ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZOFACULTAD: DE MECÁNICAESCUELA DE MECÁNICA

CARRERA: INGENIERÍA MECÁNICA

GUÍA DE LABORATORIO DE MATERIALES

PRÁCTICA No - (Preparación molde de arena para fundicion)

1. Datos Generales:

Nombre: Codigo:

Estefania Gusqui 6590Marco Rivera 6488

Fecha de realización: Fecha de entrega:

Jueves 23 de julio 2015 Viernes 31 de julio 2015

2. OBJETIVO(S):

2.1. GENERAL

- Conocer el procedimiento adecuado que se debe seguir para conseguir un molde de

arena óptimo para la fundición.

2.2. ESPECÍFÍCOS-

- Saber estimar las dimensiones correctas de los parámetros que intervienen en el molde,

como son las dimensiones del bebedero, canal de distribución, canales de alimentación,

el embudo o taza de vaciado, talón de caída, etc.

- Reconocer los ángulos de salida y saber preparar el molde en función de los mismos

para evitar inconvenientes durante el proceso de desmoldeo.

3. METODOLOGÍA

La construcción del molde de arena para fundición requiere ciertas características y criterios para su correcta construcción, los cuales serán mencionados posteriormente, el uso de estos nos permite obtener distintas geometrías las cuales pueden ser más adelante mecanizadas y tratadas superficialmente para obtener los resultados óptimos para su uso final.

4. EQUIPOS Y MATERIALES:

Arena previamente analizada y preparada para el moldeo

Marcos metálicos de moldeo

Equipo de moldeo (pisones, espátulas, cucharillas, martillos, humidificadores,

listones)

Modelos a fundir

Chatarra de aluminio

Combustible (diesel)

Equipo de fundición (horno, cucharas)

5. MARCO TEORICO:Diseño de una Pieza de Fundición.-

El proyectista, al idear la máquina, debe darle un cuerpo resistente y duradero, calculando por consiguiente, las diversas partes de la misma y , para transmitir sus ideas al constructor, realiza los diseños de conjunto y los detalles de cada pieza, debidamente acotados. A esta fase del diagrama de trabajo no sigue inmediatamente la fundición. Se puede seguir un método el cual puede ser el siguiente:

Ejecución del modelo.-

Después de las debidas comprobaciones, se debe elaborar un modelo de la pieza el cual puede ser hecho en madera por modelistas, o en metal por un mecánico especializado. En colaboración con el fundidor, el mecánico o el modelista construyen el modelo teniendo en cuenta el sistema de moldeo que adoptara el fundidor, el grado de contracción del metal y los espesores de mecanización. Si la pieza ha de tener un hueco interior el modelista hará también la correspondiente caja de machos, almas, núcleos u hoyos. Moldeo.-

Una vez comprobado el moldeo por el moldeador, quien debe hacer el molde o forma reproducción en negativo de la producción y las dimensiones de la pieza que ha de ser fundida.El molde puede ser: Perdido (transitorio).- En este caso el molde se hace comprimiendo arena de fundición alrededor del modelo colocando en el interior un bastidor adecuado llamado caja después de la colada, se levanta la caja y se rompe el molde para extraer la pieza. Para hacer otra pieza es necesario rehacer el molde.

Permanente.- En este caso el molde se prepara sin ayuda de modelo alguno labrando directamente en negativo la pieza en uno o varios bloques de metal (generalmente hierro fundido o acero ) que viene a constituirla coquilla que dura numerosas fundiciones algunas veces los moldes permanentes se hacen de yeso , de modo que sirvan para varias coladas con solo leves reparaciones cuando la pieza ha de tener huecos interiores el hoyero con la caja de machos u otros utensilio , hace los machos o hoyos convenientes.Retoque del molde.

Hecho el molde es necesario levantar la caja, extraer el modelo, perfilar y centrar las partes arrancadas, colocar los eventuales machos destinados a formar los huecos en el interior de las piezas , y volverlo a cerrar , incluso en los moldes de coquilla hay que colocar los machos (metálicos o de arena antes de cerrarlos de nuevo) .Esta operación recibe el nombre de retoque de molde o recomposición de la forma. Preparación del metal fundido.-

El metal se calentara a temperatura de fusión, es decir se reducirá del estado sólido al líquido .Esta operación puede realizarse en un horno de combustible o en un horno eléctrico, cada tipo de horno posee sus características, sus ventajas, sus inconvenientes, sus exigencias y sus aplicaciones particulares.

Colada.-

Cuando el molde esta repasado y cerrado sólidamente de modo que resista la presión metalostática se puede introducir en el mismo el metal fundido a través de uno o más aberturas de colada (bebedero) previamente dispuestos en el molde.Solidificación y enfriamiento.-

Después de la colada, se debe esperar que la pieza se solidifique y se enfríe en el molde. Las piezas pequeñas de molde especial, las que se vacían en moldes de coquilla, se solidifican y enfrían en pocos instantes. Las mayores, coladas en moldes de arena requieren algunas horas más o menos, según sus dimensiones en cuanto a las piezas macizas de gran tamaño no son accesibles a las operaciones posteriores más que al cabo de algunos días.Desmoldeo.-

Cuando la pieza se ha solidificado y enfriado hasta el punto de poder ser manipulada sin peligro, se procede al desmolde, bien se trate de coquillas o de cajas. Para realizar esta operación, después de levantar la caja se rompe el molde de arena con martillos o barras adecuadas. Los moldes permanentes de yeso y las coquillas metálicas solo han de abrirse ya que, después de sacada la pieza, deben ser utilizados nuevamente.Acabado.-

La pieza extraída del molde está áspera, tiene incrustaciones de arena y las rebabas que corresponden a las juntas de la caja o de la coquilla y lleva unidos todavía bebederos, cargadores y mazarotas. Es necesario pulir la pieza, desprender los bebederos y los cargadores, desbarbarla, limpiarla con el chorro de arena etc, al objeto de mejorar su aspecto y hacerla apta para los procesos sucesivos.Fundición del aluminio.-

La fundición de metales no ferrosos como el aluminio es fundamental para obtener piezas fundidas de buena calidad tanto en el interior como el exterior, debemos controlar el ingreso o la

forma como el metal ingresa a los moldes, ya que el proceso de llenado del molde por gravedad involucra altas velocidades del flujo y la mejor forma de controlarlo es mediante un sistema de alimentación bien diseñado. En los referente al diseño de sistemas de alimentación de piezas fundidas de aluminio,. No existe mayor información, pero de la poca información disponible, hemos tomado varias recomendaciones generales para tener una eficiente alimentación.

El sistema de alimentación debe contener suficiente volumen de metal fundido para satisfacer la demanda y distribuir de igual forma en la fundición.

Evitar cambios bruscos en la dirección del flujo y en las secciones del sistema de alimentación. El diseño del sistema de alimentación debe provocar la solidificación direccional. Utilizar sistemas no presurizados. Emplear bebederos con estrechamiento en la base. Llenar la cavidad el molde por debajo. Asegurar un llenado suave del molde, sin impactos ni remolinos, para evitar el

desmoronamiento del material del molde. Atrapar las inclusiones no metálicas que se entuent4an en la aleación líquida. Ayudar a evacuar aire y gases que se crean al descomponerse lo suficiente de la mezcla para

modelos. La velocidad de llenado no debe exceder los 150 cm/s

Algunas de estas recomendaciones tienden a producir algunos efectos, principalmente cuando no se llena completamente el sistema de alimentación, así el estrechamiento del bebedero se lo realiza con un cambio brusco de la sección transversal, probablemente se generará turbulencia, o distribución y alimentación, lo cual promueve algunas turbulencias y retardo en el llenado.Tomado en cuenta estas limitaciones, además es necesario tomar en cuanta ciertas sugerencias como:El metal fundido debería mantener contacto con el molde, principalmente cuando la velocidad del flujo es alta, evitando las zonas de baja presión y formación de burbujas de aire.La velocidad de flujo del metal debe ser reducida después del bebedero, llegando a los canales de entrada con velocidades bajas, de este modo evitaremos que se produzca turbulencia dentro de la cavidad del molde. [1]Partes de un molde.-

Partes de un sistema de alimentación. [1]

Vasija de vaciado. Entrada del metal fundido al molde.Bebedero. Conducto por el cual baja el metal fundido para la alimentación del metal al molde.Corredor alimentador. Vasija inferior que permite la entrada del material a la cavidad. En algún caso se coloca un rebosadero antes del corredor alimentador para que se atrape la escoria o partículas extrañas del metal fundido.

Rebosaderos. Son espacios que pueden ser ciegos o abiertos y que sirven para permitir que la escoria del material fundido flote y sea atrapada. También sirven para conocer si el material llenó en su totalidad la cavidad del molde.Partes de un sistema de alimentación.

EMBUDO DE COLADA.- Tienen la función de recibir el chorro de metal líquido fundido que se vierte de la cuchara, por lo cual es necesario que este se encuentre lleno de metal líquido durante el colada, esto para evitar que ingrese al interior del molde aire y escoria que produciría desperfectos en la pieza fundida.CANAL VERTICAL.- Es aquel por donde baja la corriente de metal líquido, este canal deber ser más angosto en su parte inferior con el fin de crear la presión piezométrica positiva en el sistema de alimentación. El diámetro del canal vertical si es cilíndrico puede estar entre 15 y 25 mm, o rectangular, de espesor entre 6 y 10 mm, dependiendo del tamaño de la pieza.TALON DE CAIDA.- Está ubicado bajo el bebedero o canal vertical, su función es permitir la expulsión de aire que ingresa al inicio del colado y además ayuda a proveer en forma continua de metal fundido al canal de distribución y poner ende o los canales alimentadores.[2]CANAL DE DISTRIBUCIÓN.- Es aquel que permite conducir el metal líquido a los distintos puntos donde se encuentra los canales de alimentación llenarán la cavidad del molde, además tienen la misión de frenar al líquido y retener la espuma de óxido. La posición transversal del canal de distribución de lo debe hacer en forma trapezoidal del mismo ancho que alto.CANALES DE ALIMENTACIÓN.- Esto canales suministran el metal fundido a la cavidad del molde, dicho suministro debe ser de forma suave, se encuentran situados en los puntos más profundo y menos espesor de la pieza, además la sección de los alimentadores deben ayudar a que la temperatura del metal fundido no descienda demasiado en el trayecto del canal de distribución de la moldura. La sección de los canales de alimentación puede ser rectangular. [2]La sección total del canal de alimentación para llenar un molde metálico se lo puede obtener a partir de la Ecuación de continuidad.

Q = flujo volumétrico del aluminio fundido (m3/s)A = área en punto dado del sistema de alimentación (m2)V = velocidad del metal fluyendo en este punto (m/s)La cantidad de flujo será la misma en todos los puntos del sistema de alimentación:

Como, V = volumen (m3)T = tiempo de colado (s)M = masa de la pieza (Kg)P = densidad del aluminio líquido (Kg/m3)Entonces la sección transversal total del canal o canales de alimentación lo podemos encontrar mediante la siguiente ecuación:

Salim. = Sección transversal total de los canales de entrada.M = masa del metal que debe llenar la moldura.V = velocidad de llenado.T = tiempo de colado.Mediante la ecuación de Bernoulli, se tiene la velocidad de entrada del metal a la cavidad del molde, partiendo de una velocidad inicial de cero, como se muestra en la figura, en su forma más simple:

v = velocidad del metal en el punto 2 (m/s)G = aceleración de la gravedad (9.8 m/s2)H = altura de presión o altura estática de cálculo (m)Entonces la sección transversal total de los canales de entrada es:

De esta ecuación no conocemos H, t, según Titov, podemos calcular dela siguiente manera:Para la colada a sifón: [2]

Para el cálculo de altura de presión del metal durante llenado [3]

H/ = altura del canal vertical desde el lugar deSuministro de la masa del molde (cm)C = altura de la moldura (cm)Para la colada por el plano de separación del molde:

Calculo del tiempo: Primero se procede al cálculo del coeficiente Cm que rectifica el tiempo que se va a tomar de la siguiente tabla con la siguiente formula:

Donde: se tiene las densidades y viscosidades del hierro y del aluminio.De ahí se dirige a la siguiente grafica y con el peso de nuestra pieza se bserva el tiempo requerido.

Diagramas para determinar tiempo de colado [3].Y se rectifica con el coeficiente Cm.

Luego dependiendo si es presurizado o no prezurizado el sistema se toman los siguientes factores para el calculo del canal de alimentacion y el bebedero.

Variación de las secciones de las partes de los sistemas de alimentación. [3]

6. PROCEDIMIENTO:

Moldeo:

Tamizar la arena que utilizaremos en los moldes en cantidad suficiente.

Ubicar los modelos dentro de las cajas de moldes, cuidando muchos detalles como su ubicación

y ángulos de salida.

Espolvorear un poco de arena seca sobre los moldes para evitar que se adhieran a la arena.

Cubrir totalmente los modelos con una capa de arena tamizada y pisonar firme y constantemente,

luego rellenar la caja con arena sin tamizar hasta los bordes, apretando siempre la arena con los

pisones.

Cuidadosamente voltear la caja y revisar detalles como los bordes de los modelos, y si es

necesario rebajar la arena adyacente a estos cuando posean dos ángulos de salida.

Espolvorear arena seca y ubicar la otra mitad de la caja.

Ubicar los listones para los bebederos y cubrir los modelos con una capa de arena tamizada,

apisonando constantemente. Completar el resto de la caja con arena sin tamizar.

Con ayuda de un listón retirar el excedente de arena de la caja y sacar cuidadosamente los

bebederos.

Destapar la caja y retocar los últimos detalles del molde de acuerdo con el modelo.

Con ayuda de un pedazo de tela, regar cuidadosamente agua en los bordes de los modelos sin

excesos.

Retirar los modelos de la arena muy cuidadosamente, ayudándonos con utensilios apropiados

para el efecto.

Elaborar los canales de alimentación si son necesarios.

Practicar en la tapa superior de la caja los embudos de colada y con ayuda de un fuelle

cuidadosamente retirar toda la arena suelta del molde y cerrar la caja lista.

Fundición:

Preparar y clasificar la chatarra de aluminio para la fundición.Cargar el combustible para el horno y encender este hasta alcanzar la temperatura adecuada.Empezar a cargar la chatarra mas fina y pequeña en el horno con ayuda de equipos de seguridad. Luego de un lapso de tiempo y revisando el horno, empezamos a introducir el resto de la chatarra.Abrir las cajas de los moldes y secar estos con ayuda de un quemador, luego de esto cerrarlas teniendo en cuanta la holgura de las cajas.Esperar a que la colada este en su punto óptimo. Colar en la cuchara previamente calentada. Verter la colada en los moldes cuidadosamente.Esperar un tiempo prudencial y desmoldar las piezas fundidas para su revisión y posterior acabado final

7. Resultados8. DISEÑO DE UN SISTEMA DE ALIMENTACION NO PRESURIZADO PARA

ALUMINIO

9.10. Fuente: www.reedmfgco.com. Llaves para tubos y trabajos pesados.

11. DATOS12.13.14.15.16. PROPIEDADES DEL ALUMINIO FUNDIDO A 720 °C

17.

18.

19.

20.21. PROPIEDADES DEL HIERRO FUNDIDO A 1596 °C

22.

23.

24.

25.26. Cm PARA EL TIEMPO DE COLADO

27.28. TIEMPO DE COLADO IDEAL29.

30.31. Figura 5

32.33. TIEMPO DE COLADO REAL34.35. AREA DE ALIMENTACION SIN TOMAR EN CUENTA LAS PÉRDIDAS

36.37.38. Debido a que con esta área calculada la velocidad nos resulta mayor a , se

procede a sugerir una mayor.39.40. DISEÑO DE LA SECCIÓN41.42.43.44. AREA DE ALIMENTACION TOMANDO EN CUENTA LAS PÉRDIDAS

45.46. Asumo la longitud del canal de alimentación47.

48.49. VELOCIDAD PROMEDIO EN CANAL DE ALIMENTACION

50.

51.52. NUMERO DE REYNOLDS EN EL CANAL DE ALIMENTACION

53. Diámetro Hidráulico:

54.55.

56.

5 mm

8 mm

57.

58.59.60.61.62.63. PÉRDIDA DE PRESIÓN METALOSTÁTICA EN LA ALIMENTACIÓN

64.65.66. CÁLCULO DE ÁREA DE ALIMENTACIÓN TOMANDO EN CUENTA LAS

PÉRDIDAS67.

68.

69.70.71.72. PARA UN SISTEMA NO PRESURIZADO SE TIENE LAS SIGUIENTES

PROPORCIONES 73.

74.75.76. COMO

77. ENTONCES

78.79. DIMENSIONES DEL BEBEDERO

80.81.82.83.84. DIMENSIONES DEL CANAL DISTRIBUIDOR

85.86.

87.88.89. DIMENSIONES DEL CANAL DE ALIMENTACION 90.

0,8 cm

1 cm

91. DISEÑO DE LA SECCIÓN92.93.94.95. DIMENSIONES DEL TALÓN DE CAÍDA

96.97.98.99. DIMENSIONES DEL EMBUDO DE COLADA

100.

101.102.103.104.105.106. LONGITUDES107.108.109.110.111. MAZAROTA112. Debido a la forma y tamaño de la pieza no se usará una mazarota.113. VOLUMEN NECESARIO DE ALUMINIO114.115.

116.117.

118.

119.120.121.122.123.124.125.126.127.128.129.130.131.132.133.134.

7,2 cm3,6 cm

4 cm

1,57 cm

0,5 cm

0,8 cm

135.136.137.138.139.140.141.142.143.144.145.

146. Fuente: Autor, modelación de los moldes de arena para fundición de aluminio mediante Solidworks 2013.

147. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

Describir en forma lógica las conclusiones a que conlleven la práctica y las recomendaciones que sean pertinentes

148. BIBLIOGRAFÍA:

Citar la fuente bibliográfica general, específica que sustentan la práctica con bibliografía existente en bibliotecas y debidamente actualizada.

ANEXOS

PlanosCuestionario de evaluación

Otros