Técnicas de Moldeo
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Tecnicas de moldeo
TECNICAS TECNICAS DE MOLDEODE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
Para producir piezas vaciadas de alta calidad, se requiere cumplir con una serie de procedimientos para lograr
el objetivo.
En la fabricación de piezas vaciadas es muy importante tener buena información, sobre todo para el personal
operativo que es el que se encarga de llevar a cabo las operaciones del proceso de obtención de moldes.
Al igual que la Maquinaria, materia prima y el equipo utilizados para la fabricación de moldes, la Técnica de
Moldeo es importantísimo llevarla a cabo con la mayor exactitud posible.
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 es un
proceso en el cual se hace fluir metal fundido dentro la cavidad de un molde, donde solidifica y adquiere la
forma del molde. Es uno de los procesos más antiguos de formado que se remonta 6 mil años atrás y son
muchos los factores y variables que debemos considerar para lograr una operación de fundición exitosa
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.
INTRODUCCIÓN
Tecnicas de moldeo
Las altas cifras de producción, el buen acabado de las superficies, las pequeñas tolerancias en las
dimensiones y la calidad en las propiedades de los materiales, han permitido fundir partes de forma complicada
ya sea de tamaño o pequeño.
En el desarrollo de fabricación de piezas se tienen las siguientes técnicas:
INTRODUCCIÓN
Tecnicas de moldeo
El proceso de moldeo es un procedimiento de fabricación de objetos metálicos basado en verter el metal
fundido en la cavidad de un molde, para obtener tras la solidificación y enfriamiento una pieza que es
reproducción de la cavidad del molde. La fundición incluye: la fundición de lingotes y la fundición de formas. El
lingote es una fundición en grande de forma simple (barras rectangulares largas), diseñada para volver a
formarse en otros procesos subsiguientes como laminado o forjado. La fundición de formas involucra la
producción de piezas complejas que se aproximan más a la forma final deseada del producto.
Existen diversos métodos para la fundición de formas, lo cual hace de este proceso uno de los más versátiles
en manufactura. Sus posibilidades y ventajas son las siguientes:
•· La fundición se puede usar para crear partes de compleja geometría, incluyendo formas externas e internas.
•· Algunos procesos de fundición pueden producir partes de forma neta que no requieren operaciones
subsecuentes para llenar los requisitos de la geometría y dimensiones de la parte.
•· Se puede usar la fundición para producir partes de unos cuantos gramos hasta formas que pesan más de
100 toneladas (coronas dentales, joyería, estatuas, bloques y cabezas para motores automotrices, bases para
máquinas, ruedas para ferrocarril, tubos, carcasas para bombas, etc.).
•· El proceso de fundición puede realizarse en cualquier metal que pueda calentarse y pasar al estado líquido.
•· Algunos métodos de fundición son altamente adaptables a la producción en masa.
• Puede utilizarse tanto para formas simples como complejas
PRELIMINAR
Tecnicas de moldeo
•Reduce o elimina los costes de otros procesos de fabricación, como el mecanizado, deformación plástica
•Rentable para bajos volúmenes de producción
•Pueden utilizarse un gran número de aleaciones
•Reducido número de desperdicios generados en el proceso, que en cualquier caso se vuelven a fundir
Se debe mencionar también las desventajas asociadas con le proceso de fundición. Estas incluyen:
•· Las limitaciones de algunos procesos
•· Se pueden obtener piezas con propiedades mecánicas no homogéneas
•· Piezas con porosidad
•· Baja precisión dimensional
•· Acabado deficiente de la superficie
•· Los riesgos que los trabajadores corren durante el procesamiento
•· Problemas ambientales.
Se pueden fundir todas las variedades de metales ferrosos y no ferrosos polímeros y cerámicos. En este tema
revisamos los fundamentos que se aplican prácticamente a las operaciones de moldeo; se describen los
procesos de moldeo individualizados, junto con los aspectos que deben considerarse en el diseño de
productos de fundición.
PRELIMINAR
Tecnicas de moldeo
El principio básico en que se basa este proceso puede parecer simple: Fundimos un metal, llenamos un molde
y lo dejamos enfriar para obtener un producto nuevo. Pero existen una serie de factores y de parámetros que
debemos tomar en cuenta para obtener piezas de buena calidad, con las dimensiones deseadas y con
procesos económicamente factibles.
En el dibujo se muestra con un ejemplo particular como se moldea una pieza. Se vierte el metal fundido por el
bebedero, en este caso por gravedad, hasta la cavidad del molde mediante los canales de alimentación. El
molde en este caso consta de dos bloques para que sea más fácil el moldeo (realizar la cavidad) aunque como
puede intuirse este molde deberá destruirse para obtener el sólido resultante después de la colada (existen
moldes en que esto no es necesario.) Si se desea realizar un agujero o hueco en la pieza debe utilizarse un
elemento sólido, que no permita que el metal llegue a esa zona. A veces, dependiendo del material y del tipo
de moldeo, se añaden a los canales de alimentación un depósito denominado mazarota que se llena en la
colada con el metal fundente y que va aportando material a las cavidades de la pieza conforme estas se van
enfriando evitando la aparicion de defectos en la pieza vaciada como son, rechupes y poros internos. Muchas
veces se utiliza el propio bebedero como depósito. El sólido obtenido consta en este caso de dos piezas y de
los canales de alimentación que deben separarse de estas, es lo que se denomina desbaste.
PRELIMINAR
Tecnicas de moldeo
Los talleres especializados donde se funden los metales, se desarrollan los procesos de moldeo y se realiza
el desbastado o limpieza de la pieza, se les conoce como fundiciones. Estas fundiciones podríamos
catalogarlas en dos grupos diferentes: las de metales férreos y metales no férreos y ambas acostumbran a
trabajar para terceros. Aún así es común encontrar ciertas fábricas donde también se realizan procesos de
colada. En una fundición se obtienen normalmente lingotes o formas. Dichos lingotes de acero o metales
dúctiles se transforman en piezas en otros talleres como son los de forja o laminado.
Nos centraremos en el moldeo de formas, piezas en bruto, por diferentes procedimientos, proponiendo un
método de elección en función del tamaño, material, precisión, forma y volumen de producción de las piezas.
Estas piezas en bruto obtenidas mediante moldeo deben “acabarse” en talleres de mecanizado y tratamientos
térmicos o superficiales. Es obvio que las superficies que deban estar en contacto con otras piezas o agujeros
pequeños deben mecanizarse para obtener las piezas finales. Así mismo algunas piezas se suelen recocer
para eliminar tensiones internas.
PRELIMINAR
Tecnicas de moldeo
Esquema de los elementos básicos de moldeo. Semielaborado obtenido.
PRELIMINAR
Tecnicas de moldeo
Para la fabricación de piezas de fundición se requiere un proceso el cual involucra la etapa de moldeo. Este puede ser producido mediante materiales desechables o permanentes.
PRELIMINAR
Tecnicas de moldeo
El proceso de fundiciones se realiza en una fundidora. Una fundidora es una fábrica equipada para hacer
moldes, fundir y manejar el metal en estado líquido, desempeñar los procesos de fundición y limpieza de las
piezas terminadas. Los trabajadores que realizan estas operaciones se llaman fundidores.
El primer paso que se da en el proceso de fundición es la fabricación del molde. El molde contiene una
cavidad que dará la forma geométrica de la parte a fundir. La cavidad debe diseñarse de forma y tamaño
ligeramente sobredimensionados, esto permitirá la contracción del metal durante la solidificación y
enfriamiento. Cada metal sufre diferente porcentajes de contracción, por tanto, la cavidad debe diseñarse para
el metal particular que se va a fundir. La cavidad del molde proporciona la superficie externa de la fundición;
pero además puede tener superficies internas, que se definen por medio de moldes llamados corazones, los
cuales son formas colocadas en el interior de la cavidad del molde para formar la geometría interior de la
pieza. Los moldes se hacen de varios materiales que incluyen arena, yeso, cerámica y metal. Los procesos
de fundición se clasifican frecuentemente de acuerdo a los diferentes tipos de moldes.
En una operación de fundición, se calienta primero el metal a una temperatura lo suficientemente alta para
transformarlo completamente en líquido. Después se vierte directamente en la cavidad del molde. En un
molde abierto figura (a), el metal líquido se vacía simplemente hasta llenar la cavidad abierta. En un molde
cerrado figura (b) y (c) una vía de paso llamada sistema de vaciado permite el flujo del metal fundido desde
fuera del molde hasta la cavidad. El molde cerrado es la forma más importante de producción en operaciones
de fundición.
PRELIMINAR
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Dos formas de molde: (a) molde abierto, simplemente un recipiente con la forma de la parte de fundición; (b) molde cerrado, de forma más compleja que requiere un sistema de vaciado (vía de paso)
conectado con la cavidad
Diagrama esquemático de un molde para fundición
Tecnicas de moldeo
Sección transversal de un molde en tres partes
Diagrama esquemático de un molde para fundición
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El sistema de vaciado en un molde de fundición es el canal o red de canales por donde fluye el metal fundido
hacia la cavidad desde el exterior. El sistema de vaciado, consiste típicamente en un bebedero de colada
(también llamado simplemente bebedero) a través del cual entra el metal a un canal de alimentación o corredor
que conduce a la cavidad principal. En la parte superior del bebedero existe frecuentemente una copa de
vaciado para minimizar las salpicaduras y la turbulencia del metal que fluye en el bebedero. En el diagrama
aparece como un simple embudo en forma de cono.
Algunas copas de vaciado se diseñan en forma de tazón como en la figura con un canal abierto que conduce
al bebedero.
En cualquier fundición cuya contracción sea significativa se requiere, además del sistema de vaciado, una
mazarota conectada a la cavidad principal. La mazarota es una reserva en el molde que sirve como fuente de
metal líquido para compensar la contracción de la fundición durante la solidificación. A fin de que la mazarota
cumpla adecuadamente con su función, debe diseñarse de tal forma que solidifique después de la fundición
principal. Una vez que la fundición se ha enfriado lo suficiente, se remueve del molde. Pueden necesitarse
procesamientos posteriores, dependiendo del método de fundición y del metal que se usa. Entre éstos se
encuentran el desbaste del metal excedente de la fundición, la limpieza de la superficie, la inspección del
producto y el tratamiento térmico para mejorar sus propiedades. Además, puede requerirse maquinado para
lograr tolerancias estrechas en ciertas partes de la pieza y para remover la superficie fundida y microestructura
metalúrgica asociada.
PRELIMINAR
Tecnicas de moldeo
Diagrama esquemático de un molde para fundición
Tecnicas de moldeo
Características del proceso de fundición
El proceso de fundición es de los procesos mas importantes en la manufactura de materiales, por lo que se
requiere de algunas características para determinar una buena calidad de la pieza obtenida. Algunas de estas
características son:
(1) El molde, de forma y tamaño adecuado que debe tener en cuenta la contracción del metal en la
solidificación y el sobremetal necesario en posteriores procesos
(2) Fundición a la temperatura y cantidad adecuada
(3) La técnica de vertido debe permitir la salida del aire y los gases atrapados, y permitir que el metal llegue a
todos los lugares
(4) Solidificación, debe evitar la formación de defectos, rechupes, poros, grietas, etc.
(5) Separación de la pieza del molde.
(6) Control de las especificaciones
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Durante la fabricación de piezas vaciadas se requiere la evaluación del diseño de la pieza que se realizará. En
primera instancia se requiere de una pieza modelo para duplicar las piezas a realizar.
El modelo es una forma usada para preparar y producir la cavidad en el molde. El diseño debe ser lo más
simple que sea posible para facilitar el retiro del molde. El modelo tiene en esencia la forma de la pieza a fundir
con formas para bebederos, mazarotas, etc. El modelo puede estar en dos piezas una para la semicaja
superior y la otra para la semicaja inferior, para facilitar la construcción de la cavidad del molde, algunas piezas
pueden ser sueltas para que sean removidas por separado y evitar la destrucción del modelo o del molde. La
madera es el material que generalmente se usa para fabricar los modelos ya que es sencilla de trabajar y se la
encuentra fácilmente, la madera empleada deberá estar casi seca con 5 a 6 % de humedad para evitar que se
tuerza o la formación de grietas lo que ocasionaría una distorsión en el molde final. Se usa el modelo en
madera cuando se tiene un número discreto de piezas a fabricar, o cuando la pieza es demasiado grande lo
cual facilitara el manejo de la misma.
Cuando aumenta el numero de piezas es común encontrar modelos de metal hechos de aluminio o magnesio
que pueden estar sueltos o empotrados en soportes para modelos, también son muy comunes los modelos de
yeso ya que son fáciles de elaborar pero muy quebradizos a la hora fabricar la cavidad. El plástico también
juega un papel importante en la fabricación de modelos es un intermedio entre la madera y el metal y puede
producir cantidades considerables de moldes.
MODELOS
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Tipos de modelos removibles. Existen siete tipos de construcción de modelos. La forma más simple es el
modelo sólido de una sola pieza. 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 parles, así una mitad del modelo
descansa en la parte inferior del molde y la otra mitad en la parle superior. La división en el modelo ocurre en la
línea de partición del 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.
MODELOS
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Tipos de modelos. A. Modelo sólido. B. Modelo partido.C. Modelo con piezas sueltas. D. Modelo con entradas y
derivaciones. E. Modelo placa de coincidencia. F. Tablero de moldeo para modelo
de volante. G. Modelo terraja: para perfilar
curvas y para formar corazones muy grande arena verde, y terraja para superficies planas.
MODELOS
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Modelo superior Modelo Inferior
MODELOS
Tecnicas de moldeo
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
múltiples. 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
recio para cualquier tipo de ranura o zureo. 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.
MODELOS
Tecnicas de moldeo
Tolerancias en los modelos: 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 la fabricación dichos modelos
duran mucho tiempo y su uso es muy intenso.
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.
MODELOS
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Tolerancias típicas de contracción
Cuando deben obtenerse modelos de metal, a partir de los modelos originales se deberá proveer de doble
contracción.
El modelo con el cual se fabrica la cavidad del molde debe ser un tanto diferente de la pieza a producir tanto en
forma como en dimensiones. Estas diferencias intencionales incorporadas al modelo se llaman tolerancias del
modelo. La tolerancia por contracción compensa la disminución de tamaño que experimenta la pieza al
solidifican y enfriar. La tabla muestra valores para contracción volumétrica para distintos metales. La tolerancia
de maquinado es la cantidad que compensa al material que se desperdicia en operaciones de maquinado que
darán el acabado final a la pieza.
MODELOS
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Conicidad para retiro en ambas piezas de un modelo de dos piezas
MODELOS
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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 les 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 de 6.25%.
Acabado. Cuando un dibujante traza 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. La
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 mecanizadas deberá considerarse una
tolerancia por sacudidas, haciendo el modelo ligeramente menor para compensar el golpeteo.
MODELOS
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Materiales para modelos removibles. El primer paso en la fabricación de una pieza fundida es preparar un
modelo, conocido como modelo de fundición, el cual difiere en numerosos aspectos de la pieza resultante.
Estas diferencias, conocidas como tolerancias en el modelo, compensan la contracción del metal,
proporcionan suficiente metal para el maquinado de superficies, y facilitan el moldeo.
La mayoría de los modelos son hechos de madera, la cual es barata y puede trabajarse fácilmente. Por lo
cual sólo un pequeño porcentaje de modelos se hacen en cantidad para trabajos de producción, la mayoría no
necesita estar hecha de un material que pueda tener un uso duro en la fundición.
Muchos de los modelos usados en trabajo de gran producción se hacen de metal porque soportan el uso
intenso. Los modelos de metal no cambian su forma cuando se les somete a condiciones húmedas, además,
requieren un mínimo de atención para mantenerlos en condiciones de trabajo.
Los metales utilizados para hacer modelos incluyen latón, metal blanco, hierro fundido y aluminio.
Probablemente el aluminio sea el mejor de todos porque es el más fácil de trabajar, es de peso ligero y
resistente a la corrosión. Los modelos de madera son obtenidos de fundición de un modelo maestro
construido de madera. Los plásticos se adaptan especialmente bien como materiales para modelos porque no
absorben humedad, son fuertes y dimensionalmente estables y tienen superficies perfectamente tersas. Se
pueden producir económicamente por vaciado en forma similar al metal vaciado.
MODELOS
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Construccion de un modelo removible. Los detalles para obtener un monoblock en V de hierro fundido,
se muestran en la figura donde se ha trazado primero una vista del extremo usando una regla de contracción.
Como el detalle pide "acabado" en toda la pieza, se debe prever metal adicional, lo cual queda indicado por la
segunda línea exterior de la V del monoblock en el plano. En previsión para la salida, el método del moldeo
debe ser considerado. La línea final exterior sobre la posición del tablero representa el tamaño actual y la
forma, la cual es usada para construir el modelo. Las esquinas interiores agudas se rellenan para eliminar las
grietas en el metal por contracción.
Un filete es una superficie cóncava de unión o bien el redondeo de la esquina de dos planos de
intersección. Las esquinas redondeadas y filetes facilitan materialmente el moldeo, ya que la arena no tiende a
desmoronarse al extraer el modelo.
A los modelos de madera se les da generalmente tres capas de sellador o barniz sintético el cual no se
disuelve en contacto con la humedad. Este acabado sella los poros de la madera, crea un sello a la humedad,
y da al molde una superficie tersa.
MODELOS
Tecnicas de moldeo
MODELOS
Tecnicas de moldeo
Los modelos con piezas sueltas se hacen en los casos en que se tienen proyecciones o partes colgantes y es
imposible sacarlas de la arena aun cuando estén partidas.) En tales modelos las proyecciones deben sujetarse
flojas al modelo principal por medio de clavijas de madera o alambre. Una vez hecho el molde, dichas piezas
sueltas permanecen allí hasta después que el modelo es extraído. A continuación se sacan separadamente a
través de la cavidad formada por el modelo principal. El empleo de piezas sueltas, se ilustra en el colado de
una guía que ajusta en una corredera con forma cola de milano.
Para comenzar el modelo, es necesario hacer un diagrama con todas las tolerancias para la extracción,
acabado y contracción. A continuación se decide en que forma se hará el moldeo. Dos métodos son posibles,
en el primer método dos piezas sueltas facilitan la extracción del modelo de la arena. Estas piezas pueden
tener salida desde la arena, debido al espacio adicional ocupado en primer lugar por la parte principal del
modelo. El modelo construido de esta manera es hecho de 5 partes, como se muestra en la figura B.
Las piezas sueltas pueden ser diminutas por un corazón de arena seca. Si se emplea esta construcción el
modelo deberá hacerse como se ve en C. Además, se hará necesaria una caja de corazón. Este método
tardado es menos económico, debido a lo costoso de hacer la caja de corazón y el corazón mismo.
MODELOS
Tecnicas de moldeo
Construcción de modelos desechables. Los modelos desechables, son hechos para estar en el molde, y
vaporizan después de que es vaciado el metal. A causa de esto, están hechos de una sola pieza con canales,
alimentadores y rebosaderos fijos al modeIo. Usualmente el bebedero, es sólo pegado o unido por alambres,
clavos o pernos al modelo. El método más convencional de moldeo por este método consiste en que el
modelo, canales, alimentadores y rebosaderos empiezan a moldearse en la base de la caja y el bebedero es
moldeado aparte en la tapa de la caja.
Todos los modelos desechables, están hechos de hule espuma o poliestireno. El material recomendado de
poliestireno es extendido en camas sobre un tablero. Las camas deben de tener una buena adhesión una a la
otra y una densidad entre 16 a 19.2 kg/m3. La resistencia a la compresión es 89 a 124 MPa. El poliestireno
extendido puede estar en ramas en la tabla de 1.2 x 3.7 m arriba aproximadamente a 450 mm en espesor. El
material que mejor se trabaja es el que ha tenido como mínimo 45 días de tiempo después de manufacturado.
Las camas de poliestireno son usadas en la manufactura de modelos pequeños en cantidades de producción.
Estas camas son extendidas en los moldes metálicos por aplicación de vapor o con calor eléctrico. Con objeto
de mejorar el acabado superficial de la pieza de fundición completa, el molde obtenido se escobetea o se rocía
con agua de zírcón. La cara de la arena donde se coloca el modelo puede ser de arena en verde, arena con
depósitos de silicato de sodio, arena aglutinada y en algunos casos arena sin depósitos o simplemente seca.
Tolerancias en los Modelos. Debido a que no es extraído el modelo del molde, no necesita tolerancias para
Ia salida, las únicas tolerancias que necesitan hacerse son para la contracción, acabado y distorsión.
MODELOS
Tecnicas de moldeo
Moldeo. Los procesos de fundición del metal se dividen en dos categorías de acuerdo al tipo de moldes 1)
moldes desechables y 2) moldes permanentes. En las operaciones de fundición con molde desechable, éste
se destruye para remover la parte fundida, como se requiere un nuevo molde por cada nueva fundición, las
velocidades de producción son limitadas, ya que se requiere mas tiempo para hacer el molde que para la
fundición en si, sin embargo, para ciertas partes se pueden producir moldes y fundiciones a velocidades de
400 partes por hora o mayores. En los procesos de moldeo permanente, el molde se fabrica con metal (u otro
material durable) que permite usarlos en repetidas operaciones de fundición. En consecuencia, estos
procesos tienen una ventaja natural para mayores velocidades de producción.
Moldeo en arena. La fundición en arena es el proceso más utilizado, la producción por medio de este método
representa la mayor parte del tonelaje total de fundición. Casi todas las aleaciones pueden fundirse en arena;
de hecho, es uno de los pocos procesos que pueden usarse para metales con altas temperaturas de fusión,
como son el acero, el níquel y el titanio. Su versatilidad permite fundir partes muy pequeñas o muy grandes y
en cantidades de producción que van de una pieza a millones de éstas. La fundición en arena consiste en
vaciar el metal fundido a un molde de arena, dejarlo solidificar y romper después el molde para remover la
fundición. Posteriormente la fundición pasa por un proceso de limpieza e inspección, pero en ocasiones
requiere un tratamiento térmico para mejorar sus propiedades metalúrgicas.
MOLDEO
Tecnicas de moldeo
En esta breve descripción se puede observar que la fundición en arena no solamente incluye operaciones de
fundición, sino también la fabricación de modelos y manufactura de moldes. La secuencia se muestra en la
figura.
Pasos en la secuencia de producción de la fundición en arena.
MOLDEO
Tecnicas de moldeo
El molde es una cavidad que tiene la forma geométrica de la pieza que se va fundir. La arena de fundición es
sílice (Si02) o sílice mezclada con otros minerales. Esta arena debe tener buenas propiedades refractarias,
expresadas como la capacidad de resistir altas temperaturas sin fundirse o degradarse. Otras características
importantes son: el tamaño del grano, la distribución de tamaños del grano en la mezcla y la forma de los
granos. Los granos pequeños proporcionan mejor acabado superficial en la fundición, pero los granos
grandes son más permeables, para que los gases escapen durante el vaciado. Los moldes hechos de granos
irregulares tienden a ser más fuertes que los moldes de granos redondos debido al entrelazado de los granos,
pero esto tiende a restringir la permeabilidad.
En la fabricación del molde, los granos de arena se aglutinan por medio de una mezcla de agua y arcilla. La
proporción típica (en volumen) es 90% de arena, 3% de agua y 7% de arcilla. Se pueden usar otros agentes
aglutinantes en lugar de la arcilla, como resinas orgánicas (por ejemplo resinas fenólicas) y aglutinantes
inorgánicos (por ejemplo, silicato y fosfato de sodio). Algunas veces se añaden a la mezcla de arena y
aglutinante ciertos aditivos para mejorar las propiedades del molde como la resistencia y permeabilidad.
En el método tradicional para formar la cavidad del molde se compacta la arena alrededor del modelo en la
parte superior e inferior de un recipiente llamado caja de moldeo. El proceso de empaque se realiza por varios
métodos. El más simple es el apisonado a mano realizado manualmente por un operario. Además, se han
desarrollado varias máquinas para mecanizar el procedimiento de empacado, las cuales operan por medio de
los siguientes mecanismos:
MOLDEO
Tecnicas de moldeo
1) Compactación de la arena alrededor del patrón o modelo mediante presión neumática.
2) Acción de sacudimiento, dejando caer repetidamente la arena contenida en la caja junto al modelo, a fin
de compactarla.
3) Lanzamiento, haciendo que los granos de arena se impacten contra el patrón a alta velocidad.
Una alternativa a las cajas tradicionales para moldes de arena es el moldeo sin caja, que consiste en el uso de
una caja maestra en un sistema mecanizado de producción de moldes. Cada molde de arena se
produce usando la misma caja maestra. Se estima que la producción por este método automatizado
puede ascender hasta seiscientos moldes por hora.
Se usan varios indicadores para determinar la calidad de la arena para el molde:
1) Resistencia, capacidad del molde para mantener su forma y soportar la erosión causada por el flujo del
metal líquido, depende del tamaño del grano, las propiedades del aglutinante y otros factores.
2) Permeabilidad, capacidad del molde para permitir que el aire caliente y los gases de fundición pasen a
través de los poros de la arena.
3) Estabilidad térmica, capacidad de la arena en la superficie de la cavidad del molde para resistir el
agrietamiento y encorvamiento en contacto con el metal fundido.
MOLDEO
Tecnicas de moldeo
5) Reutilización, ¿puede reciclarse la arena del molde roto para hacer otros moldes?. Estas medidas son
algunas veces incompatibles, por ejemplo, un molde con una gran resistencia tiene menos capacidad
de contracción.
6) Retractibilidad, capacidad del molde para dejar que la fundición se contraiga sin agrietarse; también
se refiere a la capacidad de remover la arena de la fundición durante su limpieza.
Los moldes de arena se clasifican frecuentemente como arena verde, arena seca o de capa seca.
Moldes de arena verde: se hacen de una mezcla de arena, arcilla y agua, el término "verde“ se refiere al
hecho de que el molde contiene humedad al momento del vaciado. Los moldes de arena verde tienen
suficiente resistencia en la mayoría de sus aplicaciones, así como buena retractibilidad, permeabilidad
y reutilización, también son los menos costosos. Por consiguiente, son los más ampliamente usados,
aunque también tienen sus desventajas. La humedad en la arena puede causar defectos en algunas
fundiciones, dependiendo del metal y de la forma geométrica de la pieza.
MOLDEO
Tecnicas de moldeo
Evita el ataque químico y térmico del metal
Compensa los fenómenos de dilatación
Facilita el desmoldeo
Plasticidad
Cohesión
Resistencia
Refractariedad
Permeabilidad
Reproducción de detalles1.- La arena
2.- Bentonita
3.- Humedad
4.- Carbón marino
MOLDEO
Tecnicas de moldeo
Molde de arena seca: se fabrica con aglomerantes orgánicos en lugar de arcilla. El molde se cuece en una
estufa grande a temperaturas que fluctúan entre 204 ºC y 316 ºC. El cocido en estufa refuerza el molde y
endurece la superficie de la cavidad. El molde de arena seca proporciona un mejor control dimensional en la
fundición que los moldes de arena verde. Sin embargo, el molde de arena seca es más costoso y la velocidad
de producción es reducida debido al tiempo de secado. Sus aplicaciones se limitan generalmente a
fundiciones de tamaño medio y grande y en velocidades de producción bajas. En los moldes de capa seca, la
superficie de la cavidad de un molde de arena verde se seca a una profundidad entre 10 mm y 25 mm,
usando sopletes, lámparas de calentamiento u otros medios, aprovechando parcialmente las ventajas del
molde de arena seca. Se pueden añadir materiales adhesivos especiales a la mezcla de arena para reforzar
la superficie de la cavidad.
La clasificación precedente de moldes se refiere al uso de aglutinantes convencionales, ya sea agua, arcilla u
otros que requieren del calentamiento para curar. Se han desarrollado también moldes aglutinados,
químicamente diferentes de cualquiera de los aglutinantes tradicionales. Algunos de estos materiales
aglutinantes, utilizados en sistemas que no requieren cocimiento, incluyen las resinas furánicas (que consisten
en alcohol furfural, urea y formaldehído), las fenólicas y los aceites alquídicos.
La popularidad de los moldes que no requieren cocimiento está creciendo debido a su buen control
dimensional en aplicaciones de alta producción.
MOLDEO
Tecnicas de moldeo
La arena sílica (SiO2) 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
metales 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°/o 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.
ARENAS
Tecnicas de moldeo
Las arenas son un material fino producido natural o artificialmente por la descomposición o desintegración de
las rocas. Las arenas están compuestas por granos de materia mineral tal como la sílice, cromita, zirconio y
olivina principalmente. Su tamaño se clasifica en un rango de 0.05 mm a 2.0 mm de diámetro. La siguiente
figura muestra un esquema de cómo se van produciendo las arenas naturalmente.
ARENAS
Tecnicas de moldeo
Las arenas se producen por cambios bruscos de temperaturas, por la fricción, por el movimiento con el aire,
por efectos de la lluvia, es decir por la humedad, por el calor del sol, etc. Es entonces que las arenas se
producen debido a los diferentes factores ambientales.
Las arenas sintéticas son arenas lavadas y tamizadas para dar un tamaño y granulometría adecuada y que se
aglomeran generalmente, con un 3 a 5 % del material arcilloso determinado, teniendo una humedad del 3 al 4
% suficiente para desarrollar buenas propiedades de moldeo.
Entre las ventajas de su uso tenemos:
•Puede elegirse el tamaño según el tipo de piezas que se vayan a fabricar
•Posee una refractariedad muy alta, puesto que se mezclan con contenidos bajos de arcilla
•No contiene feldespatos, carbonatos y otras sales como impurezas
ARENAS
Tecnicas de moldeo
Ciclo de tratamiento de una arena
EXPLOTACIÓN
LAVADO SEPARACIÓN DE TAMAÑOS
SECADO
SEPARACION DE TAMAÑOS
ENFRIADO
TRANSPORTE
A continuación se muestra un diagrama esquematico del procesamiento de arenas sintéticas.
ARENAS
Tecnicas de moldeo
1.- Explotación . Se refiere a la extracción de la arena del depósito donde se encuentra. Las arenas de mar
también se pueden utilizar y son de granos redondos, pero son muy permeables, y hay que realizarles una
prueba de ácido ya que muchas veces tiene cantidades prohibitivas de carbonato de calcio.
ARENAS
Tecnicas de moldeo
2.- Lavado de la arena. Este lavado se realiza para quitar impurezas y para eliminar parte de la cantidad de
finos como por ejemplo la arcilla, de esta manera se controla el contenido de arcilla a diferencia de una arena
natural.
ARENAS
Tecnicas de moldeo
3.- Separación de tamaños . Se realiza Mediante un separador de tamaños vía húmeda, se logra obtener el
tamaño de grano adecuado y requerido por la fundición cliente. Esto se hace mediante cribas o equipos
especiales ( mesas separadoras)
ARENAS
Tecnicas de moldeo
4.- Secado de la arena. Después de hacer la separación de tamaños la arena se somete a un proceso de
secado mediante aire o temperatura para eliminar toda el agua que se le agrego a la arena en el lavado.
ARENAS
Tecnicas de moldeo
5.- Separación de tamaños. También se realiza Mediante un separador de tamaños pero ahora vía seca, se
logra obtener la granulometría deseada por el cliente. Se trata de concentrar la arena en un rango adecuado de
tamaños para obtener las mejores propiedades de la arena.
ARENAS
Tecnicas de moldeo
6.- Enfriado. Después de que la arena se obtuvó, se lavó y se hizó la separación de tamaños esta es enfriada
ya que fue secada bajo aplicación de temperatura.
7.- Transporte. Después de todo el tratamiento la arena es transportada hacia la fundición, el transporte puede
ser mediante camiones de carga, mediante trailers pesados y bien vía ferrocarril que es la manera más
eficiente de transportarla. Algunas veces se puede transportar vía ducto pero mezclada con agua, es así que
en este caso al llegar a la fundición debe ser secada, es decir se extrae, se lava, se hace la separación de
tamaños, y se transporta y ya en la fundición se seca y se enfría.
ARENAS
Tecnicas de moldeo
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.
Entre los tipos de arenas usados tenemos los siguientes:
Sílice: La sílice es el material sólido más abundante en la naturaleza y es excedido sólo por el oxígeno. La
sílice combinada con el oxígeno forma el óxido de sílice (SiO2), el cual se presenta en la naturaleza en
diferentes formas, la arena silica es la más común. La sílice anhídrida existe entres formas cristalinas, cada
una de ellas se comporta en varias formas alotrópicas puesto que no son estables térmicamente.
Olivina: La olivina es una roca natural constituida por una solución sólida de fayolita FeO2 y SiO4 en la
forsterita ( ortosilicato de magnesio) Mg2SiO4. El contenido de fayolita es variable y condiciona su
refractariedad. Convenientemente triturada, la olivina posee un material utilizado como arena de moldeo,
utilizada sobre todo para los aceros al manganeso. Es conveniente señalar que se pueden hacer cucharas de
colada con olivina y silicato de sodio, endurecidos con dióxido de carbono.
ARENAS
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Zirconio: Silicato natural de zirconia Zr SiO4 conteniendo de 61 a 67% de ZrO2 y 33 a 35 % SiO2 . Por efecto
del calor se disocia a 1800°C y a 2300°C, la volatilización de la sílice es importante lo que limita su empleo
como refractario. Tiene una conductividad térmica superior a la sílice, en general se aglomera con la
bentonita y debido a su índice de finura de 120 a 140 da piezas de buen aspecto sin costras, ni rugosidades,
esta arena es de costo elevado.
Chamota: Es el silicato de Aluminio, es un producto artificial obtenido por cocimiento durante 4 a 6 días a una
temperatura de 500°C, es un ladrillo aglomerado con 65% de sílice y 35 % de aluminio con un poco de agua.
Después del cocimiento los ladrillos se trituran y se tamizan. Su uso es casi exclusivo para los aceros.
Mullita: Es el Silicato de aluminio, SiO2 Al2O3, funde a 181°C, es un constituyente refractario muy rígido y
resistente en caliente.
Cromita: Se trata de un mineral de cromo transformado por adición de MgO y Al2O3, de composición inicial
FeO-Cr2O3 con 68 % de cromo aproximadamente.
ARENAS
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Tipos de arenas
ARENAS
Tecnicas de moldeo
Forma de grano.Redondas: La forma de grano de la arena influye en la superficie específica de ésta. Es un hecho
comprobado que el cuerpo geométrico que tiene mayor volumen y menor superficie es la esfera. Como
consecuencia de ello cualquier otra forma diferente de las esferas tendrá mayor superficie.
Indice de angularidad para la arena redonda 1.25
Indice de angularidad para la arena angular 1.65
En cuanto al comportamiento al choque térmico de las arenas de diferentes formas de grano, se debe a su
forma natural de acomodarse. En las arenas redondas, el número de contacto entre sus granos transmiten mas
fácilmente el movimiento de expansión por la acción del calor.
El tamaño y la forma de los granos de arena son consideraciones importantes en el acomodo de los granos.
Los granos de arena mostrados en la siguiente figura son todos perfectamente redondos. De esta manera es
fácil conseguir una densidad o compactación porque los granos de arena están muy juntos unos a otros, se
necesita poco golpeteo para lograr una masa compacta de la mezcla de arena y como los granos son
redondos y están tan apretados entre sí no se podrán mover sin desplazarse unos a otros al momento de
calentarlos. Es entonces que esta condición no es ideal desde el punto de vista de la expansión.
ARENAS
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Forma esquemática de como aumenta la superficie de una arena de grano redondo cuando se fracturan sus
granos.
1.- Grano original.2.- Nuevas superficies al fracturarse un grano en dos partes.
3.- Nuevas superficies al fracturarse el grano en cuatro partes.
ARENAS
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En general el grano redondo proporciona mayor permeabilidad cuando se apisonan y tienen menor área de
contacto entre grano y grano. Como resultado presentan las siguientes características:
Proporciona las mejores propiedades físicas para un nivel de aglutinante dado.
Tienen menos superficie.
Fácil de hornear.
Requieren de menos cantidad de aglomerante.
Tiene mayor fluidez.
Son fáciles de recubrir.
Requieren menos tiempo de mezclado.
Presentan bajas resistencias al choque térmico.
Tienen mayores permeabilidades.
ARENAS
Tecnicas de moldeo
Si, por otra parte, los granos son mixtos en cuanto a forma y tamaño, como se observa en la siguiente figura,
es difícil lograr un buen grado de acomodo ya que los granos pequeños llenarán los espacios que quedan entre
los granos más grandes. En este caso hay lugar para el movimiento de los granos durante la expansión sin que
estos desplacen los granos adyacentes.
En la siguiente figura los granos son de forma angular y no redonda, aunque es difícil conseguir un buen
acomodo con granos angulares no tendremos problemas de expansión. De manera que un molde hecho con
arena con granos uniformes muestra más esfuerzo por expansión que con granos mixtos o angulares.
.
ARENAS
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Arenas de grano angular: Las arenas de grano angular tienen superficies planas en forma de cuñas agudas.
Proporcionan menor permeabilidad.
Con frecuencia ofrecen alta resistencia en verde.
Requieren grandes cantidades de aglutinante.
Los contactos entre grano y grano son uniformes.
Los granos no se recubren uniformemente.
Tienen mayor superficie a recubrir.
Tienen menos fluidez.
Presentan una alta resistencia al choque térmico.
Tienen menor soplabilidad.
Requieren mayor tiempo de mezclado.
Las arenas tienen baja densidad.
Los granos son fáciles de fracturar y generan gran cantidad de finos.
Granos de arena sub angular
ARENAS
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La arena más utilizada es la arena sílica, esta es relativamente pura, ya que contiene aproximadamente 98 %
de sílice debido a esto debe su nombre, y es el principalmente constituyente de la mezcla para
corazones y la mezcla para moldeo. Las características que debe tener una arena son :
1. Que sea de alta dureza
2. Resistente a la abrasión
3. De variedad de tamaño
4. Resistente a altas temperaturas
5. Resistente a la escoria ácida
6. Que sea de baja densidad
7. Que sea de baja estabilidad térmica
8. Explotada fácilmente
9. Dura en una variedad de tamaño
10. Barata y Abundante
Actualmente, existen diferentes tipos de arenas las cuales aportan propiedades distintas a una mezcla de
moldeo.
ARENAS
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Parámetro Silice ( SiO2) Olivina 2(MgFe)O Zirconio (ZrSiO4)Disponibilidad Muy abundante Limitada Muy limitadaCosto Bajo Mediano AltoEstabilidad Buena Buena ExcelenteDilatación Elevada Mediana BajaConductividad Térmica Débil Débil ElevadaPunto de Fusión 1710 1870 2650
En la siguiente tabla se muestran algunas de las propiedades mas importantes de las arenas más utilizadas en
la industria de la fundición :
ARENAS
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Granulometría: El tamaño de grano y la distribución del grano son algunas características de la arena que son
determinadas utilizando cribas con aberturas de diversos tamaños. La arena es sacudida a través de una serie
de 6 a 8 cribas, los granos pasan a través de las aberturas mayores que el. El tamaño es usualmente
expresado como el numero de abertura por pulgada lineal.
Ejemplo: Una criba de malla 40 tiene 40 aberturas por pulgada y dejara pasar cualquier partícula que sea
inferior a 1/40 reteniendo las de mayor tamaño. A mayor numero de malla, menor es la abertura y el tamaño
de grano.
Mallas :
1 plg
1 plg.
0.15 mm
Mallas :Mallas :
1 plg
1 plg.
0.15 mm
ARENAS
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Mallas :
MALLA ABERTURA DEMALLA
12 1.68 mm20 0.84 mm30 0.54 mm40 0.42 mm50 0.30 mm70 0.21 mm
100 0.15 mm140 0.11 mm200 0.07 mm270 0.05 mm
1 plg.Mallas :
MALLA ABERTURA DEMALLA
12 1.68 mm20 0.84 mm30 0.54 mm40 0.42 mm
Mallas :
MALLA ABERTURA DEMALLA
12 1.68 mm20 0.84 mm30 0.54 mm40 0.42 mm50 0.30 mm70 0.21 mm
100 0.15 mm140 0.11 mm200 0.07 mm270 0.05 mm
50 0.30 mm70 0.21 mm
100 0.15 mm140 0.11 mm200 0.07 mm270 0.05 mm
1 plg.
0.005.00
10.0015.0020.0025.0030.0035.0040.00
12 20 30 40 50 70 100 140 200 270 F
ARENAS
Tecnicas de moldeo
Calidad de la arena: Para determinar la calidad de la arena de fundición se hacen necesarias algunas
pruebas periódicas. Las propiedades de la arena pueden verse afectadas por contaminación con materiales
extraños, por la acción de lavado en el recocido, por el cambio gradual y la distribución de los tamaños de
grano, o por la continua exposición a altas temperaturas. Las pruebas pueden ser químicas o mecánicas, pero
aparte de la determinación de los elementos indeseables en la arena, las pruebas químicas son de poco uso.
La mayoría de las pruebas mecánicas son simples y no requieren equipo elaborado. Varias de las pruebas
están diseñadas para determinar las siguientes propiedades de la arena de moldeo.
Permeabilidad. La porosidad de la arena que permite el escape de los gases y vapores formados en el
molde.
Resistencia. La arena debe ser cohesiva hasta el grado de que tenga suficiente ligazón, tanto el contenido
de agua como el de arcilla afectan la propiedad de la cohesión.
Refractariedad. La arena debe resistir las altas temperaturas, sin fundirse.
Tamaño y forma de grano. La arena debe tener un tamaño de grano dependiente de la superficie que se
trate de producción, y los granos deben de ser irregulares hasta tal grado que mantengan suficiente resistencia
a la cohesión.
ARENAS
Tecnicas de moldeo
EQUIPO Y PRUEBAS DE LABORATORIO
La finalidad del uso del laboratorio de arenas es la de controlar todos los procedimientos del sistema de
arenas, llevando a cabo una serie de registros del comportamiento de los materiales utilizados, así como la
frecuencia del muestreo requerido para garantizar los resultados finales principalmente en cuanto a las
propiedades exigidas a la arena de moldeo. Lo anterior hace patente la necesidad de lograr la mejor
combinación de propiedades y mantenerla. Esto constituye el control de arenas de moldeo y la mejor
herramienta de éste son los ensayos de arenas, que permiten conocer la condición que tiene cada mezcla.
Ensayos de constitución Ensayos de características Ensayos de propiedades
1.- Determinación del contenido de humedad.
2.- Determinación del contenido de arcilla.
a.- Arcilla A.F.S.
b.- Arcilla activa.
3.- Determinación del contenido de materiales volátiles.
1.- Indice de finura.
2.- Distribución.
3.- Formas de grano.
4.- Densidad.
1.- Permeabilidad.
2.- Resistencia a la compresión.
3.- Resistencia al corte.
4.- Compactabilidad.
5.- Fluidez.
6.- Moldeabilidad.
7.- Dureza.
8.- Indice de Shatter.
9.- Puntos de fusión.
10.- Estructura de grano.
11.- Demanda de ácido.
Tecnicas de moldeo
Prueba de dureza de moldes. Para determinar la dureza de los moldes, se procede bajo el principio de que la
profundidad de una bola de acero en la arena, es su medida de la dureza o estabilidad. Una bola de acero de
5.08 mm en diámetro bajo la presión de un resorte (2.3 N) se oprime contra la superficie del molde y la
profundidad de penetración se indica en la carátula en milímetros. Los moldes con un apisonado medio dan un
valor alrededor de 75.
Prueba de finura. Esta prueba es para determinar el porcentaje de distribución del tamaño de grano en la
arena, se realiza en una muestra de arena seca de la cual se extrae toda la sustancia de arcilla. Una serie de
tamices normales para pruebas son usadas con mallas, 6, 12, 20, 30, 40, 50, 70, 100, 140, 200 y 270
correspondientes a la especificación de la A.F.S. Estos tamices se apilan y colocan en uno de los muchos tipos
de agitadores movidos a motor. La arena se coloca en el tamiz más ralo de la parte superior y después de 15
min de vibración el peso de la arena retenido en cada malla se convierte a un porcentaje base. Para obtener el
número de finura AFA cada porcentaje se multiplica por un factor dado, como se muestra en el ejemplo
siguiente. El número de finura se obtiene sumando los productos resultantes y dividiendo el total por el
porcentaje de arena retenida.
Este número es muy útil al comparar las diferentes arenas usadas en la fundición
EQUIPO Y PRUEBAS DE LABORATORIO
Tecnicas de moldeo
Contenido de humedad. El contenido de humedad de una arena de moldeo, varia de acuerdo con el tipo de
molde que se ha de hacer y la clase de metal que se va ha vaciar. Para una condición dada hay un rango
dentro del cual deberá mantenerse el porcentaje de humedad con objeto de obtener resultados satisfactorios.
El método más preciso para la determinación de la humedad en las arenas de moldeo es el de secar la arena y
anotar su peso antes y después del secado. El indicador de humedad contiene unidades
calefactoras_eléctricas y un ventilador para forzar el aire caliente a través del platillo que contiene la muestra
de arena. Pesando la arena después de que ha secado y notando la diferencia entre las lecturas inicial y final
se puede determinar el porcentaje de humedad. El contenido de humedad debe variar de 2 a 8%, dependiendo
del tipo de moldeo que se haga. El ensayo puede realizarse de dos formas.
(a) Por secado, que consiste en secar una muestra de 50 gramos de arena en una estufa a 100 C, después de
lo cual, se vuelve a pesar y el % de humedad se calcula por la diferencia de peso.
% humedad = (peso inicial-peso final) / peso inicial
(b) Método de carburo de calcio, en el cual una muestra de 5 gramos de arena se hace reaccionar con
carburo de calcio dentro de un recipiente cerrado (hidrómetro). La reacción genera gas acetileno, por lo que al
aumentar el volumen interior, aumenta la presión, que es proporcional a la cantidad de agua (que es la que
reacciona). El aparato tiene un manómetro (medidor de presión) con la escala modificada para dar una lectura
directamente en % de humedad.
EQUIPO Y PRUEBAS DE LABORATORIO
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Prueba de humedad Resultado de humedad
EQUIPO Y PRUEBAS DE LABORATORIO
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Contenido de arcilla. El equipo necesario para determinar el porcentaje de arcilla en la arena de moldeo
consiste en un horno quemador, una balanza y pesos y un lavador de arena. Se seca una cantidad de arena y
luego se agrega una solución base sosa cáustica. En seguida se mezcla durante un tiempo, y la solución
cáustica absorbe a la arcilla mediante un sifón al exterior. Este proceso se repite tres veces. La muestra de
arena se seca, después se pesa, y se compara con la muestra original seca y luego se determinan las pérdidas
de arcilla.
(a) Arcilla A.F.S. Se entiende por Arcilla A.F.S., La suma de todos los finos presentes en la arena, los que
incluyen: arcilla activa, arcilla quemada, carbón, finos de la arena, etc.
El ensayo se realiza lavando una muestra de 50 gramos de arena seca, después de lo cual se vuelve a secar y
pesar y por diferencia de peso, se calcula el % de arcilla A.F.S. El lavado se logra por agitación sucesiva, de la
muestra en un vaso con agua y eliminando por decantación los finos que quedan en suspensión en el agua.
(b) Arcilla activa.-Esta es la arcilla que sí trabaja como aglutinante en la arena. Este ensayo se basa con la
propiedad que tiene la bentonita activa de absorber una sustancia conocida como azul de metileno. La cantidad
de azul de metileno que absorbe la bentonita de una arena determinada, se relaciona contra una gráfica
obtenida de una muestra patrón.
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Prueba de contenido de arcilla
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Permeabilidad: Una de las cualidades esenciales de la arena de moldeo, es la permeabilidad suficiente
para permitir el escape de los gases generados por el metal caliente depende de varios factores, incluyendo la
forma de los granos de arena, su finura, su grado de compactación, contenido de humedad, y de la calidad de
aglutinante presente. La permeabilidad se mide por la cantidad de aire que pasa a través de una muestra dada
de arena en un tiempo prescrito y bajo condiciones normales. Las arenas de grano grueso son naturalmente
más permeables pero cuando la arena de grano grueso se añade a la de grano fino, primero disminuye la
permeabilidad y después aumenta. La permeabilidad aumenta con el contenido de humedad, hasta
aproximadamente 5% de humedad.
Esta es la habilidad de la arena para dejar los gases del molde a través de ella.Para este ensayo se
requiere de una fabricación de probeta cilíndrica de arena aglutinada compactada de 2” de diámetro por 2” de
altura (ó 50 x 50 mm.).
a).- Fabricación de la probeta.-Se realiza en una prensa especial, que cuenta con cilindro de 2” de
diámetro interior y un apisonador para compactar para compactar la arena. La probeta se fabrica dejando caer
desde una altura determinada una carga (6.35kG.), tres veces consecutivas. La altura de la probeta se logra
poniendo en el cilindro la cantidad justa de arena, lo cual se determina por experimentación.
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B).- Ensayo de permeabilidad.- Se realiza haciendo pasar a través de la probeta un volumen de aire (2000
c.c.), el cual pasa por un orificio de 0.5 ó 1.5 mm. De diámetro.Midiendo el tiempo (t) que tarda en pasar el
volumen (V) de aire, el área transversal (A) de la probeta, su altura (h) y la presión (p) generada, se puede
calcular la permeabilidad por la fórmula:
V= cm3 = 2000
h= cm = 5.08
p= Grs/cm3
a= cm2 =20.27
t=min.
Los parámetros actuales, dan lecturas directas de permeabilidad.
V.hP= p.a.t
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Fabricador de probetas para permeabilidad Permeametro
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Resistencia. Se han desarrollado varias pruebas de resistencia para probar la fuerza de agarre de varios
materiales aglomerantes en la arena en verde y en arena seca. Las pruebas de compresión son las más
comunes, aunque algunas veces se hacen pruebas de tensión, corte y algunas veces pruebas en sentido
transversal. ElI procedimiento varía de acuerdo al tipo de equipo utilizado, pero, en general, las pruebas son
similares a las hechas por otros materiales. La naturaleza frágil de la arena requiere una consideración especial
al manejar y someter a carga un espécimen de prueba.
La máquina universal para pruebas somete a cargas al espécimen previamente hecho de 50 mm de longitud,
50 mm de diámetro mediante un péndulo de peso muerto movido a motor, que tiene una velocidad uniforme de
carga. Está prevista con dispositivos para probar la resistencia a la tensión y compresión de las arenas de
moldeo o de los corazones así como sus características de resistencia y deformación.
Este ensayo se realiza aplicando una fuerza contra la superficie transversal de una probeta de 2” x 2” hasta
que se rompe. Dividiendo la carga aplicada para romper la probeta entre el área transversal de la probeta se
obtiene la resistencia a la compresión (kg/cm2 o Lb/pulg2).
Existe dos tipos de máquinas para realizar el ensayo, una de cargas variables y otra de carga constante, en las
cuales las fuerzas se hacen variar, al variar el ángulo de aplicación de la carga. En la maquina de carga
variable, éste se incrementa hasta que se logra la rotura de la probeta.
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Máquina de medición de resistencia a la compresión
Lectura de resistencia compresión
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Compactabilidad. Esta propiedad de la arenas da una indicación del grado de acomodamiento de las arenas
y/o de los requerimientos de humedad de la misma . El ensayo de compactabilidad determina el % de
descenso en altura de una masa de arena bajo la influencia de compactación. Existen aparatos especiales
para efectuar la prueba, aunque el método simple es con la misma prensa utilizada para la fabricación de
probetas. Para el ensayo, se llena el cilindro de 120 mm. De altura con la arena cribada en una malla de ¼”,
se compacta mediante tres golpes de apisonador.
Secuencia de la prueba de compactabilidad
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Equipo para el acondicionamiento de la arena. Propiamente la arena bien acondicionada es un factor
importante en la obtención de una buena pieza fundida. Las arenas nuevas así como las usadas preparadas
adecuadamente, contienen los siguientes resultados:
El aglutinante está distribuido más uniformemente en los granos de arena.
El contenido de humedad está controlado y además las superficies particulares están humedecidas.
Las partículas extrañas son eliminadas de la arena.
La arena se ventila de tal manera que no se compacta y esté en condicionen propias para el moldeo.
La arena es enfriada a la temperatura próxima a la de una habitación.
Por razón de que acondicionar la arena a mano es difícil, la mayoría de las fundiciones tienen equipo
apropiado para esta operación. El mezclador para la preparación de la arena tiene dos rodillos en los cuales
está montado una combinación de rastras y muelas trituradoras impulsadas por medio de una flecha vertical.
Las dos muelas trituradoras están dispuestas de tal manera que la arena puede ser procesada en forma
continua. Las muelas trituradoras proporcionan una acción intensa de frotamiento y amasado. El resultado es
una distribución a través de los granos de arena con el material aglutinado. La arena en verde y la de
corazones, ambas pueden ser preparadas de esta manera.
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Después el metal en el molde se solidifica y es sacudido afuera de la línea de transportadores de rodillos,
posteriormente la arena cae a través de una parrilla sobre una banda transportadora como se muestra en la
figura.
Diagrama esquemático y fotografía de un molino mezclador de arenas
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Condiciones de operación de un molino mezclador de arenas.
Altura de compuerta de entrada variable: máximo 8”
4 Velocidad del molino: 70 Ton/hr. Máximo
4 Velocidad del gusano alimentador de aditivos: ajustable a resultados de laboratorio
4 Relación de aditivos: Bentonita 65% +- 5%
Carbón marino 35% +- 5%
4 Altura de separación entre las ruedas y el piso: 3 1/2” + o - 1/8”
4 Altura de separación entre las cuchillas y el piso: 1/16” a 1/8”
4 Altura de compuerta de salida: 9” + o - 1/8”
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Tecnicas de moldeo
4
3
2 1
AguaGusano
Entrada de aditivos
Entrada de arena
Descarga de arena
Rodillos
Cuchillas
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Mezclas. Parte del control de una mezcla de arena de moldeo incluye mezclar el aglutinante de arcilla con
los granos de arena. El mezclado permite que la arcilla se combine con los finos y el agua para formar el
aglutinante de arcilla, la mezcla también es necesaria para desarrollar la plasticidad del aglutinante.
El tiempo de mezclado depende del diseño y de la condición del molino. También depende de la cantidad
de aglutinante que se va a distribuir. Entre más aglutinante se agregue, más tiempo se necesitará en el ciclo
de mezclado.
Una arena nueva libre de arcilla necesitará de más aglutinante que una mezcla que consista en su mayor
parte de arena de retorno que ya ha sido mezclada anteriormente. Así que esta arena nueva que requiere que
se le añada más aglutinante también necesitará un ciclo de mezclado más largo.
Una arena que no ha sido bien mezclada no tendrá las características que normalmente se esperarían por
la distribución de granos y el volumen de arcilla en la mezcla. Por ejemplo una arena mal mezclada
probablemente tendrá menor permeabilidad y menor resistencia. Esta arena no será estable bajo condiciones
de calor y tendrá tendencia a agrietarse debido a las fuerzas de expansión.
En algunos casos se puede sobremezclar una arena, el sobremezclado desarrollará la resistencia máxima del
aglutinante de arcilla. Esto tiende a darle al aglutinate demasiada cohesión y la arena se resistirá a la
compactación. Esto significa que la capacidad de la arena a ser compactada será reducida, y por lo tanto una
arena sobremezclada tendrá una menor fluidez.
MEZCLAS DE ARENA
Tecnicas de moldeo
Este transportador lleva la arena usada a un transportador de una banda pequeña equipado con un separador
magnético. La arena es entonces descargada sobre un cubo elevado, desde la cual es pasada a través de una
tolva cerrada que la revuelve y luego se almacena. Estas tolvas están intencionalmente cerca de uno o más
molinos y acondicionadores para reuso de la arena. Desde aquí son descargados totalmente en
transportadores de banda a través de un areador que separa los granos de arena y les proporciona su cuidado
para el moldeo. Este ciclo se completa cuando la arena se descarga en grandes tolvas que sirven a la estación
de moldeo, donde se hacen los moldes y se vacían.
Banda Transportadora
MEZCLAS DE ARENA
Tecnicas de moldeo
Equipo mecanico de moldeo. En los talleres modernos de fundición, de gran producción y producción en serie,
para la elaboración de los moldes y machos se sustituyen los métodos manuales de moldeo por el
moldeo a máquina o mecánico. Sus ventajas sobre el manual son las siguientes:
1) No necesita personal especializado
2) Se pueden obtener piezas con espesores muy pequeños
3) Los moldes adquieren una compacidad más uniforme y una resistencia más alta, con lo cual las piezas
quedan mejor acabadas
4) Se facilita la operación de desmoldeo sin deteriorar el molde, ahorrando los gastos de reparación
5) Se disminuye el número de piezas defectuosas y se mejora la calidad.
En la elaboración de los moldes a máquina, el elemento fundamental es la placa modelo y el molde se realiza
en dos cajas. La introducción de la máquina de moldear en los talleres de fundición ha supuesto un gran
avance, al sustituir los métodos artesanos por procesos de mecanizado.
Las máquinas pueden eliminar mucho del trabajo de moldeo, produciendo al mismo tiempo mejores moldes. Las
máquinas de moldeo varían considerablemente en diseño y métodos de trabajo y se denominan de
acuerdo con la forma en que se realice el trabajo de apisonado.
EQUIPO MECÁNICO DE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
La máquinas de moldear realizan parcial o totalmente el ciclo de operaciones descrito en el moldeo a mano. Las
primeras que se construyeron sólo extraían el modelo (máquinas de desmodelar) evitando el deterioro y
reparación del molde. Posteriormente, para disminuir la fatiga de los operarios y aumentar la productividad se
sustituyó el atacado a mano por el mecánico y se construyeron las máquinas de moldear.
Principios de la máquina de moldeo
En la figura se ilustra por medio del diagrama los principios usados para apisonar la arena. El sombreado indica
la densidad o uniformidad de la arena apisonada en cada proceso. Las máquinas que utilizan este principio se
describen a continuación
EQUIPO MECÁNICO DE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
En la actualidad, se ha llegado a un grado de perfeccionamiento tal que, con máquinas automáticas se dosifica
y carga la arena, se retira el modelo y, por último se cierran las cajas y se les deja listas para la colada. El
apisonado de la arena se puede conseguir por presión, por sacudidas y por proyección.
Máquina de percusión o vibración. La máquina de moldeo simple por percusión está equipada con pernos
ajustables para permitir el uso de diferentes tamaños de cajas dentro de la capacidad de la máquina. Los
moldes con pesos arriba de 6000 kg se pueden hacer en máquinas grandes. En la operación de esta máquina,
la tabla es llenada a una corta distancia por salidas de aire a presión y luego es sacudida. Esta acción causa
que la arena se empaque sólo alrededor del modelo y en la línea de separación, variando de acuerdo con la
altura de la caída o la profundidad de la arena en la caja. El apisonado uniforme en torno del modelo suministra
mayor resistencia al molde y reduce la posibilidad de protuberancias, costras o derrumbes. Las piezas
producidas bajo estas condiciones varían ligeramente en tamaño o peso. Los pernos elevadores en la máquina
se ajustan a la caja y la elevan de la placa de coincidencia después de que el molde ha sido terminado. Las
máquinas de moldeo por percusión, obviamente manejan una parte de la caja cada vez, adaptándose
especialmente para trabajos de gran tamaño.
EQUIPO MECÁNICO DE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
Otro enfoque de estas máquinas es que se emplean para comprimir la arena en las cajas altas, donde se
apisona junto a la placa modelo por inercia, dejando caer desde cierta altura la platina de la máquina junto con
la caja llena de arena hasta que choca contra el yunque de la máquina. Al producirse el choque, se anula la
energía cinética de la arena y, por inercia, se va comprimiendo en la caja. El grado de apisonado que se
consigue depende de la altura de caída y del número de sacudidas o golpes. El recorrido de la platina. en las
máquinas modernas oscila de 30 a 100 mm y el número de golpes por minuto de 10 a 300.
Por este procedimiento se obtiene un grado de apisonado irregular; alcanza el valor máximo en la capa de
arena que rodea al modelo (en ella actúa la fuerza de inercia de toda la masa situada por encima) y va
disminuyendo a medida que nos alejamos de él. Estas máquinas son las más rápidas y permiten el apisonado
simultáneo de varias cajas en muy poco tiempo.
EQUIPO MECÁNICO DE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
EQUIPO MECÁNICO DE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
Máquinas de Prensado. Constan de una platina o tablero sobre la que se fija la placa modelo. Encima de ella
se sitúa la caja de moldeo y sobre ésta el marco de realzado o relleno. La caja y el marco se llenan de arena
de moldeo y se comprime. Posteriormente, se retira el plato, el marco de realzado y se efectúa el desmoldeo.
El grado de compresión de la arena debe ser el necesario para que no se desmorone al retirar el modelo, ni se
produzcan deformaciones durante la colada. Un grado de compresión excesivo reduce la permeabilidad y, en
consecuencia, impide la salida de los gases durante la colada. Para conseguir el mismo efecto en modelos con
superficies a distintas alturas se pueden emplear los siguientes métodos:
1) Perfilado de la arena en el realzado.
2) Perfilado del tablero de compresión, con huecos que se corresponden con los relieves del molde. La
compresión se efectúa sobre el realzado lleno de arena hasta el nivel superior y, una vez realizada, se retira
con una regla la arena que sobrepasa el nivel del plano de la caja de moldeo.
3) Un tablero de presión previa, que presenta huecos en correspondencia con los relieves del modelo. La
compresión se realiza en las fases: a) Se comprime con el tablero T, sujeto al plato, hasta la posición T la
arena que llena el realzado hasta el nivel superior; b) Se retira el plato, se quita el tablero T y se llena el hueco
que ha dejado hasta el nivel superior del realzado; c) Se comprime de nuevo, con el plato, toda la superficie de
la arena. Para que el grado de compresión sea el mismo alrededor del hueco del molde.
Las prensas de moldear se emplean sólo para comprimir la arena en cajas de pequeña altura.
EQUIPO MECÁNICO DE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
EQUIPO MECÁNICO DE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
Máquinas por proyección centrífuga de la arena. Se emplean para moldear piezas muy voluminosas, que
por otros procedimientos requerirían máquinas muy pesadas y costosas. Con ellas el atacado de la arena se
consigue lanzándola a gran velocidad contra el modelo y contra las capas sucesivas de la misma. Tienen la
ventaja sobre las anteriores de que no necesitan las placas modelo y que pueden emplearse para cualquier
tipo de moldeo, donde la máquina realiza la operación de atacado con más rapidez que en los métodos
manuales y con menor fatiga de los operarios. Las máquinas por proyección pueden ser estacionarias o
transportables; en ambas la parte fundamental es la cabeza de expulsión.
El apisonado uniforme de la arena en un molde es una operación importante en la producción de piezas
fundidas. Para moldes grandes, se ha desarrollado un dispositivo mecánico conocido como lanzadora de arena
que es una unidad automovida sobre una vía angosta. El suministro de arena se lleva en un gran depósito de
aproximadamente 8.5 m1 de capacidad que se puede volver a llenar a intervalos por medio de un equipo
aéreo. Una banda transportadora, alimentada desde una tolva sobre el marco del extremo fijo transporta la
arena hasta el cabezal impulsor rotativo. El cabezal impulsor que se encuentra cerrado contiene una pieza
rotatoria en forma de copa que arroja la arena al molde. Esta pieza girando a alta velocidad lanza más de un
millar de cubos pequeños de arena por minuto. La capacidad de apisonado de esta máquina es de 0.2 a 0.28
m3, o 450 kg de arena por minuto. La densidad del apisonado se puede controlar por la velocidad del cabezal
impulsor. Para altas producciones se dispone de máquinas con capacidad de 30 kg de arena por segundo.
EQUIPO MECÁNICO DE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
EQUIPO MECÁNICO DE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
Máquinas de Percusión- Prensado. Muchas máquinas utilizan los 2 principios de percusión y prensado. Para
producir un molde en dichas máquinas, se arma la caja con la placa de coincidencia entre la tapa y la base,
colocando el conjunto invertido sobre la mesa de la máquina. Se palea la arena dentro de la base y se nivela
poniéndole un tablero inferior arriba. Luego la acción de percusión apisona la arena en la base. El conjunto se
voltea, se llena la tapa con arena y se nivela. En la tapa de la caja se coloca un tablero de presión y la plancha
del pistón de la máquina se pone en posición.
AI aplicar la presión la caja se encuentra prensada entre la plancha y la mesa, comprimiendo la arena de la tapa
a la densidad apropiada. Después que se quita la presión, se retira la plancha. La placa de coincidencia se hace
vibrar después de lo cual se retira la base. Esta máquina elimina seis operaciones manuales diferentes:
apisonado, alisado de la superficie de separación, aplicación de la arena de separación, pincelado alrededor de
los moldes, golpeteo del modelo y corte del alimentador.
EQUIPO MECÁNICO DE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
Máquina de moldeo por percusión y prensado
EQUIPO MECÁNICO DE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
Máquina de Percusión-Prensado con Volteo. Esta máquina similar a la convencional de moldeo por
percusión prensado tiene dos brazos que sujetan a la caja después de vibrarla y levantarla a suficiente altura
para poder ser volteada. Luego se llena la tapa con arena y se apisona por la acción de prensado, a
continuación se sujeta con dos grapas sobre la plancha superior, retirándose de la placa de coincidencia.
Este aditamento de elevación maneja la tapa en tanto que la placa de coincidencia se quita manualmente de la
base. Cuando el modelo está listo para cerrarse, se regresa la tapa a la posición conveniente y se levanta la
base hasta que las dos partes del molde quedan juntas. Esta máquina ha sido diseñada para manejar cajas
grandes que también son manejadas convenientemente en la máquina común de percusión-prensado.
Máquina de Percusión con Volteo y Extracción del Modelo. Para moldes grandes, arriba de 5500 kg que
son difíciles de manejar a mano, primero se compacta la arena por percusión. Después de que la arena se
empareja se coloca una placa de fondo sobre el molde, fijándola en esa posición y luego todo el conjunto se
voltea y el modelo se extrae del molde hidráulicamente. Esta máquina se usa para moldeo por separado de la
tapa y la base; en la mayoría de los casos la cavidad queda solamente en la base.
EQUIPO MECÁNICO DE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
Máquina de moldeo con percusión y volteo de modelo
EQUIPO MECÁNICO DE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
Máquinas de Diafragma Para Moldeo. Un desarrollo reciente en máquinas de moldeo, utiliza un diafragma de
hule puro para compactar la arena sobre el contorno del modelo. El proceso utiliza la misma presión de aire para
forzar el diafragma de hule sobre toda la superficie del molde independientemente del contorno de éste. La arena
y la caja en seguida se corren hacia la derecha debajo del cabezal de presión del diafragma. Se hace pasar aire
al cabezal y se fuerza al diafragma contra la arena de moldeo de la caja. Luego se regresa la caja a su posición
original, arrasando la arena que sobre de arriba de la caja. Un elevador de perno quita la tabla de coincidencia.
Todo el proceso es muy rápido y se mantienen tolerancias muy pequeñas debido a la uniformidad con que se
compacta la arena.
Máquina de moldeo con diafragma de contorno.
EQUIPO MECÁNICO DE MOLDEO
Tecnicas de moldeo
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.
Los de arena verde son aquellos formados por el mismo modelo y se hacen de la misma arena que el resto del
molde. El 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, la cual se mezcla con un
aglutinante y se endurece para darle resistencia deseada, la caja en la cual se forma se llama caja de
corazones.
CORAZONES
Tecnicas de moldeo
En la figura 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
desmo-rone 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 sufi-ciente 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.
CORAZONES
Tecnicas de moldeo
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 me-tal 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.
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
duelos de ventilación. Los corazones con secciones circulares se hacen en mitades y se juntan con pegamento
después de horneadas.
CORAZONES
Tecnicas de moldeo
Entre los diferentes tipos de aglutinantes que se usan para la fabricación de corazones, se encuentran
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 h a temperaturas entre 180 a 220 °C.
Una mezcla común es utilizando 40 partes de arena y 1 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 resina.
Se están usando varios tipos de plásticos termofraguantes incluyendo la urea y el fenol formaldehído, 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 líquido de separación.
Los aglutinantes de resina 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.
CORAZONES
Tecnicas de moldeo
El uso de aglutinantes de resina con alcohol furfural y con arena está re-emplazando muchos de los corazones
que requieren cocimiento. Estos aglutinantes de resina 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 10a 20 s. 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.
Los corazones se pueden hacer no sólo en cajas llenadas a mano sino también en máquinas moldeadoras,
incluyendo muchas del tipo convencional como las de percusión, prensado, de volteo, percusión prensado y las
de chorro de arena.
CORAZONES
Tecnicas de moldeo
Máquinas para fabricar corazones. Las máquinas neumáticas para hacer corazones por soplo de arena
también ofrecen un medio rápido para producir corazones de tamaños pe-queños y medianos, en los trabajos
de gran producción. En este método la arena se sopla a presión y a alta velocidad desde el depósito de arena
hasta la caja de corazones. Dentro de la caja de corazones o en la placa sopladora se practican salidas
convenientes para permitir el escape del aire. Estas salidas deben ser pequeñas, para evitar cualquier flujo de
arena entre ellos, puesto que su único objetivo es el de dejar salir el aire de la caja. Su colocación juega una
parte importante en la fabricación exitosa de los corazones, ya que se les utiliza para dirigir el flujo de arena en
las partes deseadas del corazón.
Este tipo de equipo se adapta especialmente al trabajo de gran producción en donde se justifica lo costoso
de las cajas metálicas para corazones. El procedimiento es rápido en su funcionamiento y los corazones
producidos quedan completamente formados teniendo excelente permeabilidad.
Para tener una existencia de corazones de sección transversal uniforme, se les puede producir en forma
continua por proceso de extrusión. La máquina consta de una tolva en la cual se mezcla la arena. Debajo de
ella en posición horizontal se encuentra un transportador de tornillo sinfín que fuerza a la arena preparada a
través de una matriz tubular a velocidad y presión uniformes.
MAQUINAS PARA FABRICAR CORAZONES
Tecnicas de moldeo
Fundición en molde permanente. La desventaja económica de cualquiera de los procesos con molde
desechable es la necesidad de un nuevo molde para cada fundición. En la fundición con molde permanente,
el molde se reutiliza muchas veces. En esta sección analizaremos la fundición en molde permanente,
tratándola como un proceso básico del grupo de procesos que utilizan moldes reutilizables.
La fundición en molde permanente usa un molde metálico construido en dos secciones que están diseñadas
para cerrar y abrir con precisión y facilidad. Los moldes se hacen comúnmente de acero o hierro fundido. La
cavidad junto con el sistema de vaciado se forma por maquinado en las dos mitades del molde a fin de lograr
una alta precisión dimensional y un buen acabado superficial. Los metales que se funden comúnmente en
molde permanente son: aluminio, magnesio, aleaciones de cobre y hierro fundido, Sin embargo, el hierro
fundido requiere una alta temperatura de vaciado, 1250 ºC a 1500 ºC, lo cual acorta significativamente la vida
del molde. Las temperaturas más altas de vaciado para el acero, hacen inapropiado el uso de moldes
permanentes para este metal, a menos que se hagan en moldes de material refractario.
En este proceso es posible usar corazones para formar las superficies interiores del producto de fundición.
Los corazones pueden ser metálicos, pero su forma debe permitir la remoción de la fundición, o deben ser
mecánicamente desmontables para permitir esta operación. Si la remoción del corazón metálico es difícil o
imposible se pueden usar corazones de arena, en este caso el proceso de fundición es frecuentemente
llamado fundición en molde semipermanente.
MOLDES PERMANENTES
Tecnicas de moldeo
Pasos en la fundición en molde permanente: (1) el molde se precalienta y se recubre; (2) se insertan los corazones (en su caso) y se cierra el molde; (3) el metal fundido se vacía en el molde y (4) el molde se abre.
La parte terminada se muestra en (5).
MOLDES PERMANENTES
Tecnicas de moldeo
Los pasos en el proceso de fundición con molde permanente se describen en la figura. Los moldes se
precalientan primero para prepararlos, y se rocía la cavidad con uno o más recubrimientos. El
precalentamiento facilita el flujo del metal a través del sistema de vaciado y de la cavidad. Los recubrimientos
ayudan a disipar el calor y a lubricar la superficie del molde para separar fácilmente la fundición. Tan pronto
como solidifica el metal, el molde se abre y se remueve la fundición. A diferencia de, los moldes desechables,
los moldes permanentes no se retraen, así que deben abrirse antes de que ocurra la contracción por
enfriamiento a fin de prevenir el desarrollo de grietas en la fundición. Las ventajas de la fundición en molde
permanente incluyen buen acabado de la superficie y control dimensional estrecho, como ya se mencionó.
Además, la solidificación más rápida causada por el molde metálico genera una estructura de grano más fino,
de esta forma pueden producirse fundiciones más resistentes. El proceso está limitado generalmente a
metales de bajo punto de fusión. La manufactura de formas geométricas más simples que las fundidas en
molde de arena (debido a la necesidad de abrir el molde) constituye otra limitación, además del costo. Debido
al costo sustancial del molde, el proceso se adapta mejor a producciones de alto volumen que pueden
automatizarse. Las partes típicas que se producen con proceso de molde permanente incluyen pistones
automotrices, cuerpos de bombas y ciertas fundiciones para aviones y proyectiles.
MOLDES PERMANENTES
Tecnicas de moldeo
Fundición hueca. La fundición hueca es un proceso de molde permanente en el cual se forma un hueco al
invertir el molde, después que el metal ha solidificado Parcialmente en la superficie del molde, drenando así el
metal líquido del centro. La solidificación empieza en las paredes relativamente frías del molde y progresa con
el tiempo hacia la parte media de la fundición. El espesor del casco se controla por el tiempo que transcurre
antes de drenar. La fundición hueca se usa para hacer estatuas, pedestales de lámparas y juguetes a partir
de metales de bajo punto de fusión como plomo, zinc y estaño. En estos artículos lo importante es la
apariencia exterior, pero la resistencia y la geometría interior de la fundición no son relevantes.
MOLDES HUECOS
Tecnicas de moldeo
La fundición a presión es un proceso que necesariamente utiliza moldes permanentes y se puede clasificar
en: fundición a baja presión, fundición con molde permanente al vació y fundición en dados.
Fundición a baja presión. En el proceso de fundición con molde permanente básico y en la fundición hueca,
el flujo de metal en la cavidad del molde es causado por la gravedad. En la fundición a baja presión, el metal
líquido se introduce dentro de la cavidad a una presión aproximada de 0.1 MPa, aplicada desde abajo, de
manera que el metal fluye hacia arriba como sé, ilustra en la figura 2.19. La ventaja de este método sobre el
vaciado tradicional es que se introduce en el molde un metal limpio desde el centro del crisol, en lugar de un
metal que ha sido expuesto al aire. Lo anterior reduce la porosidad producida por el gas y los defectos
generados por la oxidación, y se mejoran las propiedades mecánicas.
Fundición con molde permanente al vacío. La fundición con molde permanente al vació es una variante de
la fundición a baja presión en la cual se usa vacío para introducir el metal fundido en la cavidad del molde. La
configuración general del proceso es similar a la operación de fundición a baja presión. La diferencia es que
se usa la presión reducida del vacío en el molde para atraer el metal líquido a la cavidad, en lugar de forzarlo
por una presión positiva de aire desde abajo. Los beneficios de la técnica al vacío, en relación con la fundición
a baja presión, son que se reduce la porosidad del aire y los efectos relacionados, obteniendo una mayor
resistencia del producto de fundición.
MOLDES A PRESION
Tecnicas de moldeo
Fundición a baja presión. El diagrama muestra cómo se usa la presión del aire para forzar el metal fundido, dentro de la cuchara de colada, hacia la cavidad molde. La presión se mantiene hasta que
solidifica la fundición.
MOLDES A PRESION
Tecnicas de moldeo
La fundición en dados es un proceso de fundición en molde permanente en el cual se inyecta el metal
fundido en la cavidad del molde a alta presión. Las presiones típicas son de 7 a 350 MPa. La presión se
mantiene durante la solidificación; posteriormente, el molde se abre para remover la pieza. Los moldes en la
operación de fundición se llaman dados, de aquí el nombre de fundición en dados. El uso de alta presión para
forzar al metal dentro de la cavidad del dado es la característica más notable que distingue a este proceso de
otros en la categoría de molde permanente. Las operaciones de fundición en dados se llevan a cabo en
máquinas especiales. Las máquinas modernas de fundición en dados están diseñadas para mantener un
cierre preciso de las dos mitades del molde y mantenerlas cerradas, mientras el metal fundido permanece a
presión dentro de la cavidad. La configuración general se muestra en la figura.
MOLDES EN DADOS
Tecnicas de moldeo
Configuración general de una máquina de fundición en dados (cámara fría).
MOLDES EN DADOS
Tecnicas de moldeo
Existen dos tipos principales de máquinas de fundición en dados: 1) de cámara caliente y 2) de cámara fría;
sus diferencias radican en la forma en que se inyecta el metal a la cavidad.
En las máquinas de cámara caliente, el metal se funde en un recipiente adherido a la máquina y se inyecta
en el dado usando un pistón de alta presión. Las presiones típicas de inyección son de (7 a 35 MPa). Son
velocidades características de producción de hasta 500 partes por hora. La fundición en dados con cámara
caliente impone una dificultad especial en el sistema de inyección, porque gran parte de dicho sistema queda
sumergido en el metal fundido. Por esa causa, las aplicaciones del proceso quedan limitadas a metales de
bajo punto de fusión que no atacan químicamente al pistón y a otros componentes mecánicos. Estos metales
incluyen al zinc, al estaño, al plomo y algunas veces al magnesio.
En las máquinas de fundición en dados con cámara fría, el metal fundido procedente de un contenedor
externo para colar, se vacía en una cámara sin calentar y se usa un pistón para inyectar el metal a alta
presión en la cavidad del dado. Las presiones de inyección usadas en estas máquinas van típicamente (14 a
140 MPa). El ciclo de producción se explica en la figura. La velocidad de ciclo no es tan rápida con respecto a
las máquinas de cámara caliente, debido a que es necesaria una cuchara de colada para vaciar el metal
líquido desde una fuente externa en la cámara. Sin embargo, este proceso de fundición es una operación de
alta producción. Las máquinas de cámara fría se usan típicamente para fundiciones de aluminio, latón y
aleaciones de magnesio. Las aleaciones de bajo punto de fusión (zinc, estaño, plomo) pueden también
fundirse en estas máquinas.
MOLDES EN DADOS
Tecnicas de moldeo
Ciclo de la fundición en cámara caliente: (1) el metal fluye en la cámara con el dado cerrado y el émbolo levantado; (2) el émbolo fuerza al metal de la cámara a fluir hacia el dado, manteniendo la presión durante
el enfriamiento y la solidificación, y (3) se levanta el émbolo, se abre el dado y se expulsa la parte solidificada. La parte terminada se muestra en (4).
MOLDES EN DADOS
Tecnicas de moldeo
Ciclo de la fundición en cámara fría: (1) se vacía el metal en la cámara con el dado cerrado y el pisón retraído; (2) el pisón fuerza al metal a fluir en el dado, manteniendo la presión durante el enfriamiento
y la solidificación; y (3) se retrae el pisón, se abre el dado y se expulsa la fundición. El sistema de vaciado está simplificado.
MOLDES EN DADOS
Tecnicas de moldeo
Los moldes que se usan en operaciones de fundición en dados se hacen generalmente con acero de
herramienta y acero para moldes refractarios. El tungsteno y el molibdeno con buenas cualidades refractarias
también se utilizan, especialmente en los intentos para fundir el acero y el hierro en dados.
Los dados pueden tener una cavidad única o múltiple. Los dados de cavidad única se muestran en las figuras.
Se requieren pernos expulsores para remover la parte del dado cuando éste se abre, como se muestra en los
diagramas. Estos pernos empujan la parte de manera que puedan removerse de la superficie del dado.
También es necesario rociar lubricantes en las cavidades para prevenir el pegado. Como los materiales del
dado no tienen porosidad natural y el metal fundido fluye rápidamente en el dado durante la inyección, se
deben construir barrenos o vías de paso en el plano de separación de los dados para evacuar el aire y los
gases de la cavidad. Aun cuando los orificios son bastante pequeños, se llenan con el metal durante la
inyección, pero éste debe quitarse después. También es común la formación de rebabas en lugares donde el
metal líquido a alta presión penetra entre los pequeños espacios del plano de separación o en los claros
alrededor de los corazones y de los pernos expulsores. La rebaba debe recortarse de la fundición junto con el
bebedero y el sistema de vaciado.
MOLDES EN DADOS
Tecnicas de moldeo
Las ventajas de la fundición en dados incluyen:
1) altas velocidades de producción
2) Son económicas para volúmenes grandes de producción
3) son posibles tolerancias estrechas, del orden de± 0.076 mm en partes pequeñas
4) buen acabado de la superficie
5) son posibles secciones delgadas hasta cerca de 0.05 mm
6) el enfriamiento rápido proporciona a la fundición granos de tamaño pequeño y buena resistencia.
Las limitaciones de este proceso, además de los metales que maneja, son la restricción en la forma de las
piezas. La geometría de la parte debe ser tal que pueda removerse de la cavidad del dado.
MOLDES EN DADOS
Tecnicas de moldeo
La fundición centrífuga se refiere a varios métodos de fundición caracterizados por utilizar un, molde que gira
a alta velocidad para que la fuerza centrífuga distribuya el metal fundido en las regiones exteriores de la
cavidad del dado. El grupo incluye: 1) fundición centrífuga real, 2) fundición semicentrífuga y 3) fundición
centrifugada o centrifugado.
Fundición centrífuga real. En la fundición centrífuga real, el metal fundido se vacía en un molde que está
girando para producir una parte tubular. Ejemplos de partes hechas por este proceso incluyen tubos, caños,
manguitos y anillos. Este método se ilustra en la figura. El metal fundido se vacía en el extremo de un molde
rotatorio horizontal.
La rotación del molde empieza en algunos casos después del vaciado. La alta velocidad genera fuerzas
centrífugas que impulsan al metal a tomar la forma de la cavidad del molde. Por tanto, la forma exterior de la
fundición puede ser redonda, octagonal, hexagonal o cualquier otra. Sin embargo, la forma interior de la
fundición es perfectamente redonda (al menos teóricamente), debido a la simetría radial de las fuerzas en
juego.
FUNDICIÓN CENTRÍFUGA
Tecnicas de moldeo
Disposición de la centrífuga real
FUNDICIÓN CENTRÍFUGA
Tecnicas de moldeo
Fundición semicentrifugada. En este método se usa la fuerza centrífuga para producir fundiciones sólidas
en lugar de partes tubulares, como se muestra en la figura. La velocidad de rotación se ajusta generalmente
para un factor G alrededor de 15, y los moldes se diseñan con mazarotas que alimenten metal fundido desde
el centro. La densidad del metal en la fundición final es más grande en la sección externa que en el centro de
rotación. El centro tiene poco material o es de poca densidad. Por lo regular el centro en este tipo de sistemas
de fundición es maquinado posteriormente, excluyendo así la porción de más baja calidad. Los volantes y las
poleas son ejemplos de fundiciones que pueden hacerse por este proceso. Se usan frecuentemente moldes
consumibles o desechables en la fundición semicentrífuga, como sugiere nuestra ilustración del proceso.
Fundición semicentrífuga
Tecnicas de moldeo
Fundición semicentrífuga
Fundición semicentrífuga
Tecnicas de moldeo
Es un sistema donde por medio de un tallo se hace llegar metal fundido a racimos de cavidades colocadas
simétricamente en la periferia (figura), de manera que la fuerza centrífuga distribuya la colada del metal entre
estas cavidades. El proceso se usa para partes pequeñas, la simetría radial de la parte no es un requerimiento
como en los otros dos métodos de fundición centrífuga.
Fundición centrifugada
Fundición centrífuga
Tecnicas de moldeo
La fundición con moldes de yeso es similar a la fundición en arena, excepto que el molde está hecho de yeso
(2CaSO4 – H20) en lugar de arena. Se mezclan aditivos como el talco y la arena de sílice con el yeso para
controlar la contracción y el tiempo de fraguado, reducir los agrietamientos e incrementar la resistencia. Para
fabricar el molde, se hace una mezcla de yeso y agua, se vacía en un modelo de plástico o metal en una caja
de moldeo y se deja fraguar. En este método, los modelos de madera son generalmente insatisfactorios,
debido al extenso contacto con el agua del yeso. La consistencia permite a la mezcla de yeso fluir fácilmente
alrededor del patrón, capturando los detalles y el acabado de la superficie. Ésta es la causa de que las
fundiciones hechas en moldes de yeso sean notables por su fidelidad al patrón.
El curado del molde de yeso es una de las desventajas de este proceso, al menos para altos volúmenes de
producción. El molde debe dejarse fraguar cerca de 20 minutos antes de sacar el molde y, posteriormente,
debe cocerse por varias horas para remover la humedad. Aun cocido, el yeso no se desprende de todo el
contenido de humedad. El problema que enfrentan los fundidores es que la resistencia del molde se pierde
cuando el yeso se deshidrata y, en el caso contrario, la humedad remanente puede causar defectos en el
producto de fundición, por tanto es necesario encontrar un equilibrio entre estas alternativas indeseables. Otra
desventaja del molde de yeso es que no es permeable limitando el escape de los gases de la cavidad del
molde. Este problema puede resolverse de varias maneras:
Fundición centrífuga
Tecnicas de moldeo
1) Evacuar el aire de la cavidad del molde antes de vaciar;
2) Batir la pasta de yeso antes de hacer el molde, de manera que el yeso fraguado contenga pequeños poros
dispersados; y
3) Usar composiciones especiales del molde y un tratamiento conocido como proceso Antioch.
Este proceso consiste en utilizar cerca de un 50% de arena mezclada con el yeso, calentar el molde en una
autoclave (estufa que usa vapor sobrecalentado a presión), y después secar. El molde resultante tiene una
permeabilidad considerablemente más grande que el molde de yeso convencional.
Los moldes de yeso no pueden soportar temperaturas tan elevadas como los moldes de arena. Por tanto,
están limitados a fundiciones de bajo punto de fusión como aluminio, magnesio y algunas aleaciones de
cobre. Su campo de aplicación incluye moldes de metal para plásticos y hule, impulsores para bombas y
turbinas, y otras partes cuyas formas son relativamente intrincadas. Los tamaños de las fundiciones varían
desde menos de una onza hasta varios cientos de libras; las partes que pesan menos de 20 lb son las más
comunes. Las ventajas de los moldes de yeso para estas aplicaciones son su buen acabado superficial, su
precisión dimensional y su capacidad para hacer fundiciones de sección transversal delgada.
Tecnicas de moldeo
Fundición en molde de cerámica. Las fundiciones con moldes cerámicos son similares a las fundiciones
con molde de yeso, el modelo se introduce varias veces en una lechada refractaria (yeso con polvo de
mármol) la que cada vez que el modelo se introduce este se recubre de una capa de la mezcla, generando
una cubierta en el modelo. Posteriormente el modelo se extrae y luego el molde se introduce en un horno
con lo que el material refractario se endurece. Así, los moldes cerámicos pueden usarse para fundiciones
de acero, hierro y otras aleaciones de alta temperatura. Sus aplicaciones (moldes y piezas relativamente
intrincadas) son similares a las de los moldes de yeso excepto por los metales que se funden. Sus ventajas
(buena precisión y acabado) son también similares.
Fundición en molde con revestimiento (modelo perdido). Es un proceso muy antiguo para la fabricación
de piezas artísticas. Consiste en la creación de un modelo en cera de la pieza que se requiere, este modelo
debe tener exactamente las características deseadas en la pieza a fabricar. El modelo de cera es revestido
(se cubre completamente) con yeso o un material cerámico que soporte el metal fundido. Luego el conjunto
se introduce a un horno, con ello el material cerámico se endurece y el modelo de cera se derrite,
obteniendo así el molde. En el molde fabricado se vacía el metal fundido y se obtiene la pieza deseada. Es
un proceso de fundición capaz de hacer piezas de alta precisión e intrincados detalles y se conoce también
como fundición a la cera perdida, debido a que el modelo de cera se pierde en el molde antes de fundirse.
FUNDICIÓN EN MOLDE DE CERÁMICA
Tecnicas de moldeo
Los pasos en la fundición por revestimiento se describen en la figura. Como los modelos de cera se funden
después que se hace el molde refractario, se debe fabricar un modelo para cada fundición. La producción de
modelos se realiza mediante una operación de moldeo, que consiste en vaciar o inyectar cera caliente en un
dado maestro, diseñado con las tolerancias apropiadas para la contracción de la cera y del metal de fundición.
En los casos donde la forma de la pieza es complicada, se juntan varias piezas de cera para hacer el patrón.
En operaciones de alta producción se pegan varios patrones a un bebedero de colada, hecho también de
cera, para formar un modelo de árbol, ésta es la forma que tomará el metal fundido. El recubrimiento con
refractario (paso 3) se hace generalmente por inmersión del árbol patrón en un lodo de sílice u otro refractario
de grano muy, fino (casi en forma de polvo) mezclado con yeso que sirve para unir el molde. El grano fino del
material refractario provee una superficie lisa que captura los intrincados detalles del modelo de cera. El
molde final (paso 4) se forma por inmersiones repetidas del árbol en el lodo refractario o por una
compactación cuidadosa del refractario alrededor del árbol en un recipiente. El molde se deja secar al aire,
aproximadamente ocho horas, para que endurezca el aglutinante.
FUNDICIÓN EN MOLDE CON REVESTIMIENTO (MODELO PERDIDO)
Tecnicas de moldeo
Pasos en la fundición por revestimiento. (1) se producen los patrones o modelos de cera; (2) se adhieren varios modelos a un bebedero para formar el modelo de árbol; (3) el modelo de árbol se recubre con una capa delgada de material refractario; (4) se forma el molde entero, cubriendo el árbol revestido con suficiente material para hacerlo rígido; (5) el molde se sostiene en posición invertida y se calienta para fundir la cera y dejar que escurra fuera de la cavidad; (6) el molde se precalienta a una alta temperatura para asegurar la eliminación de todos los contaminantes del molde, esto también facilita que el metal fluya dentro de la cavidad y sus detalles, el metal se vacía y solidifica; (7) el molde se rompe y se separa de la fundición terminada. Las partes se separan del bebedero de colada.
FUNDICIÓN EN MOLDE CON REVESTIMIENTO (MODELO PERDIDO)
Tecnicas de moldeo
Las ventajas de la fundición por revestimiento son: 1) capacidad para fundir piezas complejas e intrincadas; 2)
estrecho control dimensional con posibles tolerancias de ±0.076 mm; 3) buen acabado de la superficie; 4)
recuperación de la cera para reutilizarla y 5) por lo general no se requiere maquinado adicional. Éste es un
proceso de forma neta, aunque relativamente costoso por la cantidad de pasos que involucra su operación.
Las partes hechas por este método son normalmente de tamaño pequeño, aunque se han fundido
satisfactoriamente partes de formas complejas de hasta 34 Kg. Pueden fundirse todos los tipos metales,
incluyendo aceros, aceros inoxidables y otras aleaciones de alta temperatura. Algunos ejemplos de partes
fundidas por este proceso son: partes complejas de maquinaria paletas y otros componentes para motores de
turbina, así como joyería y accesorios dentales. En la siguiente figura se muestra una pieza que ilustra las
características intrincadas que son posibles con la fundición por revestimiento.
Estator de una sola pieza para compresor hecho mediante fundición por
con 108 aletas aerodinámicas separadas
FUNDICIÓN EN MOLDE CON REVESTIMIENTO (MODELO PERDIDO)