Tema 2.3. Fundición en molde permanente y moldeos especiales PDF

1. Introducción Moldeo en arena  Destrucción molde  Series grandes  Coste de mano de obra elevado y tiempo de producción elevados Recurrir al uso de molde metálico permanente o coquilla Tiempos y costes unitarios (por pieza) bajos No requieren del uso de modelos Largas tiradas...

1. Introducción Moldeo en arena  Destrucción molde  Series grandes  Coste de mano de obra elevado y tiempo de producción elevados Recurrir al uso de molde metálico permanente o coquilla Tiempos y costes unitarios (por pieza) bajos No requieren del uso de modelos Largas tiradas para amortizar el elevado coste de los útiles (obtenidos por mecanizado) Alta precisión: detalles, tolerancias y rugosidad Aplicable a Materiales de BAJO PUNTO DE FUSIÓN: Al, Zn, … Clasificación Colada por gravedad Molde permanente Colada a presión (coquilla) Colada centrífuga 4 1. Introducción Coquilla metálica para el moldeo por gravedad Coquilla metálica para el moldeo a presión del aluminio 5 1. Introducción Machos de arena, yeso o metálicos. Extraídos mientras la pieza está aún caliente. Ritmo de producción alto  Sobrecalentamiento de la coquilla  Refrigeración mediante circulación de agua o chorros de aire comprimido. Fundición de hierro  Incorporar enfriadores  Partes metálicas que enfrían la fundición y logran temple parcial. 6 1. Introducción Proceso de colada Limpieza de moldes (soplado) y mantenimiento a Tª de colada Rociado de la superficie con lechada refractaria Inserción de machos y cierre Colada Extracción de la pieza 7 1. Introducción Ventajas frente a la colada en moldes de arena Rapidez  Mayor volumen Precisión en forma y magnitudes. Menos operaciones de desbarbado y mecanizado. Bajo coste Compacidad Mejores propiedades mecánicas Inconvenientes Número de piezas a fabricar sea suficiente  Rentabilidad. Piezas de tamaño pequeño y medio Aleaciones con punto de fusión no muy alto 8 2. Moldeo en coquilla por gravedad Aleaciones de bajo punto de fusión (principalmente Al) Características de las piezas:  Tamaño pequeño-medio  Precisión y buen acabado superficial  Mejores propiedades mecánicas y metalúrgicas que el moldeo en arena Moldes:  Acero aleado de alta calidad, mecanizado a la forma final (2 mitades)  Solidificación promovida mediante sistema de refrigeración mecanizado en el molde  Elementos similares a los de un molde de arena: Bebedero y sistema de alimentación, Mazarotas y Machos 9 2. Moldeo en coquilla por gravedad Pieza del cambio de velocidades del Alfa 156 fabricada en Aluminio mediante fundición por gravedad 10 3. Colada a presión Se introduce el metal a presión en molde permanente Solidificación rápida (pocos segundos). Sistema interno de refrigeración para reducir el tiempo de solidificación Sistema de extracción automática  Elementos móviles de precisión Utillaje complejo y de elevado coste Se necesitan máquinas El más utilizado en grandes series de aleaciones no férreas (Al y Zn principalmente) 11 3. Colada a presión Ventajas:  Llenado rápido y completo. Elevada producción a coste reducido  Reproducción fiel. Elevada precisión (0.1 - 0.01 mm)  Operaciones de mecanizado posteriores inexistentes o mínimas.  Elimina porosidad  Grano fino de buenas características mecánicas Inconvenientes: Desgaste de matrices Tipos de máquinas (según la forma de inyección del metal): Con cámara de De pistón sumergible Máquinas presión caliente De inyección por aire comprimido Fundición a De pistón vertical Presión Con cámara de presión fría De pistón horizontal 12 3. Colada a presión Colada a presión. Máquinas con cámara de presión caliente Con cámara de presión caliente También llamadas de “cuello de cisne” Para zinc y otras aleaciones de bajo punto de fusión (no atacan fácilmente ni erosionan los crisoles) Partes: Zona para el emplazamiento de la matriz o molde permanente. Horno o cámara de fusión incorporado a la propia máquina (fusión y conservación del metal líquido) Cámara de presión: El llenado del molde se realiza mediante un mecanismo inyector, total o parcialmente sumergido en la cámara de fusión que suministra la cantidad de material necesario para cada pieza 13 3. Colada a presión Colada a presión. Máquinas con cámara de presión caliente De pistón sumergible De inyección por aire comprimido 14 3. Colada a presión Colada a presión. Máquinas con cámara de presión caliente Ventajas: Control preciso de la temperatura del metal Ciclos cortos No se produce enfriamiento de la carga El metal fundido es sometido a una menor oxidación y a menos contaminantes provenientes de la exposición a la atmósfera Inconvenientes: Ciertas aleaciones (aluminio o de zinc-aluminio, magnesio, bronce) solo pueden ser procesadas en cámara fría. Mayores costes de mantenimiento 15 3. Colada a presión Colada a presión. Máquinas con cámara de presión caliente 16 3. Colada a presión Colada a presión. Máquinas con cámara de presión fría Con cámara de presión fría El sistema de inyección no se sumerge en el metal fundido El material se funde en horno aparte y se cuela en la cámara de presión mediante cuchara o dispositivo automático de alimentación El émbolo actúa, mediante presión hidráulica, inyectando la cantidad precisa de material en el molde Se introduce mayor cantidad de metal fundido en la cavidad del molde para compensar la contracción que se produce durante la solidificación 17 3. Colada a presión Colada a presión. Máquinas con cámara de presión fría Secuencia de operaciones: 1. Se cierra el molde y el metal fundido se pasa, mediante una cuchara de colada, al contenedor de la cámara fría. 2. El émbolo empuja el metal fundido hacia el interior de la cavidad del molde, donde es mantenido bajo presión hasta que se solidifica. 3. El molde se abre y el émbolo avanza, para garantizar que la pieza fundida permanezca en molde eyector. Los machos, si hay alguno, se retraen. 4. Los expulsores empujan la pieza fundida y la sacan del molde eyector, y el pistón retorna a su posición original. 18 3. Colada a presión Colada a presión. Máquinas con cámara de presión fría De pistón vertical De pistón horizontal 19 3. Colada a presión Colada a presión. Máquinas con cámara de presión fría 20 3. Colada a presión Ejemplos fundición a presión Aleaciones de Zn, Mg, Al, Cu  Zamak 21 3. Colada a presión Colada centrífuga Uso de la fuerza centrífuga para aumentar la presión sobre el metal líquido, por encima de la de la gravedad Modelos tubulares (tubos, cilindros, proyectiles, odontología, orfebrería) Purificación de los metales  Impurezas menos pesadas que el metal quedan en la zona interior  Se eliminan mediante mecanizado Interior hueco sin machos Grosor función de la cantidad de metal 22 3. Colada a presión Clasificación colada centrífuga Clasificación Centrífuga En moldes Semicentrífuga propiamente dicha centrífuga Eje Eje horizontal vertical 23 3. Colada a presión Colada centrífuga Centrífuga propiamente dicha Cualquier forma exterior. Obligatoriamente interior cilíndrico. Limitación de forma El hueco interior se obtiene sin machos El espesor depende de la cantidad de material introducido Eliminación de bebederos y mazarotas (95% rendimiento). Alta velocidad de producción. Purificación del metal (impurezas e inclusiones gaseosas en el interior). Mayor densidad y compacidad. 24 3. Colada a presión Colada centrífuga Eje horizontal Moldes giran en torno a un eje coincidente con el de simetría Dos ejes paralelos con dos o más rodillos Rodillo superior mantiene el molde adherido a los rodillos inferiores Cercos de arena aglomerada para impedir salida del metal. Moldes de arena o permanentes 25 3. Colada a presión Colada centrífuga Eje horizontal Colada de tubos Se desplaza el molde o el canal, espesor función de la traslación, se extrae con facilidad debido a la contracción, forma interior cilíndrica (si no, machos). forma exterior cualquiera (enchufes de tubos). 26 3. Colada a presión Colada centrífuga Eje vertical Curva de equilibrio (peso-centrífuga) Pequeña conicidad interior mecanizable Máquinas sencillas  ocupan poco espacio 27 3. Colada a presión Colada semicentrífuga Semicentrífuga Piezas con un eje de revolución (ruedas, volantes, anillos, cojinetes…) El metal se cuela por un orificio centrado en el eje. Parte central de baja calidad  Eliminar mediante mecanizado Requiere de machos y alimentador 28 3. Colada a presión Colada centrífuga en moldes En moldes (a presión en racimo) Pequeñas piezas en racimo Orificio de alimentación radial 29 4. Moldeos especiales Arena Modelo Cáscara Shaw recuperable Unicast Yeso Molde CO2 PROCESOS DE MOLDEO Cerámica desechable Microfusión Modelo perdido Moldeo con revestimiento Mercast Colada por gravedad Molde permanente Colada a presión (coquilla) Colada centrífuga 30 4. Moldeos especiales Moldeo en Cáscara (shell casting) Bronce, aluminio, latón, acero Superficies muy cuidadosas y gran precisión Moldes más ligeros y mejor escape de gases (reduce peligro sopladuras) Arena extrasilícea aglomerada con resina plástica termoendurecible Modelos buenos conductores de calor y resistir calentamientos y enfriamientos sin deformarse. Irán montados en placa 31 4. Moldeos especiales Moldeo en Cáscara (shell casting) cáscaras de arena Pieza de un sistema de frenado fabricada en aluminio mediante fundición en cáscara 32 4. Moldeos especiales Moldeo al CO2 Endurece los moldes y machos de arena sin necesidad de cocerlos Preparación del molde o macho como con arena en verde Se hace pasar CO2 que produce gel de sílice y endurece la arena Ventajas: No precisa cocer las arenas y evita la armadura de los machos Gran precisión de cotas Rápido y barato Inconvenientes: Los machos se desmoronan mal Las arenas son irrecuperables La arena una vez preparada, tiende a endurecerse con el CO2 del aire 33 4. Moldeos especiales Microfusión Modelos de material fusible (cera, parafina, resina termoplástica). Moldes de yeso, arena silícea, cerámica, etc. Origen en el moldeo sobre cera perdida Útil para piezas de alta precisión y complicados detalles Artística, odontología, orfebrería y pequeñas piezas. Tolerancias aseguradas hasta el 0.5 % , no inferior a 0.1 mm. 34 4. Moldeos especiales Microfusión Proceso - Formar el primer modelo metálico. - Hacer la coquilla (aleación de bajo punto de fusión) - Colar en coquilla cera, resina, etc para modelos secundarios - Soldar modelos secundarios. - Pulverizar o sumergir el racimo en sílice coloidal 35 4. Moldeos especiales Microfusión - Espolvorear con arena silícea fina - Recubrir con material de moldeo en una caja (dejar evaporar para endurecer) - Calentamiento moderado para eliminar la cera. - Cocer a alta T para obtener molde con superficie muy fina - Colar - Separar las piezas 36 4. Moldeos especiales Microfusión Ejemplos: Acero inoxidable austenítico : álabes para turbinas de combustión Acero rápido: fresas y htas complejas Piezas de acero común y aleado, de formas muy complejas: pedales, manivelas para las máquinas de coser, mordazas de llaves inglesas, piezas para armas, cerrojos, seguros, gatillos… 37 4. Moldeos especiales Microfusión Fundición por revestimiento de un rotor para turbina de gas integralmente colado: a) Ensamble del modelo de cera b) Cáscara de cerámica alrededor del modelo de cera c) Se vacía la cera y se llena el molde con la colada d) Rotor fundido en su forma final o casi final 38 4. Moldeos especiales Aplicaciones artísticas 39 4. Moldeos especiales Moldeo Mercast Utiliza mercurio en vez de cera Piezas de alta precisión con tolerancias muy estrechas 1) coquilla metálica con placa intermedia de machos 2) Colada 3) Enfriamiento de la coquilla a -75 °C 4) Separación de las placas intermedias 5) Unión de las dos mitades del molde sin placa intermedia, quedando los modelos de mercurio perfectamente adheridos por simple presión 6) Recubrimiento del modelo de mercurio congelado de un baño de papilla cerámica por inmersión 7) Al elevar a la temperatura ambiente se licua el modelo de mercurio y queda el recubrimiento de cerámica 8) A continuación se cuece el molde formado por el recubrimiento 9) Colada una vez rodeado el molde de arena para mejorar su resistencia 10) Pieza terminada. 40 4. Moldeos especiales Modelo perdido o espuma perdida (lost-foam casting) Fabricación del modelo en POLIESTIRENO Recubrimiento del modelo con refractario de alta calidad Recubrimiento posterior con ARENA SIN AGLUTINANTE Compactación por vibración Colada y solidificación Desmoldeo y acabado 41 4. Moldeos especiales Modelo perdido o espuma perdida (lost-foam casting) Reducción de costes y defectos por eliminación de aglutinantes Sin restricciones de forma: no hacen falta machos, salidas, superficies de unión, etc.  No hay desmodelado Amplia variedad de materiales de pieza (algunos problemas al fundir acero) Piezas de similar calidad a la fundición en arena verde 42