Determine la cantidad de material de aluminio que necesita fundir para obtener la pieza correspondiente al modelo utilizado.
Figura 6. Vista isométrica del soporte de eje
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Figura 7. Propiedades del soporte de eje (software Solidworks)
Figura 8. Diseño y cálculo de la pieza en Solidworks
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Aluminio
Densidad=2700 kg/m3 Se obtienen datos de masa, área y volumen con el programa Solidworks. Como se tiene el volumen se puede calcular la masa a partir de la densidad. Masa del soporte de eje = 2312.5746 gramos = 2.31257 kilogramos Masa del soporte de eje con mazarota=3018.22 gramos=3.0182 kilogramos Masa total de aluminio =3018.22 gramos
7. Determine la energía térmica (calorías) que se requiere para fundir el volumen de material que necesita.
= ∗ [ ∗ ( − ) + + ∗ ( − )] ∶ ó ∶ í ∶ ∶ ó ∶ = (3.018 ) ∗ 0.23 ∗ (574 − 20) + 93 + 0.28 ∗ (627 − 574) = 710 8. Se utiliza petróleo como combustible, ¿cuántos galones utilizará? Considere la eficiencia de la combustión y el poder calorífico del combustible.
= 710 Poder calorífico del petróleo:10.878 kcal/kg
=
710 = 65.26935 10.878
Densidad del petróleo =3.205 gramos/gal
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=
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65.26935 = 20.36 3.205 /
Se necesitarían 21 galones de petroleo
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OBSERVACIONES Observamos
que
en
algunas
piezas
se
producen
rechupes,
porosidades, deformaciones.
Se puede notar también que en algunas cajas no baja el volumen de la mazarota como se había pronosticado.
Los tamices no están en buenas condiciones para lograr el índice de finura adecuado.
CONCLUSIONES
Las piezas sufrieron rechupes pues la ubicación del bebedero y la mazarota no fueron los más adecuados o precisos así como la cantidad de estos, también salieron ásperos pues el índice de finura de la arena no fue el correcto, tenía porosidades debido a los gases emitidos por aluminio afectaros la superficie del material.
Para obtener una pieza sin defectos se debe hacer un cálculo previo en donde se obtengan los datos del número de mazarotas a usar en el molde de arena, el lugar donde se colocan y el diámetro de estas.
El volumen de la mazarota no descendió debido que en el interior del molde alguna parte seco más rápido que, esto impidió el paso del volumen reservado en la mazarota. O de otro modo su ubicación no fue la correcta.
RECOMENDACIONES
Se debe calcular la cantidad de aluminio total a utilizar en el laboratorio para todas las piezas.
Se recomienda realizar los cálculos adecuados para determina la ubicación correcta del bebedero y la mazarota, así como la cantidad de
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estos, pues de esto dependerá en gran parte para la pieza obtenida sea correcta.
También se recomienda utilizar tamices más finos para que la superficie de la pieza resulte menos áspera.
Es recomendable también realizar una medición adecuada de la pieza si fuese posible cuando esta esté a temperatura ambiente para disminuir los errores de cálculo.
También se recomienda tomar todas las precauciones para evitar accidentes.
BIBLIOGRAFÍA
http://www.arqhys.com/construcciones/analisis-granulometrico-arena.html
http://www.normensand.de/?u_site=12&lang=esp&site=1
http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/gr anulometria.pdf
