Procesos de Manufactura311- PDF

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Description

23.11

23.9

F~NTES

Herramientas y equipos de los talleres de fundición

23.1 O

Los fundentes son materiales que se agregan a la carga para cumplir con diferentes propósitos, esto es:

289

REFRACTARIOS

"A los materiales que se utilizan para revestir el interior

del horno se les llama refractariosj Los fundentes -fu~didos, los agentes de calentamiento y los gases, etc., en1. Son materiales con bajo punto de fusión, por lo tran en contacto directo con los materiales refractarios. general, menor que el del metal principal. Por lo general estos materiales son óxidos metálicos ca2. Se calientan con la carga. En su forma fundida, paces de soportar una temperatura mínima de 1580 ºC. se combinan con cenizas, arenas, óxidos metálicos ··Los refractarios deben soportar altas temperaturas y y otras impurezas para formar un fluido llamado presión, y el ataque de los productos químicos. Tamescoria. bién deben ser capaces de soportar el choque térmico 3. La escoria es más ligera y flota sobre la superfiy la abrasión. cie del metal fundido, de donde se puede desnatar, conducir o extravcr fácilmente. 4. Flota sobre el metal fundido y lo protege del ata23.11 HERRAMIENTAS Y EQUIPOS que atmosférico. DE LOS TALLERES DE FUNDICIÓN

Los fundentes se pueden clasificar como básicos, ácidos o neutros, de acuerdo con el tipo de material refractario que se utilice en el horno. Un refractario básico requiere escoria básica, el refractario ácido requiere escoria ácida, mientras que al refractario neutro no lo ataca ni la escoria ácida ni la básica. L'.Lcal es el fundente más utilizado. Se empica en los a.tos hornos para fabricar arrabio de hierro, en cu·¡:;¡fotcs para fábricar hierro fundido y e~ hornos básicos de hogar abierto, bcsscmcr y eléctricos. El carbonato de sodio, junto c~m laca), se utiliza para eliminar el azufre del hi~p;o funditCl: Los gases inertes, nitrógeno e hidrógeno, son fundentes gaseosos que se empican para eliminar algunos gases que absorbe el metal fundido. Otros fundentes que se utilizan en los talleres de fundición son el KCI, \1g0, MgCI2, CaF2, MnCl2, BaCl2, carbón vegetal, etcétera. Tabla 23.3

---==----,-==-- ---··

· Para realizar diferentes operaciones, como izamicnto, cambio, fundición, maquinado, inspección, reparación o ensamble de componentes, los talleres de fundición necesitan contar con una variedad de herramientas de mano y equipos. De acuerdo con el tamaño, forma y número de fundiciones que se desea producir y la naturaleza del trabajo que se realizará, las herramientas del taller de fundición se pueden clasificar ampliamente como se muestra en la tabla 23.3. Como ya se explicó, el proceso de fundición comprende varios pasos básicos. Con base en estos pasos, las herramientas y los equipos de talleres de fundición se pueden clasificar en las siguientes categorías: a) Herramientas para fabricación de modelos. b) Herramientas para fabricación de machos.

Clasificación de las herramientas de los talleres de fundición.

Herramientas y equipos para talleres de fundición Herramientas de mano, como herramientas de moldeo, para fabricar machos, para fabricar modelos, etcétera.

Contenedores, como cajas para moldeo, cajas de machos, calderos, etcétera.

Herramientas mecánicas, tales como máquinas para moldeo, máquinas para fabricar machos, cribas mecánicas, mezcladoras de arenas, etcétera.

Equipos de acabado y limpieza, como limas, cinceles, esmeriles, máquina de limpieza por chorro de arena y de granalla, etcétera.

Equipos para prueba y acondicionamiento de arenas, medidor de permeabilidad, criba mecánica, prensa hidráulica, probador de dureza, apisonadores, etcétera.

Equipos para fusion de metales, como cubilotes, crisoles, hornos basculantes, hornos de petróleo, etcétera.

Equipos de prueba, como máquinas de pruebas destructivas y no destructivas.

290

e) d) e) f) g)

Capítulo 23

Talleres de fundición

Equipos para acondicionamiento y prueba de arena. Herramientas para fabricación de moldes. Equipos para fusión y colada. Equipos para limpieza y acabado. Equipos de prueba.

23.12

HERRAMIENTAS DE MANO

En los talleres de fundición se utilizan diversas herramientas de mano para fabricar moldes. A continuación se presenta una breve descripción de diferentes tipos de ellas . . 1) Pala: Consiste en una hoja cuadrada de hierro, con un mango de madera con forma de D, como se muestra en la figura 23.1 a). Se utiliza para transferir arena al mezclador de arenas y para verterla en la caja de moldeo.

d)

e) Figura 23.1

a) Pala.

b) Barra niveladora.

e) Criba.

d) Punta de ventilación.

v) Paletas: Las paletas se fabrican con hierro y tienen mango de madera. Los tres tipos de palétás'1ñas utilizados son: a) Paleta de acabado. b) Paleta de extremo cuadrado.

il) Barra niveladora: Es una barra de madera o de metal que tiene un extremo recto, como se muestra en la figura 23.1 b). Se la emplea para retirar el excedente de arena después de terminar el apisonado. iil) Criba de mano: También se le conoce como cedazo. Consiste en una estructura de madera equipada con una pantalla de malla de alambre estándar en el fondo. Se utiliza para retirar materiales extraños del molde de arena, como clavos, bolas metálicas, astillas de madera, etcétera. Los diferentes tipos de cribas se designan por números, como 8, 10, 12, etcétera. La criba núm. 8 tiene una abertura de aproximadamente 1 /8 de pulgada. · iv) Punta de ventilación: Es una delgada varilla o alambre de acero que tiene un extremo afilado y un mango de madera en el otro, o un extremo acodado, como se muestra en la figura 23 .1 d}. Se la emplea para hacer agujeros pequeños, denominados venteos, en los moldes de arena apisonada, para permitir un escape fácil de los gases y del vapor generado durante el enfriamiento del metal calentado.

e) Paleta acorazonada. Las paletas se utilizan para: a) Terminar superficies planas en los moldes. b) Cortar orificios de entrada. e) Hacer uniones. d) Reparar moldes. e) Dar forma.

___)

b)

a)

e) Figura 23.2

Paletas: a) de acabado, b) de extremo

cuadrado, e) acorazonada.

[3n-:•-'.•-

• ----¿

a) __

b)

____Jg

· v1) Acicaladores: Los acicaladores se utilizan para reparar y dar acabado a la superficie de los mo.des y los extremos después de extraer el modelo. En la figura 23.3 se muestran los acicaladores que se emplean comúnmente. a) Acicalador de corazón y hoja. b) Acicalador cuadrado y de corazón. e) Acicalador de cuchara y perla.

23.12

b)

a) Acicaladores: a) de corazón y hoja,

b) cuadrado y de corazón, c) de cuchara y perla, d) de corazón y cuchara, e) de hoja y cuchara.

\ vil) Varilla de levantamiento/limpiador: Las varillas de levantamiento, que se muestran en la figura 23.4, están hechas de secciones delgadas de acero de diversos anchos y longitudes, con un extremo doblado en ángulo recto-Son herramientas de acabado que se emplean para parchar secciones profundas de un molde y retirar arena suelta de las oquedades de éstos. La varilla de levantamiento Yankee se utiliza comúnmente en un taller de fundición de tamaño promedio.

Figura 23.5

Varillas de levantamiento.

e)

d)

Apisonadores: a) de piso, b) de punta, c) de

mano, d) ariete.

'Apisonador neumático: . En la figura 23.6 se muestra un apisonador neumático. Se tr-: iirIlita: La ilita se extrae de las arenas naturales para moldeo que se forma por la descomposición de materiales micáceos debido a la exposición al ambiente. La ilita posee una contracción moderada y resistencia al aglutinamiento menor que la bentonita. .¼,

iil)Bentonita: Es el material más adecuado que se

agrega a las arenas de moldeo, )l'La limo11iti_i_i

, , J_ Impresión 1,fil) del fondo +15º-30° Impresión vertical del macho

Ci:===J=1 ---+-

o

8

Impresión horizontal del macho

o

o

o o

o

o

o o

o

o oººº

o o

o o

o·~;o o o,)

ºº

Impresión de cola mpresión e macho de cubierta

b) Impresión de macho balanceado

Figura 23.26

23.34

Diferentes tipos de conjuntos y ubicaciones de machos

Tipos de impresiones de machos.

VENTILACIÓN DE MACHOS

La ventilación adecuada de los machos, necesaria para que escapen los gases desarrollados, se logra mediante agujeros perforados utilizando tiras de cera, o llenándolos con ceniza. A los machos grandes se les pueden hacer huecos perforando el tubo metálico dentro de ellos.

Figura 23.27

Soportes metálicos:

a) Algunos soportes metálicos utilizados comúnmente. b) Macho sostenido entre soportes metálicos.

23.36

TIPOS DE MACHOS

Los machos se pueden clasificar de la siguiente forma: 23.36.1

De acuerdo con las condiciones del macho

a) De arena verde. b) De arena seca.

23.39

23.36.2 a) b) e) d)

De acuerdo con la naturaleza del material

Aglutinados con resina. Aglutinados con aceite. De silicato de sodio. De cáscara.

23.36.3

De acuerdo con el proceso empleado para endurecerlos

a) Proceso de CO2.

b) Proceso de arena fluida o fundible. e) Proceso de caja caliente. 23.36.4 a) b) e) d) e)

De acuerdo con la forma y posición del macho

Horizontal. Vertical. Balanceado. De caída o de tope. Colgante o de cubierta.

23.37

PROPIEDADES DE LA ARENA PARA MACHOS

La arena para machos debe poseer las siguientes propiedades: a) Resistencia en verde adecuada para conservar su forma después de la remoción de la caja de machos y el transporte antes de la cocción. b) Alta resistencia y dureza en seco después de la cocción. e) Alto punto de fusión para soportar los efectos de la alta temperatura del metal fundido. d) Permeabilidad adecuada para permitir un escape fácil de los gases generados durante y después del colado del metal fundido. e) Debe ser capaz de impartir un buen acabado superficial liso a la superficie del macho. f) La arena para machos debe poder caer para que el macho se desmorone y se separe cuando se vaya a retirar de la fundición. g) El macho debe generar una cantidad mínima de gases durante el colado del metal fundido. h) Debe poseer buena capacidad para colapsarse para que el macho ceda fácilmente cuando la fundición se enfría y se contrae. Esto evita las grietas y las rasgaduras en caliente en las fundiciones.

Mácuinas de moldeo

311

i) Debe ser capaz de conservar sus propiedades du-

rante el almacenamiento. j) Debe ser capaz de resistir los efectos del metal fundido, como la erosión y el choque térmico. Los machos obtienen las propiedades anteriores mediante la adición del tipo y cantidad apropiada de aglutinantes, aditivos y agua, seguido de la cocción del macho. 23.38

HERRAMIENTAS Y EQUIPO DE MOLDEO

Se utiliza equipo especializado para llevar a cabo los diferentes procesos que se aplican en los talleres de fundición, en los cuales los moldes se forman de una de las siguientes maneras: a) Mediante la compactación del agregado alrededor

del modelo. b) Haciendo fluir el agregado sólo alrededor de la cara del modelo, como en el caso del moldeo en cáscara. e) Mediante la técnica del yeso o del revestimiento, por medio de la cual se logra el libre flujo del agregado líquido o en forma de lodo. El método de moldeo también depende de la naturaleza de los materiales de moldeo. Las herramientas y los equipos mecánicos incluyen varios tipos de máquinas de moldeo, lanzadoras de arena, máquinas para fabricar machos, equipo de cocción, cribas mecánicas, mezcladores de arena, transportadores mecánicos, equipo para manejo de materiales, etcétera. 23.39

MÁQUINAS DE MOLDEO

Las máquinas de moldeo, que se definen como artefactos o dispositivos que se utilizan para compactar arena para moldeo, se pueden clasificar como: a) Moldeadoras por compresión. b) Máquinas de percusión. e) Compresoras percusoras. d) Lanzadoras. e) Sopladoras. f) Máquinas de moldeo por diafragma. g) Máquinas de volteo. h) Máquinas para extracción de modelos.

312 Capítulo 23

23.39.1

Talleres de fundición

Compactación

Debido al incremento de trabajo que se realiza en a compactación de la arena ocurre un aumento progresivo de la densidad en masa de la misma. La densidad en masa límite se alcanza cuando ha ocurrido la compactación al punto en que los granos de arena entran en contacto uno con otro a través de toda la masa. La densidad en masa de la arena recién mezclada es de 1200 kg/m', mientras que en su límite varía de 2 500 a 2 800 kg/m3 Las propiedades mecánicas de la arena depende i en gran medida del grado de compactación. A medida que se eleva la densidad de la arena, aumenta su esfuerzo de compresión, su esfuerzo al corte, su esfuerzo a l 1 tensión y su dureza de molde. Para aumentar la dureza de la arena y sus propiedades, se realiza más trabaje. En el moldeo de arena en verde, ocurre el siguiente proceso interactivo. 1. Durante el proceso de compactación, tiene lugaun gran movimiento de la arena dentro de la caja de moldeo. 2. El empacado de los granos de arena y la minimización de los huecos para obtener la densidad er masa óptima. 3. El aumento de las propiedades mecánicas. Los cambios anteriores ocurren como resultado del trabajo que realizan las máquinas moldeadoras, que

Tabla 23.5

aumentan la dureza de la arena arriba de 90 y la compactan para obtener propiedades uniformes. En la tabla 23.5 se muestra la densidad en masa y el porcentaje de huecos de arenas que se utilizan comúnmente en los talleres de fundición. i) Moldeadora por compresión: Una máquina compresora emplea la presión del aire como medio para compactar la arena. La fuerza de aplicación de una compresora accionada neumáticamente se puede calcular mediante la fórmula 1rD2

F=P---W 4

donde F = fuerza total de compresión de la máquina P = presión neumática del cilindro D = diámetro del pistón del cilindro de moldeo W = peso del modelo, caja y otros accesorios La fuerza total que actúa sobre el molde se distribuye sobre toda el área superficial en la parte superior de la caja. Debido a que la presión de la máquina no puede exceder un límite, la fuerza de aplicación de una moldeadora por compresión depende de la presión y del área. Las dos compresoras utilizadas comúnmente en los talleres de fundición son las accionadas manual y mecánicamente. El modelo se coloca sobre la cama

Densidades y porcentaje de hue:os de algunas arenas características para moldeo.

Densidad en masa (kglm3)

Porcentaje de sólidos

Porcentaje de huecos

2400-2600

60-70

30-40

de combustibles; dureza de 70 a 85.

2200-2400

55-64

3.

La arena anterior, con dureza de 90 a 100.

36-45

2300-2500

58-66

4.

60 a 75 de finura, 12 a 16% de arcilla

Núm. 1.

Material Arena de sílice sin arcilla, que contiene 8 a 10% de bentonita, 4 a 8% de combustibles y 60 a 80 de finura.

2.

Arena que contiene 2 a 3% de arcilla, 7 a 9% de ben ton ita, 8 a 10% de agua, 50 a 65 de finura 7%

refractaria atemperada con agua y cribada Compactada a una dureza de 65 a 85

2000-2200

35-52

48-65

2200-2450

47-58

Compactada a una dureza de 85 a 95.

42-53

2400-2600

62-71

29-38

Densidad real de la sílice = 2 900 kg/m'

23.39

de la moldeadora, seguido de la caja de moldeo, como se muestra en la figura 23.28. El modelo se puede mover hacia arriba y hacia abajo por medio de la palanca provista en las máquinas. Cuando se termina el moldeo. la mesa del modelo se mueve hacia abajo y se retira la caja. La siguiente operación se lleva a cabo levantando el modelo y colocando el molde en suposición, vertiendo la arena y oprimiéndola con la compresora.

Figura 23.28

Compresión de la arena para compactarla.

ii) Máquina de percusión: También se le conoce como máquina de golpe, o percutora. La mesa de trabajo con la caja del modelo y la arena se eleva mediante un pistón accionado neumáticamente. Cuando el pistón, y consecuentemente la mesa, alcanza cierta altura, el aire debajo del pistón se libera súbitamente. La caída de la mesa contra la base de la máquina ocurre debido a la fuerza de gravedad. Este golpe produce el empaque de la arena para moldeo debido al trabajo realizado por la energía cinética de la arena que cae. La potencia de percusión producida debido a la detención súbita de la mesa, está dada por: Potencia de percusión = donde

Máquinas de moldeo

313

El número de veces que se realiza la percusión tiene un efecto marcado en el grado de empacado de la arena. Por lo general, de 15 a 20 percusiones son suficientes para una dureza de 80 a 1 OO. Las máquinas de percusión logran el empacado máximo en la superficie del modelo. Las máquinas de percusión son útiles para manejar muchos tamaños de caja. La tapa y el fondo se moldean por separado y se ensamblan para fundición. iii) Compresora y percusora: Estas máquinas utilizan una combinación de percusión y compresión para empacar la arena para moldeo. Una máquina de percusión produce una buena compactación alrededor del modelo de hasta 5 cm de espesor. Las compresoras producen buena compactación en la parte superior del molde. Cuando se utilizan en conjunto, se eliminan los defectos de cada una de ellas y se aprovechan los efectos beneficiosos de ambas. En realidad, ésta es la razón por la que las máquinas que combinan ambos efectos son más populares que cada una por sí sola.

o o

wv A

W = peso de la arena ( en kg) V= velocidad justo antes de la percusión (en m) A = área de percusión ( en m2)

Para una arena que pesa 2 200 kg/m ' y una carrera de percusión de 15 cm: Potencia de percusión =

Figura 23.29

Wxffgci A

2200 X

J2

Moldeadora percusora accionada

neumáticamente.

X

981

1 = 3740 kg-m/o vatios

X

.15

Primero se monta el fondo y se apisona apropiadamente en la máquina. Se nivela la arena y el fondo se voltea de cabeza y se esparce una delgada capa de arena divisora. Después se monta la tapa y la operación

314

Capítulo 23

Talleres de fundición

de moldeo se realiza primero apisonando entre la placa superior y la mesa de la máquina. Tanto las máquinas portátiles como las estacionarías se utilizan para comprimir y percutir. Para llevar a cabo las dos acciones separadas, las máquinas cuentan con dos cilindros y pistones separados. Los tiempos de operación de la máquina están bien sincronizados para dar el efecto deseado de percutido y comprimido, un) después del otro. El tamaño límite del molde que s~ puede utilizar depende del tamaño de la mesa, la máxima carga de percusión, la capacidad de compresión, l.1 altura del modelo, el soporte de...