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CONFORMADO POR MOLDEO

Área de Ingeniería Mecánica

Tecnología de Fabricación Mecánica

3. Conformado por Moldeo 1.2.33.4.5.6.-

Introducción Hornos de Fusión. Moldeo en arena. arena Fundición en molde desechable Fundición en molde permanente Sinterización o Metalurgia de polvos

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CONFORMADO POR MOLDEO

1. Introducción al Conformado por Moldeo

PRINCIPALES TIPOS DE CONFORMADO DE METALES Y ALEACIONES: * Por moldeo. moldeo * Por deformación y corte * Por unión * Por arranque de viruta

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1. Introducción al Conformado por Moldeo

FUNDICIÓN DE MATERIA PRIMA

SINTERIZACIÓN. REDUCIR A POLVO LA MATERIA PRIMA

FUNDICIÓN:

VERTIDO EN MOLDE

REPRODUCE LA PIEZA DESEADA

VERTIDO Y COMPRESIÓN EN MOLDE

REPRODUCE LA PIEZA DESEADA

E Esquema generall d dell proceso:

FUSIÓN DE MATERIA PRIMA

VERTIDO “COLADA”

ENFRIAMIENTO

PREPARACIÓN DEL MOLDE LIMPIEZA Y DESBARBADO

PIEZA FINAL

ROTURA Ó APERTURA “DEMOLDEO”

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1. Introducción al Conformado por Moldeo

Diferen

METALES Y ALEACIONES PARA FUNDICIÓN *

Características deseables: - Baja temperatura de fusión (Economía) - Bajo calor latente de fusión (Economía) - Baja tensión superficial (Buena reproducción molde) - Bajo coeficiente de dilatación en líquido. - Bajo intervalo de temperaturas de solidificación (Contracción pequeña) - Bajo coeficiente de dilatación en sólido (Reducir grietas en enfriamiento) - Alta colabilidad (Buen llenado de molde) - Alta densidad (El Peso mejora el llenado)

* Metales y aleaciones más comunes: - Aleaciones de Hierro: - Aleaciones de Cobre: - Aleaciones de Aluminio: - Aleaciones de Magnesio: - Aleaciones de Zinc:

- Acero (< 1,80 % C) - Fundiciones (> 1,80 % C) - Hierro/Carbono + otros metales (Mn, Si, Cr, Ni, etc.) - Cobre/Estaño (Bronce) - Cobre/Zinc (Latones) + Cu, Si, Mg, Mn. + Al, Zn, Mg, Zr. + Al, Mg, Cu.

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ORGANIGRAMA DE LOS PROCESOS DE MOLDEO

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1. Introducción al Conformado por Moldeo

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2. Hornos de Fusión

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HORNOS DE FUSIÓN. Funden la materia prima para adecuarla a las necesidades del proceso de moldeo. El tipo de Horno dependerá de



Las Operaciones a realizar son 

Para ello se Requiere

TIPOS DE HORNOS:

- Material - Tamaño o cantidad pieza - Fusión del material - Ajuste de composición del material.

- Conocimientos de fusión - Laboratorio de ensayos - Control y ajuste de parámetros - Cubilote - Reverbero - Rotativos - De crisoles - Eléctricos: - Arco - Inducción - Resistencias eléctricas

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2. Hornos de Fusión

A) CUBILOTE Son hornos cilíndricos verticales con el exterior de acero y el interior de mampostería refractaria. Sus dimensiones están normalizadas. * SE CARGA CON: - Metal - Combustible (cok metalúrgico=destilación de hulla) - Fundente (evitan excesiva oxidación ≈ caliza) * PROCEDIMIENTO: Alternativamente (5 a 8 cargas): - Capa de Metal ≈ 0,50 mts - Capa de cok y fundente ≈ 0,50 mts * CARGA TIPO (Maquinaria corriente): - Carga metálica 60 % - Chatarra 40 % - Cok 13 % (del total) - Fundente 4 % (del total) * Conforme Baja la Carga, se Recar ga * Las pérdidas son ≈ 3 % (escorias, oxidación, etc).

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2. Hornos de Fusión

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A) CUBILOTE

TRAGANTE CAMARA DE VIENTO TOBERAS CRISOL ANTECRISOL BASCULANTE CUCHARA DE COLADA

MONTACARGAS VENTILADOR PIQUERA DE ESCORIAS PIES

PIQUERA DE COLADA

COMPUERTA DE LIMPIEZA

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2. Hornos de Fusión

DESECA Y Y CALIENTA T < 500º FUNDE Y CAE

1200º 1250º 1500º 1600º

QUEMA EL COK ACUMULA FUNDIDO

1350º 1350 1500º

Cubilote con antecrisol fijo

Cubilote con antecrisol basculante

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2. Hornos de Fusión

B) DE REVERBERO -Se utilizan para piezas grandes - Tienen poca altura y gran longitud - Las llamas atraviesan el horno por la bóveda. - La carga de metal se calienta: - Capacidad :

- Para no férreos. - Para hierro.

- por contacto con la llama y gases calientes y - por radiación de la bóveda. Aprox. de 45 a 1000 kg Aprox. 80000 kg

La escoria representa aproximadamente el 5% Se produce más oxidación y Consume más combustible. La Fundición es de composición más exacta y uniforme La duración suele ser entre 4 y 12 horas Sus dimensiones aproximadas son: Ancho : 1,5 - 3 m Largo : 4,5 - 15 m Se cargan formando capas de: Arrabio (hierro) Ch t Chatarra gruesa Chatarra ligera

HOGAR

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C) ROTATIVOS - Está formado por: * Envoltura cilíndrica de acero refractario con troncos de cono en los extremos. - El calentamiento se puede producir mediante: - Por llama - Radiación de bóveda - Contacto parte superior/carga - También se hacen oscilantes - La Capacidad aproximada es de 50 kg a 50 Tm - El Quemador suele ser de Gas-oil o Carbón en polvo

RECUPERADOR DE CALOR

QUEMADOR

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D) DE CRISOL -Esta formado por: * Recipiente arcilla/grafito con tapa que se carga y se mete en horno El Combustible suele ser carbón o gas-oil Son Económicos. Se utilizan para Pequeñas cantidades Hay diferentes tipos de hornos de crisol:

Crisol Móvil

Crisol Estático

Crisol Basculante

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2. Hornos de Fusión

E) ELÉCTRICOS Son hornos cuya fuente energía es la electricidad, y tienen algunas ventajas: - Pueden obtenerse TºC hasta 3500ºC - Puede controlarse la velocidad de TºC y regularse - Carga metálica totalmente independiente del combustible - Puede controlarse la atmósfera en contacto con la masa (oxidante, reductora, en vacío, etc.) - Los Revestimientos duran más - Necesitan poco espacio - Operaciones más higiénicas Hay varios tipos según su principio de funcionamiento:

- Arco - Inducción - Resistencia

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2. Hornos de Fusión

E.1) ELÉCTRICOS DE ARCO - La cuba es de acero/refractario y los Electrodos de grafito o carbón amorfo Son herméticos y suelen ser basculantes para facilitar fundición La tensión que se emplea oscila entre 125 V y 500 V. Hay diferentes tipos, según actúe el arco: * Stassano: El arco no pasa por el baño * Girod: El arco se produce entre Electrodos y baño * Heroult: El arco salta entre electrodos en triángulo por el baño. Los más usados

Un ejemplo es el horno eléctrico para la producción de acero

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2. Hornos de Fusión

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E.2) ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN En este tipo de horno, el calor se genera por corrientes inducidas por una corriente alterna. Pueden ser de dos tipos: * Baja frecuencia:

Efecto Joule de la corriente inducida en el metal a fundir (similar a secundario de transformador).

- Crisol en anillo = secundario de transformador - Primario a la red

* Alta frecuencia:

Corrientes de Foucault inducidas en el metal (similar al núcleo de un solenoide)

- Crisol con metal rodeado de tubo de cobre por el que circula la corriente de alta frecuencia - La Masa se calienta por corrientes de Foucault inducidas en el campo magnético

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2. Hornos de Fusión

E.2) ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN - Las cualidades de este tipo de Horno son: - Elevado rendimiento - Las corrientes electromagnéticas producen movimiento en el metal a fundir - Precisión en la temperatura - Se puede fundir en vacío. - Pérdidas muy reducidas (volatilización, oxidación)

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E.3) ELÉCTRICOS DE RESISTENCIAS En estos hornos, el calor se genera por EFECTO JOULE Pueden ser de dos tipos:

* De crisol Crisol rodeado de una resistencia en forma de varillas o cintas de Ni-Cr. Se utilizan para fundir aleaciones de bajo punto de fusión.

* De reverbero. Pueden ser de dos tipos: De resistencias metálicas: R i t i d Ni-Cr de Ni C de d gran sección, ió que se - Resistencias sitúan en la bóveda del horno. - Se utilizan para aleaciones con punto de fusión < 1000ºC De resistencia de grafito: - Son cilíndricos. Por su eje pasa una barra de grafito que hace de resistencia eléctrica - Son oscilantes y aprovechan apro echan el calor por contacto - Fundiciones y aleaciones hasta 1350ºC

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3. Moldeo en arena

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MOLDEO EN ARENA El Proceso genérico de este tipo de moldeo es el siguiente: 1 1234-

Definida la pieza se prepara un modelo Se coloca en la caja de moldes y se rellena de arena que se apisona Se retira el modelo Se vierte el metal

a) Plano de la pieza

5.-

b) Modelo

c) Molde preparado

d) Pieza moldeada

Cuando C d la l pieza i no es maciza i se coloca l en ell molde ld un “macho “ h ” también t bié de d arena El macho se suele sacar desmenuzándolo Finalmente se quitan rebabas y accesorios

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3. Moldeo en arena

A) MODELOS Han de cumplir algunas condiciones: - Dimensiones mayores que las reales para la contracción del metal al solidificar y enfriarse - Los L detalles d t ll raros se d ejan j para posteriores t i procesos (Engranajes (E j en forma f d disco) de di ) - Sobredimensionarse donde se ha de mecanizar - Se han de prever “salidas”. - Cuando no se puede por la pieza, el modelo se hace en varias piezas

a) Sin salida

b) Con salida

c) Imposible extraer

d) Modelo en partes desmontables

MATERIALES PARA MODELOS. Los materiales empleados para la fabricación de modelos suelen ser: * Madera (más empleado) : - De Pino o Haya - Débil, Débil humedad - Barata - Ligera - Fácil de trabajar * Fundición de hierro: - Barata - Pesada - Fácil de trabajar * Latón: - Modelos en racimos - Modelos pequeños y precisión * Aleaciones de aluminio: - Poco peso * Yeso: - Pequeñas dimensiones * Resinas plásticas: - Materiales modernos. Resina epoxi

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3. Moldeo en arena

B) MOLDEO A MANO Una vez preparado el modelo y la arena se fabrica el molde. Se ha de seleccionar la Caja de moldes. Hay diferentes tipos según sus usos Se fabrican en:

- Fundición de hierro - Aluminio

a) De Asas

d) Con charnelas

b) De muñones

- Acero - Madera

c) Cerrada con traviesas

e) Troncocónicas

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3. Moldeo en arena

EJEMPLO DE MOLDEO DE UNA POLEA * FASE 1:

a)

MODELO (Posterior mecanizado)

d) -Revestimiento -Llenado

b) -Conicidad -Sobreespesor

c) ½ CAJA DE MOLDES -Apisonado

e) ½ VUELTA - Polvos separadores

f) ½ CAJA DE MOLDES -Llenado y apisonado

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3. Moldeo en arena

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EJEMPLO DE MOLDEO DE UNA POLEA * FASE 2:

a) -Quita capa superior

c) –Se extrae el modelo

-Humedece

d) -Se hacen el bebedero, rebosadero - Se sujetan y lastran

b) -Golpeo de la barra para separar

e) PIEZA COLADA (con accesorios)

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3. Moldeo en arena

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UTILES DE MOLDEO A MANO

1) ALISADORES

3) Espátulas

4) De cuchara

2) PALETAS

5) Espátulas

6) Cepillo

7) Maza

8) Aguja

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UTILES DE MOLDEO A MANO

9) Pisones

10) Atacador 11) Pisón 12) Batidor 13) Criba 14) Fuelle 15) Pulverizador 16) Fuelle

17) Pico

18) Rastrillo

19) Pala

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3. Moldeo en arena

C) COLADA Se pueden diferenciar varios tipos: * COLADA DIRECTA - Por arriba - La más empleada - Va solidificando - Brusca (filtros)

* COLADA DIRECTA EN LLUVIA - Por arriba por varios bebederos - Para piezas grandes

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C) COLADA Se pueden diferenciar varios tipos: * COLADA POR EL FONDO (Fuente) (F t ) -Permite evacuación del aire - Llenado tranquilo -La solidificación no es correcta - Se S desperdicia d di i material t i l (beb (b bederos) d )

* COLADA POR EL COSTADO - Más empleada en moldes de arena - Bebederos y canales - Ventajas de los dos anteriores

* COLADA CON BEBEDEROS - Bebederos B b d simétr i ét iicos para homogeneizar h i

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3. Moldeo en arena

VACIADO Y LIMPIEZA En ocasiones, el metal fundido se traslada en crisol. Generalmente se traslada en cuchara, que puede ser:

- para grúa. - para personas.

A veces se filtran los óxidos e impurezas. Posteriormente se realizan operaciones adicionales: - Recorte. Retirar machos. - Limpieza de superficie. Inspección. - Reparaciones, tratamientos térmicos.

Para coger con grúa

Para coger entre dos personas

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CALIDAD DE LA FUNDICIÓN Defectos comunes.

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CALIDAD DE LA FUNDICIÓN Se suelen producir defectos comunes. Por ello son necesarios sistemas de insp ección: - Visual. - Medidas. - Pruebas (presión, radiografías, mecánicas, ...) Un adecuado diseño del producto y selección del método de fundición reducirá defectos.

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D) ARENAS DE MOLDEO Las más utilizadas: Tierras de moldeo:

Temperaturas de reblandecimiento: Humedad de las arenas :

- Cuarzo 80-90% - Arcillas 10% - Otros: Cal, feldespatos, etc. - Cuarzo o sílice: > 2400ºC - Arcilla (Silicato alúmina): > 1200-1400ºC

- Debe estar entre 5 y 7% - Más humedad > Mayor volumen de vapor > Sopladuras - Menos humedad > Menor resistencia mecánica

Ensayos en las arenas para determinación de: - Porcentaje de humedad: - Proporción de sílice y arcilla: - Forma de granos: - Tamaño de los granos : - Índice de finura:

Secado Mezcla de solución y separación Microscopio Tamices Cálculo según los tamices

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3. Moldeo en arena

D) ARENAS DE MOLDEO Propiedades de las arenas: Nos determinan sus aptitudes para la obtención de moldes y machos. PLASTICIDAD.

Aptitud para reproducir los detalles de los modelos. Depende de su Deformabilidad y Fluencia PERMEABILIDAD. Facilidad para dejarse atravesar por el aire y los gases que se desprenden en la colada colada. Depende de: - Granulometría - Forma de los granos - Contenido de arcilla - Intensidad del apisonado - Porcentaje de humedad REFRACTABILIDAD. Capacidad para resistir la elevada temperatura del metal colado en el molde sin que éste funda y se vitrifique en la la superficie de la la pieza. pieza Depende las arcillas. Han de tener alto punto de fusión. COHESIÓN. Para que el molde o el macho conserven su forma cuando de retire el modelo o se abra la caja de machos, se maniobren las cajas y se cuele la aleación líquida. Resistencia a la tracción y flexión. flexión Depende del porcentaje de arcillas(ligamento)

Ensayos de propiedades: - De D d eformabilidad f bilid d - De fluencia - De permeabilidad - De refractabilidad - De D cohesión h ió - De dureza superficial

(Deformación) (D f ió ) (Dureza) (Aire que atraviesa) (Tª de fusión) (C (Compresión, ió flexión, fl ió corte, t etc.) t ) (Dureza)

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D) ARENAS DE MOLDEO Clases de arenas de moldeo: - Según su origen: - Naturales o tierras de moldeo - Sintéticas: Mezcla artificial de arena, sílice y arcilla.

- Según su humedad: - Verdes o magras: - Secas o grasas:

- Índice bajo de arcillas (poca plasticidad) - Se emplean húmedas, sin secado previo - Índice alto de arcillas (poco permeables) - Se secan previamente

- Según su aplicación: - De revestimiento: - De relleno:

- Van sobre la cara del modelo - Buena calidad y grano fino - Arenas viejas de desmoldeo - Completan relleno del molde

- Según su utilización: - Para moldes - Para machos:

- Más sílice, sílice menos arcilla - Suelen llevar aglutinantes (aceite de linaza)

- Otras clases de arenas: - Incrustadas - Al cemento

- Adobadas - Barros

- Carbonatadas o negras

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3. Moldeo en arena

D) ARENAS DE MOLDEO Aditivos de las arenas : - Aglutinantes:

- Dan resistencia mecánica - Se volatilizan : aumentan permeabilidad - Se desmoronan fácilmente

- Tipos: - Aceites de linaza:

Une los granos por los puntos de contacto. Dejan espacios vacíos (permeabilidad) - Dextrina: Se obtiene hirviendo harina de trigo con agua acidulada. Se utiliza mucho con aceite de linaza. - Resinas sintéticas: Termoestables (endurecen permanentemente)

- Revestimientos: - Para modelos y cajas de machos: - Para facilitar su extracción - Mezcla de polvo de :

- Protegerlos de la humedad - Carbón vegetal - Arena tamizada - Licopodio

- Para moldes y machos: - Rellenar defectos del moldeo - Alisar superficie. Evitar adherencia - Tipos: - Polvos carbonosos: - Polvo de carbón, grafito, mezclado - Br...