ndice

Objetivos2Fundamento terico33.1 Fundicin33.2 Etapas del proceso43.2.1 Diseo del modelo43.2.2 Fundicin en arena43.2.3 Enfriamiento y solidificacin.53.2.4 Desmolde.5Procedimiento64.1 Equipos a Utilizar64.2 Materiales a utilizar64.3 Procedimiento64.4 Medida de la adhesin de arena por calcinacin.74.4.1 Procedimiento de medicin.7Clculos y resultados95.1 Medida de adhesin de arena por calcinacin en pieza 195.2 Medida de adhesin de arena por calcinacin en pieza 2105.3 Medida de adhesin de arena por calcinacin en pieza 2 parte total11Cuestionario12Conclusiones19Recomendaciones20

Objetivos

El presente laboratorio tiene como finalidad verificar el coeficiente de contraccin del aluminio (obtener el real), as como verificar los clculos relativos a la ubicacin del bebedero, mazarotas y empuje metalostatico para que no tenga defectos la fundicin

Fundamento terico

3.1 Fundicin

Fig.1 Colado del metal fundido.

Se denomina fundicin o esmelter (del ingls smelter, fundidor) al proceso de fabricacin de piezas, comnmente metlicas pero tambin de plstico, consistente en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica.(Fig.1)El proceso ms comn es la fundicin en arena, por ser sta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesin y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido. La fundicin en arena consiste en colar un metal fundido, tpicamente aleaciones de hierro, acero, bronce, latn y otros, en un molde de arena, dejarlo solidificar y posteriormente romper el molde para extraer la pieza fundida.Para la fundicin con metales como el hierro o el plomo, que son significativamente ms pesados que el molde de arena, la caja de moldeo es a menudo cubierta con una chapa gruesa para prevenir un problema conocido como "flotacin del molde", que ocurre cuando la presin del metal empuja la arena por encima de la cavidad del molde, causando que el proceso no se lleve a cabo de forma satisfactoria.Tambin se conoce como fundicin al proceso de extraer metales a partir de sus menas, que suele ser la etapa previa al moldeado metlico

3.2 Etapas del proceso3.2.1 Diseo del modelo

La fundicin en arena requiere un modelo a tamao natural de madera, cristal, plstico y metales que define la forma externa de la pieza que se pretende reproducir y que formar la cavidad interna en el molde. En lo que atae a los materiales empleados para la construccin del modelo, se puede emplear desde madera o plsticos como el uretano y el poliestireno expandido (EPS) hasta metales como el aluminio o el hierro fundido. Para el diseo del modelo se debe tener en cuenta una serie de medidas derivadas de la naturaleza del proceso de fundicin: Debe ser ligeramente ms grande que la pieza final, ya que se debe tener en cuenta la contraccin de la misma una vez se haya enfriado a temperatura ambiente. El porcentaje de reduccin depende del material empleado para la fundicin.A esta dimensin se debe dar una sobremedida en los casos en el que se d un proceso adicional de maquinado o acabado por arranque de viruta. Las superficies del modelo debern respetar unos ngulos mnimos con la direccin de desmoldeo (la direccin en la que se extraer el modelo), con objeto de no daar el molde de arena durante su extraccin. Este ngulo se denomina ngulo de salida. Se recomiendan ngulos entre 0,5 y 2. Incluir todos los canales de alimentacin y mazarotas necesarios para el llenado del molde con el metal fundido. Si es necesario incluir portadas, que son prolongaciones que sirven para la colocacin del macho. Los moldes, generalmente, se encuentran divididos en dos partes, la parte superior denominada cope y la parte inferior denominada draga que se corresponden a sendas partes del molde que es necesario fabricar. Los moldes se pueden distinguir:Moldes de arena verde: estos moldes contienen arena hmeda. Moldes de arena fra: usa aglutinantes orgnicos e inorgnicos para fortalecer el molde. Estos moldes no son cocidos en hornos y tienen como ventaja que son ms precisos dimensionalmente pero tambin ms caros que los moldes de arena verde. Moldes no horneados: estos moldes no necesitan ser cocidos debido a sus aglutinantes (mezcla de arena y resina). Las aleaciones metlicas que tpicamente se utilizan con estos moldes son el latn, el hierro y el aluminio.3.2.2 Fundicin en arena Comprende la compactacin de la arena alrededor del modelo en la caja de moldeo. Para ello primeramente se coloca cada semimodelo en una tabla, dando lugar a las llamadas tablas modelo, que garantizan que posteriormente ambas partes del molde encajarn perfectamente. Actualmente se realiza el llamado moldeo mecnico, consistente en la compactacin de la arena por medios automticos.Colocacin del macho o corazones. Si la pieza que se quiere fabricar es hueca, ser necesario disponer machos, tambin llamados corazones que eviten que el metal fundido rellene dichas oquedades. Los machos se elaboran con arenas especiales debido a que deben ser ms resistentes que el molde, ya que es necesario manipularlos para su colocacin en el molde. Una vez colocado, se juntan ambas caras del molde y se sujetan. Siempre que sea posible, se debe prescindir del uso de estos corazones ya que aumentan el tiempo para la fabricacin de una pieza y tambin su coste.Colada. Vertido del material fundido. La entrada del metal fundido hacia la cavidad del molde se realiza a travs de la copa o bebedero de colada y varios canales de alimentacin. Estos sern eliminados una vez solidifique la pieza. Los gases y vapores generados durante el proceso son eliminados a travs de la arena permeable.

Fig2. Vertido del material fundido.

3.2.3 Enfriamiento y solidificacin.

Esta etapa es crtica de todo el proceso, ya que un enfriamiento excesivamente rpido puede provocar tensiones mecnicas en la pieza, e incluso la aparicin de grietas, mientras que si es demasiado lento disminuye la productividad. Adems un enfriamiento desigual provoca diferencias de dureza en la pieza. Para controlar la solidificacin de la estructura metlica, es posible localizar placas metlicas enfriadas en el molde. Tambin se puede utilizar estas placas metlicas para promover una solidificacin direccional. Adems, para aumentar la dureza de la pieza que se va a fabricar se pueden aplicar tratamientos trmicos o tratamientos de compresin.

3.2.4 Desmolde.

Rotura del molde y extraccin de la pieza. En el desmolde tambin debe retirarse la arena del macho. Toda esta arena se recicla para la construccin de nuevos moldes. Desbarbado. Consiste en la eliminacin de los conductos de alimentacin, mazarota y rebarbas procedentes de la junta de ambas caras del molde. acabado y limpieza de los restos de arena adheridos. Posteriormente la pieza puede requerir mecanizado, tratamiento trmico.

Procedimiento

4.1 Equipos a Utilizar

Modelo (seleccionado la clase anterior mnimo 2 por grupo)Cajas de moldeoTabla de MoldeoHerramientas de moldeoTalco grafitoDuctos para bebederos

4.2 Materiales a utilizar

Arena de MoldeoArena para almas

4.3 Procedimiento

Se seleccin la caja de acuerdo al tamao del modelo Colocar en la tabla de moldeo la mitad inferior de la caja de moldeo ( previamente verificar y/o colocar un indicador para la posicin de las asas ) Ubicar el modelo ( si es entero ) o la mitad del modelo ( si es partido) en el centro de la caja Cubrir con talco o grafito la superficie del modelo Agregar la arena de contacto ( arena tamizada) aproximadamente que tape 5 cms al modelo Presionar manualmente la arena con la finalidad de aplicar la propiedad plstica de la arena Llenar la caja con arena de relleno Compactar con los atacadores Enrasar con una regla Voltear la caja y colocar la caja superior Colocar la otra mitad del modelo ( si es modelo partido) Ubicar el bebedero y la mazarota en las posiciones elegidas Se procede tal como en la caja inferior Una vez terminado el moldeo, se extraen los ductos del bebedero y mazarotas (si es que estas no son ciegas), se procede hacer la copa del bebedero Abrir la caja , extraer el modelo y colocar el las almas si es que las tienen Hacer el conducto de colada y los de las mazarotas Cerrar la caja teniendo cuidado que los indicadores de posicin de las cajas coincidan Con las agujas respectivas hacer los orificios para ayudar a la permeabilidad Colocar su caja en la zona de colada Tomar la temperatura de colada Sacar el producto Tomar las medidas obtenidas en su producto

4.4 Medida de la adhesin de arena por calcinacin.

Lo que se busca en esta parte es determinar que porcentaje de rea superficial de la pieza contiene arena incrustada. Ya que a mayor rea cubierta por la arena en la pieza, significa que las propiedades del molde son malas, debido a que permite mucho desprendimiento de arena.

4.4.1 Procedimiento de medicin.

Para la medida de la relacin de incrustacin, se utilizara el software Autocad, por el hecho que a la hora de la medicin de las reas de las piezas que contengan arena, el software presenta una mejor visualizacin para la determinacin de dichas reas. El procedimiento utilizado es el siguiente: Se fotografa la pieza a analizar (foto digital de preferencia). Luego se carga la foto en Autocad, mediante el men insert y luego la opcin Raster y Image, luego se elige la foto y se carga en la pantalla del programa, Se elige el comando polyline y se comienza a hacer el borde exterior de la pieza y luego se dibuja el borde interior. (Fig3)

Fig3 Trazado de la poli lnea en los bordes internos y externoINFORME MOLDEO Y COLADA[Escriba texto]Pgina 7

Luego con la ayuda del mismo comando polyline se procede a dibujar los bordes de las partes de la pieza que con tienen mayor cantidad de arena. A diferencia del otro mtodo para medir la relacin de incrustacin este es ms exacto ya que con el comando Zoom Window se puede hacer un mejor acercamiento a las reas que contienen arena y as poder dibujar mejor los contornos de dichas reas.

Fig 4 Trazado de la polilnea en las partes con arena.

Una vez dibujadas todas las reas se procede a determinar el rea de cada una de ellas con el comando rea, el cual se encuentra en la barra Inquiry.

Fig 5 Utilizacin del comando Inquiry.

luego se suman las reas de cada parte de la pieza que posee incrustaciones de arena y se divide entre el rea total de la pieza, la cual se saca de la misma forma como las reas antes mencionadas y este cociente se multiplica por cien y se tiene la relacin de incrustacin.Ric %= (A1+A2+An)x 100At

Clculos y resultados

5.1 Medida de adhesin de arena por calcinacin en pieza 1

Fig6 Incrustacin de Arena

Fig7 rea total

5.2 Medida de adhesin de arena por calcinacin en pieza 2

Fig 8 Incrustaciones de Arena

Fig 9 Calculo de rea externa

Fig 10 Clculo de rea total

5.3 Medida de adhesin de arena por calcinacin en pieza 2 parte total

Fig 11 Clculo de incrustaciones arena

Fig 12 Clculo de reas

Cuestionario

1. Teniendo en cuenta las caractersticas de su proyecto indique usted si la arena utilizada cumpli su objetivo. La arena no fue tan eficiente para nuestro proceso de fundicin, debido a que hubo pequeos desperfectos al momento de realizar los pasos para el moldeo y en la pieza acabada. Algunos de estos desperfectos se deben a que la arena nueva agregada a la arena antigua no cumple con la norma que es del 70% de arena nueva, es decir solo se agreg en menos porcentaje (de 10% a 30%). Adems la arena se desmoronaba para zonas delgadas y esquinas, esto se debe posiblemente por la falta de humedad y % de bentonita los cuales le dan mayor plasticidad y resistencia de compactacin. Las caractersticas tcnicas de la arena son: El problema de diseo en el proyecto es el deslizamiento y la movilidad de una arena de fundicin, gracias a los cuales llena todos los huecos del modelo. Otro tipo de defecto es la penetracin de metal, que es cuando el metal lquido penetra en la arena de moldeo. Esto provoca un acabado de superficie rugosa. Este causada por las partculas de arena que son demasiado gruesa, la falta de lavado del molde, o temperaturas de vertido que son demasiado altos.

2. Cules son algunos de los factores que afecta la fluidez de un metal fundido durante su vaciado en el molde?Los posibles factores que pueden afectar a la fluidez son:El sobrecalentamiento mejora la fluidez, es decir calentar el material a una temperatura mayor a la T de fusin del mismo.,La velocidad de vaciado, mientras ms lenta sea la velocidad de vaciado del metal fundido menor ser la fluidez., Las dimensiones del bebedero y la mazarota, Las caractersticas del metal fundido se describen frecuentemente con el trmino fluidez, una medida de la capacidad del metal para llenar el molde antes de enfriarse. La fluidez aumenta en forma inversa a la viscosidad, Los factores que afectan la fluidez del metal son la temperatura de vaciado, la composicin del metal, la viscosidad del metal lquido y el calor transferido a los alrededores. Una temperatura mayor a la de solidificacin del metal permite que el tiempo que demora este en solidificarse sea mayor cuando est entrando al molde, avanzando ms dentro de el. Esto tiende a agravar ciertos problemas como lo son la formacin de xido, la porosidad gaseosa y la penetracin del metal lquido en los espacios intersticiales de los granos de arena. La presencia de granos de arena en la superficie causa que esta sea ms rugosa y abrasiva que en otros casos,La composicin afecta a la fluidez en cuanto modifica la capacidad de solidificacin del metal. Ocurre que los metales que se solidifican a temperatura constante tienen mejor fluidez, este es el caso de metales puros y aleacioneseutcticas. Cuando la solidificacin ocurre en un intervalo de temperaturas, sucede que empiezan a solidificar ciertas partes o ncleos que en elntervantoobstruyen el paso del fluido disminuyendo la fluidez del metal. Tambin sucede que el aumento del calorde fusindel metal incrementa su fluidez por cuanto hace ms difcil la formacin de slidos durante la colada.

3. Indique si la ubicacin de los bebederos y mazarota cumplieron su objetivo.En nuestro caso se trabaj con una mazarota para cada pieza y pudimos observar el rechupe que se form en esta, La ubicacin del bebedero cumpli su objetivo de verter el metal fundido y su vaciadero fue lo suficientemente ancho como para que no se solidifique antes de que el metal liquido llenara por completo la cavidad del molde. En el caso de las mazarotas tambin cumplieron con su objetivo.

4. grafique la curva de enfriamiento de su proyecto.

5. Qu significa el trmino sobrecalentamiento?Es una condicin en la que un elemento se encuentra por encima de su temperatura de fusin (para sustancias puras en por encima de la T de evaporacin). Para los procesos de fundicin se debe fundir los metales a temperaturas mayores a su T de fusin para evitar la rpida solidificacin durante la colada el cual podra generar desperfectos en la pieza a fundir.El termino sobrecalentamiento se conoce como la diferencia de temperaturas que hay entre la temperatura a que se vierte el metal fundido al molde y la temperatura a la que comienza la solidificacin.

6. Indique el tiempo de solidificacin real.El tiempo medido en laboratorio fue 20 minSegn formula:

K=constante de solidificacinV=volumen de la piezaA=rea superficial

7. Identifique las tres fuentes de contraccin en una fundicin, despus de vaciar el metal.La contraccin principales en el proceso de fundicin son: La mazarota.- es la principal fuente de contraccin, el cual debe ser cuidadosamente ubicado, Volumen de contraccin trmica.- es el volumen que se deja para la contraccin que sufre el aluminio al disminuir la temperatura, El tiempo que se emplea en verter el metal fundido, La contraccin que ocurren en el proceso de fundicin son: Contraccin liquida durante el enfriamiento anterior a la solidificacin La contraccin del metal liquido durante el enfriamiento desde la temperatura de vertido hasta la solidificacin hace que la altura del lquido se reduzca de su nivel inicial, la cantidad de esta contraccin liquida por lo general es del 0.5%. Contraccin de solidificacin durante el cambio de fase de lquido a solidoEn primer lugar ocasiona una reduccin adicional en la altura del fundido. En segundo la cantidad de metal lquido disponible para alimentar la porcin central superior del fundido se ve restringida. En general esta es la ltima regin en solidificar y la ausencia de metal crea un vaco en esa ubicacin del fundido llamado como rechupe. Contraccin trmica de la fundicin solidificada durante el enfriamiento hasta la temperatura ambiente Despus que se solidifique experimenta ms contracciones de altura y dimetro, estas se determinan por el coeficiente de expansin trmica del metal, que en este caso se aplica a la inversa para determinar la contraccin.

8. Teniendo en cuenta que es una mezcla aluminio, calcule el coeficiente de contraccin real.

Pieza 1:Volumen del modelo: 662748.1719 Volumen de la pieza fundida:611053.8145 %Contraccin: 7.8%

Pieza 2:Volumen del modelo: 582927.47 Volumen de la pieza fundida: 539207.91%Contraccin: 7.5%

9. Califique usted la calidad de la pieza en funcin de la rugosidad y la relacin de incrustacin de la arena.Usando el programa autocad y con las fotos de la pieza, hallamos el porcentaje de rea con incrustaciones, el cual nos sale:%de incrustacin pieza 1 = 27.64%%de incrustacin pieza 2 = 27.98%de incrustacin pieza 2 total= 39.35%Lo cual nos muestra que esta pieza contiene rugosidad alta, indicndonos un mal acabado superficial.

10. Indique usted que factores influyeron en los parmetros anteriores y cules seran los ptimos Rugosidad superficial

Cantidad de Agua: Contribuye a una mejor adhesin entre los granos de arena, ya que si no existiera la cantidad de agua necesaria para la elaboracin de los moldes, sera imposible tener una buena reaccin entre el aglutinante utilizado y la arena.

Cantidad de Bentonita: Esta variable tiene la propiedad de ser un aglutinante, la cual permite que los granos de arena se unan, de no existir la cantidad necesaria para la elaboracin del molde, no se tendra una buena resistencia, provocando defectos en la superficie de la pieza.

Cantidad de Carbn Marino ; La presencia de esta variable en la elaboracin del molde, es necesaria debido a que es la que permite que la arena no se queme y se pegue en la superficie de la pieza.

Tamao de Grano; La superficie de la arena presenta una mayor separacin entre granos adyacentes, cuando el tamao de grano es grande, si el tamao de grano fuera ms pequeo la separacin entre granos que se tendra seria menor. Si la separacin entre granos adyacentes es grande, se tendr una mayor cantidad de defectos superficiales en la pieza; por el contrario si se tiene menor separacin entre granos adyacentes, la cantidad de defectos superficiales en la pieza ser menor.

11. Indique usted los defectos obtenidos en el proceso indicando la causa y la solucin. Disminucin de la rugosidad superficial

Para la disminucin de la rugosidad superficial se tiene que tomar en cuenta el grado de permeabilidad que debe tener la arena, ya que a menor grado de permeabilidad se tendr una menor salida de los gases a travs del molde y se provocara una ebullicin del metal lquido y la consiguiente formacin de sopladuras de la pieza. La permeabilidad queda establecida en funcin del volumen de los huecos existentes en una compactacin de arena. En consecuencia, depende de la forma, del tamao y de la distribucin de los granos, y es siempre mayor en una arena de granos gruesos que en una de granos finos. Una arena de granos muy uniformes (arena distribuida en un nmero limitado de planos adyacentes) es ms permeable que otra con igual ndice de finura que tenga los granos de tamaos menos uniformes. A partir de esto se ve que existe otra propiedad que esta directamente ligada con la formacin de la rugosidad superficial, dicha propiedad es el ndice de finura; ya que a mayor ndice de finura se tendr un mejor acabado de la superficie de la pieza. Y se tendrn dos casos: cuando la arena posee granos redondos un nmero menor de huecos se formaran al interior del molde, contrario a lo que se tendra si la arena posee granos angulosos, la cual deja formar un nmero mayor de huecos. Por lo tanto el grado de permeabilidad y el ndice de finura sern los indicadores, para saber si la rugosidad superficial disminuye o aumenta a partir de la relacin que existe entre la cantidad de agua, cantidad de bentonita, cantidad de carbn marino y tamao de tamiz. Para la reduccin del nmero de incrustaciones de arena en la superficie de las piezas se tiene que tomar en cuenta los procesos de tamizado, ya que si el proceso de tamizado de la arena no es lo suficientemente bueno, la arena que se utilizara en la elaboracin del molde estar contaminada con agentes que pueden tener afinidad por el metal liquido que pasara por las diferentes partes del molde, adems si el tamiz utilizado tambin es tal que se genera un tamao de grano demasiado grande posiblemente provocara un efecto de desmoronamiento cuando se de el paso del metal lquido. Entonces es en ese momento, cuando la superficie de la pieza entrara en contacto con los agentes contaminantes que estn presentes en la arena y se generan las incrustaciones. Tambin algunos residuos de metal que provienen de la fundicin de las piezas, se mezclan con la arena a la hora de destruir los moldes para extraer la pieza, esta es una de las fuentes principales de contaminacin. Otra fuente que genera incrustaciones en las piezas fundidas es el desmoronamiento de arena debido a un mal ndice de friabilidad, es decir, cuando en el recorrido del metal lquido golpea las paredes del molde se desprende cierta cantidad de granos de arena los cuales quedan atrapados en la pieza cuando el metal se solidifica. De lo anterior se puede decir que la medida del tamao de grano (proceso de tamizado) y la medida del ndice de finura, sern los indicadores, para saber si la adhesin superficial de arena disminuye o aumenta, a partir de la relacin que existe entre la cantidad de bentonita, cantidad de agua y tamao de tamiz.

12. Dibuje un diagrama que consigne el efecto de la temperatura de colada en relacin

La velocidad de enfriamiento

Tamao, forma de grano

Tipo de grano

Conclusiones

Calculamos la contraccin real del aluminio en base a los volmenes iniciales y finales cual nos sale aproximado 7.8 % y 7.5% Verificamos que el clculo previo del bebedero y mazarota eran aproximadamente los correctos ya que no se observ un rechupe muy grande. Verificamos en la pieza nos sali cola de ratn debido a que hicimos agujeros muy cerca al modelo Despus de la colada y el tiempo de espera en la solidificacin observamos que nuestra pieza tena bastante incrustaciones de arena lo cual muestra que nuestro modelo y la compactacin no era la adecuada adems cabe recalcar que la temperatura de aluminio al ingresar al molde de arena era muy alta alrededor de 910 grados lo cual pudo originar el tiempo de largo de solidificacin del aluminio Finalmente se concluye que contracciones reales son muy alejadas a lo indicados en tablas En los modelos, las contracciones no son uniformes en las diferentes partes. Se pueden obtener diferentes valores de contraccin debido a que el enfriamiento no es uniforme en todas sus partes. En los modelos las relaciones de incrustaciones son bajas eso implica que nuestro modelo es aceptable, porque para valores altos de relacin de incrustacin segn la teora, la pieza es defectuosa. Es necesario tener un buen tiempo de espera para no cometer errores en las mediciones de las dimensiones.

Recomendaciones

Se recomienda hacer medicines de la temperatura en el ambiente para verificar el grado de humedad de la arena Se recomienda verifcar la temperatura del aluminio antes de ingresar al molde Se recomienda cubrir con talco el molde para que no salga muchas incrustaciones Se recomienda medir todo el modelo antes de realizar el molde y verificar sus medidas finales Finalmente se recomienda realizar el modelo lo ms exacto posible y realizar el molde con la arena bien tratada que no tenga impurezas adems verificar los porcentajes de humedad y factores que puedan influir en formacin de defectos como la cola de ratn y rechupes, etc