Conformación por Fusión y Moldeo PDF

Conformación por fusión y moldeo  Conformación por fusión y moldeo Fundamentos de la fusión de metales El principio de la fundición es simple: Se Calentamiento Se vacía Al aire...

Conformación por fusión y moldeo  Conformación por fusión y moldeo Fundamentos de la fusión de metales El principio de la fundición es simple: Se Calentamiento Se vacía Al aire Gravedad Se deja funde el por encima de en un Enfriamiento la Tª de fusión Presión enfriar controlado metal molde  Conformación por fusión y moldeo Fundamentos de la fusión de metales Desbaste del metal excedente de la fundición. Limpieza de la superficie. Inspección del producto. Tratamiento térmico para mejorar sus propiedades Mecanizado final para lograr tolerancias y buen acabado superficial en ciertas partes de la pieza.  Conformación por fusión y moldeo Fundamentos de la fusión de metales Ventajas Desventajas Se pueden usar para crear geometrías muy Acabado deficiente de la superficie complejas (internas y/o externas) (Porosidad) Fabricación de piezas grandes ( >100 TN) Baja exactitud y precisión dimensional. Puede utilizarse cualquier metal que pueda Condiciones de trabajo de alto riesgo. calentarse y pasar al estado líquido. Problemas medioambientales. Algunos métodos de fundición son altamente adaptables a la producción en masa.  Conformación por fusión y moldeo Fundamentos de la fusión de metales Aplicaciones Técnica y tecnología: Bloques de motores, bancadas para máquinas, ruedas de ferrocarril, coronas dentadas, tuberías….. Comercial: joyería Arte y decoración: esculturas  Conformación por fusión y moldeo Fundamentos de la fusión de metales Molde: cavidad cuya forma geométrica determina la forma de la pieza final, se fabrican principalmente de arena, cerámica y metal. Abierto Tipos de Permanente Cerrado molde Desechable  Conformación por fusión y moldeo Fundamentos de la fusión de metales El metal líquido se vacía simplemente hasta Abierto llenar la cavidad. Una vía de paso llamada sistema de vaciado Cerrado permite el flujo del metal hacia la cavidad. El molde donde se solidifica el metal debe ser destruido para extraer la fundición. Desechable Se fabrican de arena, yeso o materiales similares que mantienen su forma, usando aglomerantes de varias clases. Consta de dos o más secciones que pueden abrirse para permitir la extracción de la parte terminada. Permanente Puede usarse muchas veces para producir fundiciones en cantidad. Suelen fabricarse de metal, material cerámico refractario. Las piezas de forma geométrica complicada se producen generalmente mediante procesos de molde consumible, ya que, en el proceso de molde permanente, la forma de la pieza se limita por la necesidad de abrir el molde. No obstante, los procesos de molde permanente tienen ventajas económicas en operaciones de alta producción.  Conformación por fusión y moldeo Fundamentos de la fusión de metales  Conformación por fusión y moldeo Fundamentos de la fusión de metales Fundición en molde desechable Fundición en molde permanente  Conformación por fusión y moldeo Fundamentos de la fusión de metales Factores que afectan la operación de vaciado de metal fundido  Temperatura de vaciado: es la temperatura del metal fundido al momento de su introducción en el molde. Es importante la diferencia respecto a la temperatura a la que empieza la solidificación (el punto de fusión para un metal puro, o la temperatura liquidus para una aleación) - Temperatura alta: genera óxido y porosidad gaseosa - Temperatura baja: falta de llenado.  Velocidad de vaciado: velocidad volumétrica a la que se vierte el metal fundido. - Velocidad muy lenta: el metal puede enfriarse antes de llenar la cavidad. - Velocidad excesiva: genera turbulencia.  Turbulencia: variaciones erráticas en la velocidad del flujo - Acelera la formación de los óxidos que pueden quedar atrapados durante la solidificación, degradando la calidad de la fundición. - Agrava la erosión del molde, desgastando las superficies.  Conformación por fusión y moldeo Fundamentos de la fusión de metales PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN Colada por gravedad: se llenan los moldes por el propio peso del metal fundido Colada por presión: se llenan los moldes impulsando el metal fundido por una fuerza exterior. - A mano - Moldeo en arena….…….. - Mecánicamente - Con terraja Colada por - Moldeo en materiales no - Al vacío gravedad metálicos………………………. - En cáscara - A la cera perdida - Moldeo en moldes permanentes - Poliestireno expandido (coquilla) Colada a presión - Fundición centrifugada - Fundición a presión  Conformación por fusión y moldeo FUNDICIÓN CON MOLDEO EN ARENA (Sand Casting)  Consiste en vaciar un metal fundido en un molde de arena, dejarlo solidificar y romper después el molde para extraer la fundición. http://www.youtube.com/watch?v=K8SYhISGxN4  Conformación por fusión y moldeo FUNDICIÓN CON MOLDEO EN ARENA (Sand Casting) 1. Molde desechable de arena de Sílice 2. Proceso de fundición más utilizado 3. Casi cualquier aleación 4. Piezas de geometrías complejas y amplio rango de tamaño  Conformación por fusión y moldeo Fundición con moldeo en arena: El MODELO  Define la forma externa de la pieza  Se fabrican de madera, fundición de hierro, aleaciones de aluminio, yeso, resinas epoxi.  Presenta dimensiones siempre mayores que las de las piezas, debido a: Contracción de los metales al solidificarse y enfriarse. Necesidad acabado de precisión por mecanizado posterior.  Debe preverse salidas adecuadas para extraer los modelos de los moldes  Conformación por fusión y moldeo Fundición con moldeo en arena: El MODELO a) Modelo sólido b) Modelo dividido  Fácil fabricación  División define  Dificultad localización localización plano de plano de separación separación  Producción baja cantidad  Producción cantidad moderada c) Modelo con placa de acoplamiento d) Modelo de doble placa  Fabricación más costosa Fabricación independiente de  Altos volúmenes de producción partes del molde  Agujeros placa facilitan alineación  Conformación por fusión y moldeo  Define la forma interior en piezas huecas y se insertan en la cavidad del molde antes del vaciado  Suelen fabricarse de arena compactada.  Debe incluir tolerancias de contracción y acabado al igual que el modelo.  Dependiendo de su forma puede requerir soportes (sujetadores) que mantengan su posición. http://www.youtube.com/watch?v=2m3IcKbWYG8  Conformación por fusión y moldeo Fundición con moldeo en arena: ARENA  La arena de fundición es sílice (Sio2) + silicato de alúmina hidratada (arcilla).  Sílice proporciona dureza y resistencia mecánica  Arcilla proporciona cohesión  La proporción típica (en volumen) es 90% de arena, 3% de agua y 7% de arcilla. Características (Indicadores de calidad de la arena): Resistencia: capacidad para mantener su forma y soportar la erosión causada por el flujo del metal líquido. Estabilidad térmica: capacidad para resistir agrietamiento o encorvamiento por el calor del metal fundido. Buenas propiedades refractarias: capacidad de resistir altas tª sin fundirse o degradarse. Retractabilidad: capacidad para comprimirse y dejar que la fundición se contraiga sin grietas. Reutilización: capacidad para reciclarse y ser usada en otro molde. Plasticidad: aptitud de la arena para reproducir la geometría del modelo. Permeabilidad: capacidad para permitir la ventilación del aire y gases de la fundición. Depende del tamaño de grano, contenido de arcilla y porcentaje de humedad. Granos grandes son más permeables pero los granos pequeños proporcionan mejor acabado superficial. + arcilla → + cohesión → - permeabilidad (dificulta paso de los gases ) + humedad → - permeabilidad Estas medidas son algunas veces incompatibles, por ejemplo, un molde con una gran resistencia tiene menos capacidad de contracción  Conformación por fusión y moldeo Fundición con moldeo en arena: ARENA Ejemplos: bloque de motores y colectores, bases de máquinas, Poleas, …  Conformación por fusión y moldeo FUNDICIÓN CON MOLDEO EN ARENA (Sand Casting) http://www.youtube.com/watch?v=2Qn0gZ86Xzg  Conformación por fusión y moldeo MOLDEO EN CONCHA O CÁSCARA (Shell Mold Casting) El molde es una concha delgada hecho de arena aglutinada con una resina termo fija. Etapas: 1) Modelo metálico con placa de acoplamiento se calienta y se coloca y se coloca sobre una caja que contienen arena mezclada con resina termofija; 2) la caja se voltea y deja caer la mezcla de arena y resina sobre el modelo caliente, la resina se cura en la superficie y forma una cáscara dura; 3) la caja se devuelve a su posición original y las partículas no curadas caen al fondo; 4) la cáscara se calienta en una estufa para completar el curado 5) se separa el molde del modelo; 6) se ensamblan las dos mitades del molde de cáscara, sujetadas por arena o granalla metálica, en una caja y se realiza el vaciado http://www.youtube.com/watch?v=Xar5r9Jm04g http://www.youtube.com/watch?v=44R2IbzTvt4 http://www.youtube.com/watch?v=rTg-BC1pL08  Conformación por fusión y moldeo MOLDEO EN CONCHA O CÁSCARA (Shell Mold Casting) Ejemplos de aplicación: válvulas, manguitos, árboles de levas,…  Conformación por fusión y moldeo PROCESO POR MOLDEO AL VACIO Utiliza un molde de arena que se mantiene unido por presión de vacío en lugar de un aglutinante químico.  Conformación por fusión y moldeo PROCESO CON POLIESTIRENO EXPANDIDO (lost Foam casting) Moldeo con arena compactado alrededor de un patrón de espuma de poliestireno que se vaporiza al vaciar el metal fundido dentro del molde. http://www.youtube.com/watch?v=BDZiZ9SmaKs http://www.youtube.com/watch?v=VhII8q4apiA http://www.youtube.com/watch?v=NheSwpYZs6s http://www.youtube.com/watch?v=We5ulxM0BNg Ejemplos de aplicación: fundiciones de motores de automóvil.  Conformación por fusión y moldeo FUNDICIÓN POR REVESTIMIENTO (Cera Perdida) El modelo, hecho de cera, se recubre con material refractario para fabricar el molde, después de esto, la cera se funde y evacua antes de vaciar el metal fundido. http://www.youtube.com/watch?v=XzebdP1Sv_4  Conformación por fusión y moldeo FUNDICIÓN POR REVESTIMIENTO (Cera Perdida) Ejemplos de aplicación: partes complejas de maquinaria, aletas para motores de turbina, piezas de joyería y accesorios dentales.  Conformación por fusión y moldeo FUNDICIÓN en MOLDE PERMANENTE por Gravedad (moldeo en coquilla) Se usa un molde metálico (acero o hierro fundido) construido en dos secciones que están diseñadas para cerrar y abrir con precisión y facilidad. http://www.youtube.com/watch?v=2xL2TJswuZg http://www.youtube.com/watch?v=4FLWYwframg Ejemplos: pistones, cuerpos de bombas, armamento (proyectiles).  Conformación por fusión y moldeo FUNDICIÓN en MOLDE PERMANENTE por Presión. Es un proceso de fundición en molde permanente que se lleva a cabo en Máquinas especiales, las cuales: 1. Inyectan el metal fundido en la cavidad del molde a alta presión 2. Mantienen cerradas las dos mitades del molde (fuerza de cierre) 3. Mantienen la presión durante enfriamiento y solidificación La fuerza de cierre limita el tamaño de la pieza Moldes: Provistos de placas donde se ha mecanizado la cavidad (una móvil y otra fija), fabricadas en acero de herramientas (aleados) o refractarios. Expulsores: sistema de extracción de la pieza Respiraderos: orificios de evacuación de aire y gases Sistema de refrigeración y lubricación. Cavidad única o múltiple. http://www.youtube.com/watch?v=SufKCjYRqh4 http://www.youtube.com/watch?v=e3SjtIOKzMA  Conformación por fusión y moldeo FUNDICIÓN en MOLDE PERMANENTE por Presión en 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. - Aleaciones de bajo punto de fusión (Zn, Sn, Pb y Mg) -Velocidad de producción alta (500 Piezas/h = tiempo de ciclo corto) - Presiones de 30MPa  Conformación por fusión y moldeo FUNDICIÓN en MOLDE PERMANENTE por Presión en Cámara fría La cuchara de colada vacía el metal líquido procedente de contenedor externo, para luego inyectarlo a presión. - Aleaciones de alto punto de fusión (Al, Cu, Mg y latón) - Velocidad de producción más baja que en proceso de cámara caliente - Presiones más altas que en proceso de cámara caliente (hasta 150 MPa)  Conformación por fusión y moldeo FUNDICIÓN en MOLDE PERMANENTE por Presión. Ejemplos de aplicación: carcasas, componentes para motores, herramientas de mano, juguetes,..  Conformación por fusión y moldeo FUNDICIÓN en MOLDE PERMANENTE - Centrífuga - Utiliza la fuerza centrífuga causada por una rotación para distribuir el metal fundido, se obtienen fundiciones de buena calidad, exactitud dimensional y buen detalle superficial. http://www.youtube.com/watch?v=ZxVA-htTunU http://www.youtube.com/watch?v=o-8d5b9u3H4 http://www.youtube.com/watch?v=1evxlKzqwcM http://www.youtube.com/watch?v=1J5cJIyQl50 Ejemplos de aplicación: Tubos, anillos, bujes,..  Conformación por fusión y moldeo DEFECTOS DE LA FUNDICIÓN Llenado incompleto: el material solidifica antes de completarse el llenado de la cavidad del molde Causas: 1) Fluidez insuficiente 2) Baja temperatura de vaciado 3) Vaciado muy lento 4) Sección transversal muy delgada Junta fría: Falta de fusión entre dos corrientes de metal. Causas: 1) Fluidez insuficiente 2) Baja temperatura de vaciado 3) Vaciado muy lento Solución: Correcto diseño del procedimiento y control de los parámetros de vaciado  Conformación por fusión y moldeo DEFECTOS DE LA FUNDICIÓN Metal granuloso o granos fríos: Las salpicaduras durante el vaciado hace que se formen glóbulos de metal que quedan atrapados en la fundición Causas: 1) Fluidez excesiva 2) Alta temperatura de vaciado 3) Vaciado rápido Solución: Un buen diseño del sistema y del procedimiento de vaciado tal que eviten las salpicaduras.  Conformación por fusión y moldeo Cavidad por contracción: depresión de la superficie o hueco interno debido a la contracción por solidificación en la última región que solidifica. Ocurre frecuentemente cerca de la parte superior de la fundición = Rechupe. Causas: 1) Diferencia de tª entre molde y metal fundido 2) Mal diseño de la mazarota Solución: diseño de espesores uniformes y evitar cambios bruscos de sección, colocar enfriadores (solidificación Direccional)  Conformación por fusión y moldeo Microporosidad: contracción por solidificación del último metal fundido en la estructura dendrítica. (Asociado a aleaciones) Causas: 1) Contracción por solidificación entre dendritas 2) Gases disueltos o productos de reacciones 3) Baja temperatura de vaciado 4) Vaciado rápido 5) Diferencia de Tª entre molde y metal fundido Solución: Correcto diseño del procedimiento y control de los parámetros de vaciado  Conformación por fusión y moldeo Desgarramiento o agrietamiento en caliente: ocurre cuando un molde, que no cede durante las etapas finales de la solidificación, restringe la contracción de la fundición después de la solidificación. Causas: Molde incompatible o inadecuado (geometría y/o material) Solución: buen diseño del molde y correcta elección de su material de fabricación.  Conformación por fusión y moldeo Sopladura: cavidad causada por gases atrapados durante el vaciado, pudiendo formarse en el interior o exterior de la pieza. Causas: 1) Fluidez excesiva (turbulencia) 2) Vaciado rápido  Conformación por fusión y moldeo Puntas de alfiler: similar al anterior, formación de numerosas cavidades pequeñas de gas en la superficie de la fundición o ligeramente por debajo de ella. Causas: 1) Fluidez excesiva (turbulencia) 2) Vaciado rápido Caídas de arena: irregularidad resultante de la erosión del molde durante el vaciado. Causas: 1) Fluidez excesiva (turbulencia) 2) Vaciado rápido 3) Mala compactación del molde  Conformación por fusión y moldeo Penetración: el metal líquido penetra en el molde. Después de la solidificación, la superficie de la fundición presenta una mezcla de granos de arena y metal. Causas: 1) Fluidez excesiva (turbulencia) 2) Vaciado rápido 3) Alta temperatura del metal 4) Mala compactación (grietas)  Conformación por fusión y moldeo Desplazamientos (molde y/o corazón): Causas: 1) Mal diseño del molde 2) Vaciado rápido 3) Desgaste de las fijaciones  Conformación por fusión y moldeo CONSIDERACIONES DE DISEÑO 1. Simplicidad geométrica (Buscar) 2. Espesor de sección (Reducir) 3. Esquinas y ángulos (Evitar) 4. Ángulo de salida (Prever) 5. Tolerancias de mecanizado (Prever)  Conformación por fusión y moldeo METALES PARA FUNDICIÓN La mayoría de las fundiciones comerciales están hechas de aleaciones más que de metales puros. Las aleaciones son generalmente más fáciles de fundir y las propiedades del producto resultante son mejores. Las propiedades de las fundiciones de acero son isotrópicas, es decir, su resistencia es prácticamente la misma en cualquier dirección, no así las partes formadas mecánicamente (por laminado o forjado). Las aleaciones de fundición pueden clasificarse en: Ferrosas: Aceros fundidos: Las propiedades mecánicas del acero lo hacen un material atractivo de ingeniería, sin embargo, se enfrenta a grandes dificultades: El punto de fusión del acero (1440 °C). es considerablemente más alto que el de los otros metales, a elevadas temperaturas, el acero se oxida fácilmente, así que deben usarse procedimientos especiales durante la fusión y el vaciado para aislar al metal fundido del aire.  Conformación por fusión y moldeo No ferrosas Aleaciones de Aluminio: se distinguen por su ligereza, fácil mecanizado, amplio rango de propiedades de resistencia Aleaciones de Cobre (incluyen al bronce y latón): tienen buena resistencia a la corrosión, apariencia atractiva, buenas cualidades antifricción. (accesorios para tubería, aletas de propulsores marinos, componentes de bombas y joyería ornamental). Aleaciones de Estaño: tiene el punto de fusión más bajo de los metales de fundición. Tienen buena resistencia a la corrosión, pero pobre resistencia mecánica. Aleaciones de Níquel: tienen buena resistencia a la corrosión y buen comportamiento en condiciones de funcionamiento con altas temperaturas (motores de propulsión a chorro, componentes de cohetes, escudos contra el calor). Aleaciones de titanio: son resistentes a la corrosión, sin embargo, tienen un alto punto de fusión, baja fluidez y es muy propenso a oxidarse a elevadas temperaturas, esto hace que el titanio y sus aleaciones sean difíciles de fundir.