Etapas del proceso de fundición

Resumen

Se abordan las etapas principales del proceso de fundición. Se dan criterios sobre la elaboración de la tecnología de fundición y la plantilla. Se detalla en la preparación de las mezclas para moldes y machos, tantos en lo referido a sus composiciones, como en lo relacionado a su preparación; así como en el proceso de moldeo propiamente dicho. Se describe el proceso de elaboración de acero al carbono en cuanto a los componentes de carga y las etapas del proceso, al tiempo que se dan los aspectos fundamentales del proceso de vertido. Finalmente se describe el proceso de desmolde, limpieza y acabado de las piezas.

Introducción

La fundición es el procedimiento más antiguo para dar forma a los metales. Fundamentalmente radica en fundir y colar metal líquido en un molde de la forma y tamaño deseado para que allí solidifique. Generalmente este molde se hace en arena, consolidado por un apisonado manual o mecánico alrededor de un modelo, el cual se extrae antes de recibir el metal fundido. No hay limitaciones en el tamaño de las piezas que puedan colarse, variando desde pequeñas piezas de prótesis dental, con peso en gramos, hasta los grandes bastidores de máquinas de varias toneladas. Este método, es el más adaptable para dar forma a los metales y muchas piezas que son imposibles de fabricar por otros procesos convencionales como la forja, laminación, soldadura, etc.

El primer acercamiento del hombre con metales en estado natural (oro, plata, cobre) se estima que ocurrió hace 4000—7000 años a.n.e. Su verdadera acción como fundidor el hombre la inicio posteriormente, cuando fue capaz de fundir el cobre a partir del mineral.

El desarrollo en la obtención de productos fundidos se manifestó tanto en Europa como en Asia y África. Los romanos explotaron yacimientos de hierro en Estiria (Australia) de donde obtenían el metal para sus armas, instrumentos de trabajo y de uso doméstico. (A.Biedermann 1957)

Hoy en día los países desarrollados, al calor de la revolución científico-técnica contemporánea, acometen las tareas de mecanización y automatización, la implantación de nuevas tecnologías y el perfeccionamiento de las existentes.

Etapas del proceso de fundición

La posibilidad de fundir un metal o una aleación depende de su composición (fijada por el intervalo de solidificación), temperatura de fusión y tensión superficial del metal fundido. Todos estos factores determinan su fluidez. Se utilizan tres tipos de fundición(Gutiérrez 2007):

• En lingoteras: Se usa la fundición de primera fusión a la que se añaden los elementos de aleación necesarios que posteriormente se depositan en lingoteras de colada por gravedad o a presión.

• Colada continua: En este tipo se eliminan las bolsas de aire y las secreciones, tanto longitudinales como transversales. Mediante este sistema se obtienen barras, perfiles, etc.

• Fundición en moldes: Se extraen las piezas completas.

En este trabajo se utiliza el método de fundición en molde pues es el método más utilizado en el taller de fundición de empresa Planta Mecánica. hay que destacar que el proceso de obtención de pieza por fundición por diferentes procesos los cuales son(Ing.Ramon Garcia Caballero 1983):

Preparación de mezcla

• 1. Moldeo

• 2. Fusión

• 3. Vertido

• 4. Desmolde ,limpieza, acabado

Cada uno de ellos dispondrá de su respectiva tecnología y se desarrollaran como dos flujos de producción paralelos los cuales en determinado momento se unirán para darle forma y terminación a la pieza como se demuestra en el siguiente diagrama de flujo.

Figura 1. Esquema de flujo del proceso de fundición de piezas.

Preparación de la mezcla

Una mezcla de moldeo en su forma más simple es la unión de diferentes materiales capaces de producir un material de construcción con el cual se puede elaborar el molde o sea la cavidad donde se verterá el metal fundido. Cuando se preparan las mezclas para el moldeo de la plantilla elaboración de los machos, estas deben responder a determinadas exigencias impuestas por el proceso tecnológico como son: permeabilidad, resistencia en verde, resistencia en seco, plasticidad y otros, por lo tanto la selección de los materiales de moldeo responderá por tanto a determinadas normas, que depende fundamentalmente de la complejidad de la pieza y el peso de esta. Cuando algunos de los parámetros citados no corresponde a los admisibles se deben regenerar las propiedades de las mezclas corrigiendo su composición.

En el caso del molde, el mismo se elaborará con las siguientes mezclas:

• MC -1: Mezcla de cara para piezas fundidas de acero en base a arena de sílice y silicato de sodio para moldes y machos .Composición: Arena de Sílice 94% y silicato de sodio 6%. La cual ocupara en el molde en un 30%

• MR-1: Mezcla de relleno para moldeo de hierro y aceros su composición es: Arena de retorno 94%, bentonita 3%, agua hasta la humedad requerida y melaza3% la cual ocupara el 70%.de la mezcla que se constituye el molde.

Los machos se elaborarán con:

• MM-15: Para machos. Su composición es: Arena Sílice 94% y solución silicato- azúcar

6% (silicato de sodio 80% y azúcar a 4%).

Elaboración de la tecnología de fundición

Esta etapa resulta fundamental en la posterior obtención de un semiproducto sano. En el diseño de la tecnología, se debe valorar, la posibilidad de obtener la pieza fundida de la forma más económica, para ello se debe seleccionar el método de moldeo más correcto en dependencia del material y condiciones de trabajo de la pieza. En la empresa a desarrollar dicha tecnología se utiliza el moldeo a mano con la ayuda del pizón neumático. En el caso de la presente pieza, se realizará un moldeo en seco, con el proceso Silicato-CO2 se utilizarán dos cajas de moldeo una superior y otra inferior cuyas dimensiones serán 1250 x 1250 x 300/300 respectivamente. La caja de moldeo sirve para dar a la arena apisonada un sostén adecuado a fin que las partes del molde no se desmoronen, así como para poder ser transportadas sin dificultad.

Otro requisito a tener en cuenta a la hora de elaborar la tecnología es el plano divisor del molde y de la plantilla. Y la posición de la pieza durante el vertido. Dicha plano división se determinará según la forma de la pieza, las exigencias técnicas y las posibilidades técnicas del taller, se debe tener en cuenta también que la cantidad de divisiones del molde sea la mínima, siguiendo una forma geométrica simple. Deben ser mínima la cantidad de parte suelta de la plantilla y la cantidad de machos. El plano divisor debe asegurar la comodidad del moldeo y fácil extracción de la plantilla además que debe asegurar la salida fácil de los gases de los machos y cavidades del molde.

Se debe realizar el cálculo de las mazarotas y del sistema de alimentadores. Las mazarotas, los respiraderos y los sistemas de alimentación se utilizan para la obtención de las piezas de fundición blanca, de aleación de alta resistencia, como también para piezas con paredes gruesas de fundición, ellos sirven para alimentar las partes gruesas de la pieza.

Las mazarotas se disponen de tal manera que la masa fundida en ellas se solidifique en último término con el propósito de que vaya cediendo metal líquido a la pieza. En la pieza además hay que dirigir la solidificación desplazando el nudo (la parte más masiva) hacia la parte superior de la misma, siempre que sea posible o utilizando enfriadores, evitando aglomeraciones locales de meta. El espesor de la mazarota tiene que ser mayor que el espesor pieza de esta forma las cavidades por rechupe y las intensas porosidades que como resultado de la solidificación del metal ocurren se forman en la mazarota que es la última en enfriar y que posteriormente luego de solidificada la pieza se oxicortan y se desechan, quedando una pieza sana.

Los alimentadores son canales destinados a conducir el metal líquido directamente a la cavidad del molde. La sección de los alimentadores deben tener una configuración tal que la masa fundida llegue suavemente a la cavidad del molde, y se enfríe poco en el trayecto.

La pieza en análisis por su forma y diseño presenta una mazarota, un alimentador y un tragadero. Para determinar los mismos se realizaron los cálculos y esbozos de los elementos del sistema de alimentación, de las mazarotas, nervios, etc. los cuáles serán mostrados posteriormente.

Plantillería

En esta área, operarios de alta calificación y pericia elaboran en madera las plantillas con la configuración de la pieza fundida que servirán de modelos para elaborar la cavidad vacía del molde, que posteriormente se llenará con metal líquido.

Planta Arena

En esta área se preparan las mezclas con las composiciones adecuadas, en mezcladoras especiales para el efecto.

Moldeo y Macho

Es una de las áreas más compleja del proceso, en ella se elaboran se elaboran los moldes y los machos. Se pintan y se ensamblan dejándolos listos para el vertido del metal.

Fusión

Para poder vertir el metal en los moldes el metal debe pasar por un proceso de fusión en el cual se le elevará la temperatura hasta su punto de fusión llevándolo a un estado líquido y suministrándole determinados elementos los cuales llevaran a la obtención del metal deseado tanto acero, hierro fundido u otras aleaciones.

Un factor determinante en este proceso es la elección del horno. Existen varios tipos de hornos entre ellos tenemos:

• El cubilote: Es un horno utilizado en la mayoría de las fundiciones por razón del buen aprovechamiento de los combustibles, facilidad de maniobra y pequeños gastos en la instalación y conservación.

• Horno de reverbero: Indicado cuando se trata de fundir piezas de gran tamaño

• Horno de crisol: Tiene la ventaja de que se elimina el contacto del hierro con los combustibles ,pero a su vez es muy costoso y se emplea en fundiciones de alta calidad

• Horno eléctrico: Posee ventajas indiscutibles sobre cualquier otro tipo de horno como sencillez y rapidez de las operaciones, la ausencia de ventiladores, combustibles etc.

Es frecuente el empleo de este tipo de horno, con una capacidad nominal de 6.2 toneladas, de revestimiento básico con ladrillos de magnesita en la parte del crisol, en las paredes de cromo-magnesita y en la bóveda ladrillos de alta alúmina, un voltaje mayor de 240 V, con una corriente de 6 kA. Presenta una potencia instalada de 3 MW y un consumo tecnológico de 720 kWh/ton.

A modo de ejemplo se considera la obtención de acero AISI 1045, que presenta la siguiente composición química:

Tabla #1 Composición química del acero AISI 1045

:

El consumo de materiales para su obtención se muestra en la tabla #2

Tabla#2 consumo de materiales (ton/ton) para la obtención de 1045

Vertido

En la tecnología de vertido se tomarán en cuenta aspectos como el tipo de cuchara, temperatura de vertido, tiempo de mantenimiento del metal liquido en la cuchara y las particularidades de fundición de las aleaciones

Para el vertido o llenado de los moldes se utilizan las denominadas cucharas de colada las cuales presentan determinadas clasificaciones en el caso de nuestra tecnología será:

• Según transportación: Accionadas por grúas

• Según la inclinación de las paredes :Cilíndricas

• Según el tipo de volteo de la cuchara :Por medio de palanca vertical

• Según la forma del pico :Vaciado por debajo

El vertido se realizará con cierto sobrecalentamiento de la aleación por encima de la temperatura de liquidez, lo que favorece a la fluidez y mejora la capacidad de llenado del molde; sin embargo, el acero sufre variación en sus propiedades en mayor o menor medida en función de la temperatura, por lo que cada acero tiene un rango óptimo de temperatura de vertido.

Desmolde, limpieza y acabado

En el caso de la pieza a tratar al ser suministradas por fundición, en bruto, es necesario maquinarla para eliminar las desviaciones que puedan presentar, producto de las contracciones del material durante el proceso de fundición y la posterior normalización a que son sometidos.

Los Sprocket deben estar libres de rechupes, en caso de aparecer estos en la zona donde se eliminaron por oxicorte las mazarotas (Rechupe concentrado) se examinarán los mismos, si su profundidad no compromete el funcionamiento fiable de la pieza, se procederá a su reparación por soldadura. Las zonas reparadas por soldadura se reinspeccionarán verificando que estén libres de grietas y cumplan con los requerimientos de acabado

Conclusiones

• El proceso de fundición es un procedimiento complejo, el cual se desarrolla como dos flujos de producción paralelos, que en determinado momento se unen para dar forma y terminación a la pieza. Este consta de cinco etapas, las cuales son:

• 1. Preparación de mezcla

• 2. Moldeo

• 3. Fusión

• 4. Vertido

• 5. Desmolde ,limpieza, acabado

Cada una con su respectiva tecnología

Bibliografía

García Caballero, R. (1970).Guía Tecnológica de Fundición.

A. Biedermann, L. M. H.(1957). Tratado Moderno de Fundición del Hierro y del acero.

Askeland, D. R. (1998). Ciencia e Ingeniería de los Materiales .

Norma Técnica 600-9 (1970). Inspección, Reparación y Monta de Conductores de Caña y de Bagazo. M. d. l. o. I. A. d. Oriente.

Beltrán, G. M. (2010). "Investigación sobre el Procesamiento de los metales y sus aleaciones." from http://www.monografias.com/.

Gutiérrez, A. (2007). "Acero & Hierro." from http://www.monografias.com/

García Caballero, R. , I. A. G. R. (1983). Guía Tecnológica para el Proyecto de curso en Tecnología de Fundición II.

Leonardo Goyo Pérez, H. M. R. Tecnología de Fundición II.

Mecánica, E. P. (2010). Elemento de Máquinas para Transmisiones de Movimiento-SPUISITOROCKET-REQS. E. P. Mecánica.

Merino, C. M. S. (1985). Tecnología de Fundición I.

Autor:

Irina Moya Hayle,

Esther Mirian Hayle Cabrera,

Amado Cruz-Crespo