Colado

Procesos de manufacturación. Vaciado. Moldeado. Sistemas de alimentación. Cimeros. Laterales. Ciegos. Templaderas. Vaciado del metal. Limpieza. Acabado. Defectos de fundición. Aleación. Solidificación

  • Enviado por: Luis Guillermo López Martín
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 26 páginas

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EL COLADO.

La colada o vaciado es el proceso que da forma a un objeto al hacer entrar material liquido en un agujero o cavidad formado que se llama molde y dejar que se solidifique el liquido. Cuando el material se solidifica en la cavidad retiene la forma deseada. Después, se retira el molde y queda el objeto sólido conformado.

Los procesos se clasifican, primero, por la forma en la cual se hacen entrar los materiales a la cavidad del molde. Los sistemas básicos se realizan por gravedad y a presión. La segunda clasificación de los procesos de colada es según el material del molde. Este se puede hacer con arena y se destruye después de sacar el objeto o moldes fijos (indestructibles).

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS

DE COLADO, VACIADO, Y MODEADO.

Categoría

G

R

A

V

E

D

A

D

P

R

E

S

I

O

N

Procesos

Cera perdida

Moldeado en foso

Moldeado en piso

Moldeado en banco

Moldeado en cascara

Moldeado de cerámica

Moldeado centrifugo

Colado

Molde frío a la colada

Moldeo por inmersión

Resvestimiento, centrifugo

Arena

Centrifugo

Fundición a presión

Moldeo por inyección

Moldeo por soplado

Continua

Moldeo por com-presion

Moldeo por trans-ferencia

Moldeo por capas

Formación al vacío

Moldeado con presión directa

Soplado libre

Material del producto

Metales

Hierro y acero

Hierro y acero

Hierro y acero, metales no ferroso

Metales ferrosos y no ferrosos

Metales ferrosos y no ferrosos

Plástico, concreto y metales

Concreto

Metales no ferroso. Cerámica

Plástico, metal

Y

Caucho

Metal

Metal

Metal

Metales no ferroso, vidrio

Plástico, caucho

Plástico, vidrio.

Metales (acero, cobre y aleaciones de aluminio)

Plástico termocedurecible

Plástico termocedurecible

Plástico con fibra de vidrio.

Termoplástico

Termoplástico

Termoplástico

Material del molde

Arena o yeso

Arena verde

Arena verde

Arena verde

Arena curada

Arena curada

Metal

Acero o madera

Hierro y acero

Yeso

Metal

Yeso

Arena

Arena

Hierro y acero

Metal

Hierro y acero

Ninguno o guía de grafito.

Hierro y acero

Hierro y acero

Hierro y acero

Metal

Ninguno

Clase de molde

Unitario

Unitario

Unitario

Unitario

Unitario

Unitario

Permanente

Unitario o permanente

Permanente

Permanente

Unitario

Unitario o permanente

Unitario

Permanente

Permanente

Permanente

Permanente

Permanente

Permanente

Permanente

Permanente

Permanente

Ninguno

PRODUCTO TIPICO

Estatuas, partes de turbina,

Parte de maquinas, turbinas

Equipo industrial mediano a grande; bombas

Partes de motores, placas, herrajes.

Piezas de semipresión, engranes, parte de motores.

Partes de presión, troqueles aspas de rotor

Tubos, recipientes para basura, pelotas, juguetes.

Construcción, tubos bloques peldaños

Juguetes, figuras pequeñas, estatuas

Jarrones, platos

Mango aíslate para herramientas, globos de juguetes.

Joyas de fantasía, partes intrincadas de maquinas.

Tubos

Partes pequeñas.

Cabezas de maquinas de coser, manijas carburadores,

Mangos de caucho moldeados, ornamentos para autos

Recipientes de vidrio y de plástico

Alambres, varillas de formas intrincadas.

Partes eléctricas, engranajes,

Bases de transistores.

Cascos de lanchas, cajas de maquinas.

Blisters para empaque

Taladros.

Tapicería para vehículos.

Bóvedas para aviones y claraboyas

SISTEMAS DE COLADA.

Los sistemas de coladas son dispositivos necesarios para conducir el metal liquido a la cavidad del molde.

Los elementos básicos del sistema de colada, pueden apreciarse en el siguiente esquema donde se destaca:

  • COLADA O BEBEDERO: Conductor vertical a través del cual el metal entra en el canal.

  • POZO DE COLADA: sección usualmente redondeada al final del bebedero, utilizando para ayudar a controlar el flujo de metal que entra en la canal.

  • CANAL: sección comúnmente horizontal a través de la cual el metal fluye o es distribuido mediante entradas a la cavidad del molde.

  • PORTADAS O ENTRADAS: Canales secundarios variables en número de acuerdo al diseño de la pieza a través de las cuales el metal deja el canal para penetrar en la cavidad del molde.

  • CAVIDAD DE COLADA: Sección colocada en muchas ocasiones en la parte superior del bebedero de manera de darle facilidad al operador para mantener el metal dentro y permitir el flujo continuo, así mismo minimiza o evita la turbulencia y promueve la entrada al bebedero solo de metal limpio para ello usualmente emplean filtros.

  • FILTROS: Pequeños dispositivos empleados en la cavidad de colada en coacciones en el pozo de colada, de manera de separar la escoria del metal y de esta forma permitir un flujo de metal limpio.

  • OBJETIVOS DEL SISTEMA DE COLADA.

    Los elementos del sistema de colada antes mencionados permiten ejercer las siguientes funciones:

    • Llevar el metal liquido al molde de forma de llenar la cavidad.

    • Regular la velocidad de entrada del metal a la cavidad del molde.

    • Conducir los gases al exterior.

    • Introducir el metal liquido en el molde con la mínima turbulencia (erosión y absorción)

    • Establecer los mejores gradientes de temperatura.

    TIPOS DE SISTEMAS DE COLADA.

  • DIRECTO: Este sistema se emplea para las piezas muy pequeñas, su principal ventaja es la economía y la sencillez para su realización. En él se eliminan ciertos elementos básicos de los ya citados.

  • POR LA LINEA DE PARTICIÓN: Permite colocar el sistema de colada en las placas-moldeo y se puede provocar la solidificación direccional, colocando un cargador (alimentador de la pieza) entre el canal y la pieza. Su principal desventaja consiste en un sistema menos económico.

  • POR EL FONDO: En los cuales encontramos dos tipos el primero es en la línea de partición y el segundo por debajo de la línea de partición. Este sistema presenta desventajas por ser difícil de moldear y el metal de menor temperatura queda en la parte superior y no existe la mezcla requerida. Por lo general el sistema por debajo de la línea de partición se utiliza para poleas de masa muy grande.

  • SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN.

    El sistema de alimentación está formado por los cargadores o motajes y su utilización tiene como finalidad prevenir no sólo a formación de cavidades o rechupes, debido a la contracción del metal durante la solidificación sino también evitar diseños con exceso de metal y altos costos de limpieza.

    Un buen sistema de alimentación debe poseer suficiente metal u volumen para la compensar la contracción de solidificación, promover una solidificación direpcional hacia el cargador, es decir, éste debe solidificar de último de manera de llevar progresivamente la solidificación desde el interior del metal colado hasta una reserva de metal exterior a la pieza suministrada por el cargador. Debe ser económico o sea la relación en peso de la pieza con el sistema de alimentación debe ser satisfactoria, es decir, el peso de la pieza es directamente proporcional a la suma del peso de la pieza, el peso del sistema del colado y el peso del sistema de alimentación.

    Ejemplo: supóngase que va a fundir una barra de acero de ochenta centímetros de largo por cinco de ancho. Se observa que cuando se aumenta las dimensiones del montaje se producirán cavidades en un extremo, pues el acero en la otra parte solidificara al mismo tiempo que en donde se producen las cavidades. Por lo tanto se deberá usar motajes adicionales.

    'Colado'
    TIPOS DE SISTEMAS DE ALIMENTACION.

  • Cimeros: Se caracterizan por estar ubicados sobre la pieza. Ejemplo:

  • El cargador esta siendo utilizado también como un sistema de colada, éste es un método económico, muy utilizado en piezas pequeñas, la parte más caliente de metal quedará de ultimo evitando la formación de rechupes.

    Se utiliza un sistema de colada para vaciar el metal en el molde, la solidificación sigue hacia el cargador.

  • LATERALES: Son colocados generalmente entre la pieza y el sistema de colada. Ejemplo:

  • La solidificación es promovida hacia cargador ya que primero solidificará la pieza y luego el cargador.

    En cuanto a los dos últimos se observa que el cargador solidificará antes que la pieza y no podrá suplir el metal líquido cuando la pieza lo necesite al iniciar la contratación de solidificación, originándose rechupes con poros dentro de la misma.

    3. - CIEGOS: están introducidos dentro de la arena son sí siempre del tipo lateral. Ejemplo:

    TEMPLADERAS.

    Son unas series de sistemas para que la solidificación ocurra en la dirección deseada, bien sea hacia el cargador empleando los siguientes mecanismos:

    • Externas: Generalmente se utilizan en los canales de entradas o bocas; en las partes más delgadas de las piezas y en los puntos más alejados de las partes más compactas de las mismas. La siguiente figura muestra el corte de una caja de fundición de una brida, donde se observan los enfriadores internos, es decir, clavos de hierro con cabezas de dimensiones adecuadas, recocidos, desoxidados y estañados, dispuestos de modo que queden incorporados a la parte compacta de la pieza.

    • POLVOS EXOTERICOS: Generalmente se añaden al cargador. Uno de los más usados es la mezcla -aluminio térmico (aluminio y óxido de hierro), la reacción que se produce desprende calor y mantiene el cargador caliente, lo cual permite que solidifique de ultimo; la reacción que se produce es la siguiente:

    Fe2O3 -----------------Al2O3 + Fe + calor

    EL PROCESO DE COLADO.

    Una vez dispuestos en el molde los elementos de colada, son necesarias ciertas operaciones de acabado de molde previamente al vaciado del metal, de igual forma a posterior serán necesarias operaciones de desmoldeo, limpieza y acabado, antes de la obtención de las piezas de fundición.

    EL ACABADO DEL MOLDE.

    Este proceso no es más que la recomposición de la forma del mismo. Tratándose de cajas de moldeo pequeñas la operación es fácil y rápida, se colocan en las portadas las almas, fijándolas eventualmente con puntas o con apoyos, se limpian las cavidades con un pincel suave soplando con un fuelle o con un chorro de aire; se comprueba visualmente o con un calibre o una regla, la correcta disposición de cada parte y guiándose con las espigas de las cajas se superpone las superiores procediendo con cuidad; luego se sujetan con tirantes o grampas. Se cargan con lingotes y finalmente se produce a la colada.

    VACIADO DEL METAL.

    La practica común consiste en dejar correr el metal fundido del cubilete o del horno, hasta un cucharón receptor grande. El metal se distribuye, desde aquí, a cucharones para colar de dimensiones menores. Estos varían de tamaño desde los que puede manejar un solo hombre hasta los enormes cucharones movidos por grúa que contienen ciento de toneladas de material. Los fondos de los cucharones y los costados de los mismos grandes están revestidos de ladrillo refractario.

    El fondo y los lados de un cucharón están forrados por un revestimiento interior de arena y arcilla refractaria endurecidas por horneado. En talleres de producción y fundición pequeñas, los moldes se alinean en el piso conforme se va haciendo, y el metal es tomado entonces en pequeñas cucharas de vaciado. Cuando se requiere mas metal, o si un metal mas pesado es vaciado, se han diseñado cucharas para ser usadas por dos hombres. En fundiciones grandes que están comprometidas en la producción en masa de piezas fundidas, el problema del manejo de moldes y de vaciado de metal se resuelve colocando los moldes sobre transportadores y haciéndolos pasar lentamente por una estación de vaciado. La estación de vaciado puede ser localizada permanentemente cerca del horno o el metal puede ser traído a ciertos puntos por equipos de manejo aéreo. Los transportadores sirven como un almacén de lugar para los moldes, los cuales son transportados a un cuarto de limpieza.

    DESMOLDEO.

    Después que la pieza de fundición se ha solidificado y enfriado a una temperatura deseable para su manejo se procede al desmoldeo, que consiste en abrir el molde y quitar las piezas.

    Si el molde es de coquilla, para las pequeñas piezas en aleaciones de aluminio, de cobre o de cinc, las varias parte son montadas sobre guías de modo que actuando sobre palancas adecuadas a mono o adecuadamente, la coquilla se habré y la pieza puede ser extraída.

    Si el moldeo es en cajas, es preciso antes que nada librar a estas de los pesos de los cuales han sido cargadas y aflojar los tirantes y tornillos que las unen sólidamente; luego, abiertas las cajas a mono o con la grúa se extraen la pieza desprendida de la arena.

    LIMPIEZA Y ACABADO.

    Libres de las partes antes mencionadas, es decir, portadas, canales, bebederos y cargadores, las piezas pueden ser acabadas totalmente, es decir, limpiadas a mano con cepillo, con el chorro de arena u oro método más severo y luego rebanadas.

    Para limpiar las piezas de fundición se utilizan métodos severos, dependiendo del tamaño, género y formas de las piezas. El equipo más comúnmente usando es el rotatorio, molino cilíndrico de caída. Las piezas se limpian por la acción de la caída de unas sobre otras cuando el molino esta rotando, generalmente los equipos limpian de 30 a 45 kilogramos de pieza fundición gris y maleable en un tiempo de 5 a 8 minutos. Máquinas grandes de este tipo tienen capacidades por encina de una tonelada por carga. La máquina consiste en un barril de limpiado formado por un transportador de cortina continúo. El trabajo consiste en que debajo de la caída se localiza la unidad de soplado justo alrededor de la carga y un tiro metálico es soplado sobre las piezas de fundición.

    Después que se golpea la carga, el tiro cae a través de los agujeros en el transportador y es llevado con toda la carga a un separador y al almacén de tolva. Desde allí éstas son alimentadas a la unidad de soplado. La unidad es descargada por el movimiento en reversa del transportador de cortina. Un colector de impurezas es instalado con la máquina par eliminar polvos que originen un riesgo.

    Las unidades de soplado se pueden usar separadamente para la limpieza de fundición.

    Si los objetos son pequeños y mazisos se introducen al momento después del desmoldeo en cubas o cedazos junto con estrellas de puntas de fundición dura; después de unos minutos de rotación se paran las cubas y se descargan las piezas y completamente limpias.

    A las piezas medias y grandes con oquedades, es preciso quitarles la arena de los machos. Esto se hace a mano con cinceles, o puntas o barras vibratorias.

    Si la pieza es grande y pesada se deposita en un banco de parrilla, a ser posible con aspiración; aquí frecuentemente la pieza es cepillada con cepillos metálicos.

    La arena para las limpiadoras de chorro de arena debe ser cuarzosa de gramo conveniente y sin polvo; la presión de aire debe ser cerca de 6 Kg/cm2. La lanza de chorro de arena puede ser manejada también mecánicamente.

    En las piezas de fundición que van a ser planteadas o galvanizadas frecuentemente se hace la limpieza de éstas, en una solución de ácido diluido y luego se enjuagan en agua caliente.

    En complemento de estos procesos de limpieza muchas piezas de fundición requieren de un rebanado, el cual puede ser ejecutado con cinceles de mano o neumáticos, con limadoras, o con esmeril para eliminar la tez de fundición y cortar algunos defectos.

    INSPECCION DE LA PIEZA Y

    PROCESO DE ACABADO.

    INSPECCIÓN.

    Durante el curso de la limpieza y especialidades en el acabado del proceso se requiere la inspección de la pieza de manera de comprobar que el nivel de calidad de diseño se ha logrado y mantenido a través de todas las etapas del proceso de fabricación.

    La inspección entonces, comprenderá el conjunto de operaciones necesarias para chequear o comprobar la calidad de las piezas fundidas. Los procedimientos de inspección pueden ser clasificados de la siguiente manera:

    • Examen visual.

    • Control dimensional.

    • Control de especificaciones: el cual a su vez comprende:

    a.- análisis químico.

    b.- Evaluación metalográfica.

    c.- Ensayos mecánicos.

    d.- Ensayos no destructivos.

    El examen visual sirve para detectar ciertos tipos de defectos de fundición son inmediatamente descubiertos bajo una simple inspección ocular de las piezas tales como:

    • Faltas de unidad.

    • Deformaciones.

    • Superficies rugosas.

    • Rechupes.

    • Grietas.

    • Sopladuras extendidas al exterior y muchas más.

    Indudablemente que el método de inspección visual es más sencillo y más empleado de todos los métodos existentes, pero su confiabilidad depende exclusivamente de la experiencia y habilidad del operario inspector.

    En cuanto al control dimensional de fundiciones incluye las principales mediciones tal como se realiza en cualquier elemento de máquina. Calibradores, galgas de altura y de profundidad, calibradores pasa - no - pasa; niveles y en fin todos los instrumentos de mediciones dimensionales pueden ser utilizados en la comprobación de las medidas de las piezas fundidas. Algunas piezas se eligen a menudo según los procedimientos de control de la industria, con el fin de medir estas piezas deben de ser seccionadas.

    El control de especificaciones: incluye una serie de pruebas y ensayos variables de acuerdo a las piezas en fabricación y su nivel de calidad.

    En los aspectos que incluye este proceso tenemos que los métodos de:

    Análisis químicos

    Evaluación metalográfica

    Ensayos Mecánicos

    Ensayos no destructivo

    Pruebas de presión: Indispensables para piezas destinadas a contener líquidos, vapores o gases a presión. L a prueba se realiza de ordinario con líquido, usualmente agua por ser más económico, sin embargo, el petróleo y la bencina se emplean a veces para revelar porosidades y grietas pequeñas. Se somete la pieza a una presión hidráulica predeterminada según las especificaciones del material y se comprueba su resistencia en la misma.

    Inspección radiográfica: Sistema que permite poner de manifiesto defectos sólidos ocultos, internos sin destruir la pieza. Se basa en la percusión por los electrones emitidos por un filamento fijado al cátodo capaz de atravesar cuerpos opacos y de impresionar una laca fotográfica. Interponiendo la pieza a explorar entre la ampolla y un diafragma de platinocianuro de bario el cual se hace fluorescente, se verá proyectada sobre el diafragma la imagen de la pieza y las eventuales inclusiones o soluciones de continuidad serán reveladas por manchas.

    Examen magnético: Revela también grietas y soluciones de continuidad por pequeñas que sean. Se somete la pieza trabajada con la maquina - herramienta a un campo magnético y se rocía las zonas sospechosas con una suspensión de limaduras de hierro y aceite, cuando coinciden con un defecto, las líneas magnéticas se desvían y se condensan en el aceite, donde la limadura se agruma y revela por un trozo más oscuro el defecto.

    Ultrasonido: Se vale de un transmisor de ondas ultrasonoras, de un receptor y de un contador de los intervalos entre emisión y recepción. Las exploraciones pueden ser hechas por métodos de sombras o por métodos de ecos. En el primer caso el transmisor trasmite la onda ultrasonora y el receptor dispuesto bajo la pieza, la revela profundamente atenuada.

    DEFECTOS DE FUNDICIÓN.

    Todo taller o industria se preocupa por producir este porcentaje que representa una perdida de tiempo, material y de dinero. Por ello es importante:

    • Diagnosticar los defectos.

    • Eliminar las causas que los provoco

    • Evaluarlos en peso y en porcentaje respecto a la producción total y reguistrarlos en el estado estadístico de la producción.

    El diagnostico de los defectos es una labor muy ardua que requiere una gran experiencia en el arte de la fundición y de colados, ya que éstos son numerosos y cada uno de ellos puede ser provocado por muchas causas entre ellos tenemos los:

    • Atribuibles al modelo. Estos bienes dados por.

    Las superficies rugosas o ásperas: Este defecto en las piezas en seco resulta que la arena es poco refractaria o su grano es demasiado grueso o ha sido incompletamente secada o de que el negro humo es malo.

    Penetraciones: Son causadas por un metal fluido que va ha llenar los intersticios entre los gránulos de la arena de moldeo sin separarlos. Para evitar este defecto es preciso revisar el diseño de la pieza, el modelo, la caja, el molde, los elementos de colada, etc., a fin de evitar concentraciones de calor sobre las partes delgadas del molde y del macho, de la misma forma asegurar un atacado uniforme y de acuerdo de la arena en todo punto del molde.

    Piezas corridas o machos levantados: Las piezas corridas se producen generalmente cuando las placas modelo están mal confeccionadas o las cajas están mal niveladas; en el caso de machos es por su mala colocación, por soportes insuficientes o por una arena defectuosa la cual puede reventarse y producir hueco.

    Grietas o rajaduras: Se verifican especialmente en las nervaduras, en los radios, en las piezas delgadas - huecas, etc. Depende del modo particular del diseño de las piezas, de la composición del metal, de la rigidez del molde de los elementos de colada etc.

    • Defectos atribuibles al metal liquido o practica de fusión: Entre los defectos atribuidos tenemos:

    Piezas incompletas o con costuras: Estas piezas surgen cuando el metal no llena por completo el molde o con costuras por interrupciones parciales; se debe fundamentalmente a la falta de fluidez del metal, muchas veces por temperaturas bajas, en ocasiones puede producirse por salida de aire y gases influyentes, composición química, equivocada, etc.

    Sopladuras: Se trata de burbujas esféricas o aplanadas de superficie lisa, provocadas por gases disueltos en el metal que se escapan en el acto de la solidificación, o en gases o vapores que se forman en el molde o al contacto de éste con el metal y que, a causa de la escasa permeabilidad del molde tratan de encontrar un paso a través del metal líquido donde queda aprisionado en el acto de la solidifación. A menudo las sopladuras son provocadas por machos rodeados por gran cantidad de metal y por eso, aunque permeables con escasa posibilidad de dirigir todos los gases.

    Inclusiones de escoria: Se producen cuando cuerpos extraños son arrastrados por el metal durante la colada o arrancados de molde y permanecen aprisionados en el mismo metal seguidamente a la solidificación de la pieza. De ordinario las inclusiones dado el menor peso especifico del material que la forma, se encuentra en la superficie superior de las piezas.

    Rechupes: Son cavidades con paredes recortadas por la presencia de dentritas formadas durante la solidificación. Fundamentalmente se debe a la mala ubicación de los cargadores, o a un dimensionado incorrecto de los mismos.

    LA COLADA DE LOS METALES Y

    ALEACIONES

    CONFORMACIONES DE LAS ALEACIONES.

    • Por colada del metal liquido y molde, lo cual constituye la fundición o moldeo.

    • Por conformación de polvos sólidos médiate compresión y calentamiento.

    • Por tratamiento mecánico en estado sólido (forja y en laminación de los lingotes obtenidos por colado).

    La colada es una operación de gran importancia porque representa el nacimiento del estado sólido del metal.

    Las aleaciones se preparan de los siguientes las siguientes formas:

    a.- Por elaboración directa: Este es el caso de la fundición (aleación del hierro y el carbono), de los aceros al carbono y de ciertas aleaciones del níquel y el cobre (monel).

    b.- Por adicción en ciertos elementos del metal base en estado de fusión. Hay que considerar que la preparación de una aleación constituye una verdadera reacción química. El hecho de mezclar dos metales fundidos, a la misma temperatura, provoca una variación de temperatura que puede ser algunas veces de algunos centenares de grados.

    SOLIDIFICACIÓN.

    La solidificación presenta una gran variedad de posibilidades para su realización pudiendo mencionar como las más relevantes:

    • Generalidades: Es el mecanismo de solidificación de los lingotes o piezas moldeadas da lugar a la aparición de ciertas particularidades en las características del metal. A causa de la anisopropia inevitable del enfriamiento puede surgir:

    a.- una orientación de los cristales, es decir, la textura de orientación.

    b.- una heterogeneidad de composición química, es decir, su textura.

    c.- Una distribución particular de las impurezas no solubles en el sólido.

    • Aparición de los gérmenes: La solidificación de un metal o de una aleación se realiza por una aparición de gérmenes cristalinos y el crecimiento de estos gérmenes en el seno del liquido. La textura de la solidificación depende a la vez del numero de estos centros de cristalización de una de las formas como han podido desarrollarse.

    • Aspectos en los cristales que se desarrollan en un liquido Se observan dos tipos de crecimiento:

    a.- Crecimiento dentritico: Se produce cuando existe una sobre fusión delante del frente de la solidificación. Los cristales dentriticos serán observables en ciertos casos:

    - Cuando es primaria, es interrumpida por la solidificación de un eutectico. Es por ese motivo que se pueden observar contorno dentriticos en la aleación de aluminio y silicio y en la fundición.

    - Cuando la solución es sólida no es suficientemente lenta para que produzca una uniformizaron de las concentraciones, los edificios detritos tienen una concentración variable desde el eje de las ramificaciones hasta la periferia.

    • Textura de solidificación: Esta conformada por la orientación y dimensiones de los cristales siendo la germanización heterogénea, la dimensión de los cristales, que esta relacionada con él numero de centros de cristalización, dependerá de la pureza del metal y de la presencia de inclusiones o de burbujas gaseosas, pero hay otros factores que también influyen en los tamaños de los granos:

    a.- La temperatura alcanzada y la duración del calentamiento en estado liquido que tienden a disminuir los gérmenes susceptibles.

    b.- La repetición de las funciones que actúan en un mismo sentido.

    c.- La presencia de impureza, que acrecienta él numero de gérmenes y puede incluso modificar las formas de los granos, es por este motivo que las adiciones realizadas en las fundiciones pueden orientar la cristalización del grafito hacia formas nodulares.

    d.- La agitación del liquido durante la cristalización.

    e.- La no-agitación del liquido en la cristalización.

    - La temperatura es aproximadamente en toda la masa, se trata de una solidificación isotérmica con un gradiente de temperatura nulo o muy pequeños. Los cristales nacen simultáneamente en toda la extensión, sin orientación privilegiada y crecen uniformemente en todas las direcciones.

    - Cuando los enfriamientos se realizan muy rápidamente a partir de una única pared, existe un gradiente de temperatura importante en sentido perpendicular a dicha pared.

    Otro aspecto que involucra la textura es el de heterogeneidad que son aleaciones utilizadas industrialmente. Durante la solidificaron, la composición del sólido es distinta de la del liquido. Esta heterogeneidad subsistirá ya que en los tiempos dedicados al enfriamiento nunca serán suficientemente largos para obtener una homogeneización del sólido.

    Texturas de impurezas: Son rechazadas hacías las ultimas zonas que solidifican las fases oxidadas (escorias), las fases semi-metalizadas (sulfuros) insolubles en él liquido que en el estado sólido. También se distingue:

    * Una segregación menor o dendritica: las impurezas refluyen hacia el contorno de los granos.

    * Una segregación mayor en el ámbito de la pieza: impurezas y los gases se reúnen en las ultimas partes que se solidifican.

    LA COLADA DE LOS LINGOTES.

    Para, lograr tener un mayor conocimiento del proceso de colado, estudiaremos detalladamente las coladas de lingotes, que no son mas que aleaciones distinadas a tratamientos mecánicos que se realizan siempre en lagoterías, las cuales tiene doma tronco piramidal de base cuadrada, con una pendiente de 2 a 3 %. Las lingoteras son de metal si la aleación es fácilmente fusible y de acero recubierto interiormente con refractario silico-aluminoso si la aleación funde a temperatura elevada. El peso de los lingotes es extraordinariamente variable, entre 5 y 70 toneladas. Los lingotes tienen cierta particularidad que serán estudiadas a continuación:

    RECHUPES.

    El origen del rechupe esta en la variación de volumen que se produce en la solidificación. Para todos los materiales y aleaciones, excepto para el bismuto, esta variación de volumen consiste en una contracción. Hay que advertir que en el caso de las fundiciones grises, es decir, aquellas que contienen grafito, esta variación de volumen es positiva causa de la cementita.

    Fe3 C —————3Fe + C

    El enfriamiento de los lingotes se realiza de una manera heterogénea. La evaluación del calor es mucho más rápida a través de las paredes laterales y de la parte inferior; como consecuencia, el liquido tiende a descender en la lingotera a medida que avanza la solidificación, creándose en la parte superior una deflexión de la superficie.

    Esta deflección da lugar a un rechupe al final de la solidificación. La cavidad de rechupe puede no ser visible desde el exterior, puesto que el metal puede haberse solidificado en la superficie. La ventaja de la lingotera tronconica es de rechazar la cavidad del rechupe hacia la parte superior y hace que salga al exterior, con una lingotera de forma inversa, el rechupe tendría tendencia a quedar encerrado dentro del lingote.

    La formación del rechupe se debe al hecho de que las isotermas son sensiblemente paralelas a la superficie exterior del lingote. Si se somete el lingote a un enfriamiento unilateral por ejemplo un enfriamiento energético por medio de una placa de cobre enfriada por agua en la base del lingote, las isotermas quedan rectificadas y no aparece el rechupe.

    Los especialistas han buscado formas de eliminar el rechupe, puesto que cuando se produce obliga a desperdiciar la parte superior de lingote en un tercio aproximadamente de su longitud. Se ha propuesto varias soluciones:

    • Actuar sobre la alimentación, es decir, alimentar el lingote durante la solidificación.

    • Mantener caliente la cabeza de los lingotes durante la solidificación, sea por medio de una mazarota calefactora colocada encima de la parte superior, sea provocado un recalentamiento por medio de un cartucho de aluminio térmico, untado de soplete, un arco eléctrico o calentamiento de las altas frecuencias.

    TEXTURA.

    El ataque micrográfico de un corte transversal del lingote revela generalmente tres zonas distintas:

    a.- La piel que es una zona muy delgada que se solidifica rápidamente en contacto con la pared fría de la lingotería. Siendo muy numerosos centros de cristalización, el crecimiento de los cristales pronto queda detenido; los cristales formados son equiaxiales y muy pequeños y tienen una orientación cualquiera.

    b.- La zona balsática es el resultado del crecimiento preferente de ciertos cristales. El diámetro de ciertos cristales crece generalmente desde la periferia hacia el centro, a consecuencia de la eliminación de los cristales orientados menos favorables. Este fenómeno esta relacionado con la velocidad de desplazamiento de la isotermía de la solidificación en el propio lingote. En un instante dado, las distintas isotermas de la solidificación en el propio lingote son sensiblemente paralelas a la superficie exterior.

    c.- La zona central de solidificación equiaxial puede considerarse como el resultado de la existencia de la sobrefusión constitucional y uniformización de la temperatura en el corazón del lingote al final de la solidificación. En efecto, a medida que la inter-caras, solido-líquido se desplazan a partir de dos partes opuestas del molde, las dos regiones de sobrevino constitucional se acercan y acaban de superponerse. Al mismo tiempo, el gradiente de la temperatura se hace débil. Por consiguiente, el liquido que queda alcanza un grado de sobrefusión tal, que la germanización vuelve a producirse. Los gérmenes que entonces aparecen, crecen de forma uniforme en todas direcciones puesto que la solidificación es prácticamente isotérmica. En estos cristales flotan en el seno del liquido, siendo arrastrados por los movimientos de convección; se desarrollan hasta que se encuentran uno con otros y, cuando la solidificación se ha completado, la orientación de estos cristales es totalmente al azar. En la zona central se reunirán las impurezas y los gases. Por eso la zona próxima al rechupe es muy rica en escorias y presenta un importante numero de burbujas gaseosas. Este fenómeno de segregación tendrá las mismas soluciones que hemos señalado a propósito de la eliminación del rechupe.

    Otros defectos que presenta el lingote son:

    • Defecto interno debido a la separación de ciertas fases (licuación)

    • Defectos externos; grietas, oquedades, gotas frías, trozos de refractario, especialmente en la base del lingote.

    Los lingotes pueden ser examinados por rayos X, por radiografía con rayos gamma y por sondeo ultrasonido, el cual descubre las grietas internas.

    COLADA CONTINUA Y SEMICONTINUA.

    Estas técnicas se han ideado para la obtención de desbastes que no deban ser forzosamente enfriados antes de ser tratados mecánicamente.

    La colada continua o semi-continua da al lingote una estructura particular de acuerdo con la disposición de las isotermas y estos cristales se encuentran sobre un eje situado en la mitad del lingote. Esta fuente de textura de orientación va acompañada de una textura de impurezas y de una textura de la colada.

    MOLDEO.

    El moldeado es similar a la colada o vaciado. Se utiliza un molde para producir la conformación. Pero el material no es liquido, sino que esta en estado reblandecido o plástico. Dicho material se introduce en un molde a presión y se deja solidificar. Después, se abre el molde para extraer el objeto formado.

    Los moldes también se caracterizan según si son permanentes o se destruyen al sacar el objeto moldeado. Ambos tipos de procesos tienen mucho uso en la industria. Cuando se considera que el molde es permanente, a veces se llama matriz. Cuando el molde es una unidad que se destruye después de retirar el objeto, se llama molde. Los moldes permanentes se suelen hacer con materiales durables, como hierro y acero. Los que se destinan para plástico se pueden fabricar con metales más blandos y fáciles de trabajar, como aluminio y latón.

    Los procesos de moldeo también se utilizan en la producción de las formas en la industria de la construcción. El concreto, por ejemplo es un material que se debe formar con un molde o forma. Los moldes para concreto se pueden armar en el sitio para formar sótanos, cimientos, soportes, pasillos y componentes similares. Se utilizan moldes permanentes para colar productos estándar de concretos, como vigas precoladas para la construcción.

    Una tercera forma para moldear el concreto se llama colado en moldes deslizables, y su uso típico se da en la construcción de pavimentos y alcantarillas para el drenaje. Una maquina llamada maquina formadora cuela el concreto y lo alisa a la forma deseada una vez colado. Es algo así como un proceso de formación continua, el cual se mueve o desliza el molde deja de ella una sección de concreto ya formado. Mientras la maquina trabaja, va colando una franja continua y lisa de pavimento o de alcantarillado.

    La fundición o moldeo es la colada de los metales o aleaciones realizadas con el fin de obtener en su forma definitiva y con sus cotas exactas o casi exactas.

    Las aleaciones de moldeo y colabilidad: Hay que hacer destacar que la operación de fundición requieren un llenado perfecto de los moldes, de manera

    Que se escogen los metales o las aleaciones según su aptitud para llenar los moldes, o sea, según su colabilidad. La colabilidad de una aleación depende de su composición, que fija el intervalo de solidificación y de la temperatura de la colada que fija la fluidez. Esta colabilidad se determina mediante un ensayo tecnológico que consiste en medir la penetración del metal dentro de una cavidad en forma de espiral durante la colada.

    Moldeo en arena: En este tipo de moldeo se solidifica en una cavidad limitada por arena comprimida: las partes huecas se obtienen colocando noyas. En el moldeo en la arena se caracteriza por un enfriamiento de las piezas muy lento, especialmente para piezas de gran tamaño. La sección de una pieza presenta una zona balsaltica muy estrecha en la superficie, donde el enfriamiento ha sido bastante rápido, seguida hacia el interior por una zona equiaxial muy extensa.

    Colada en la coquilla: La coquilla es un molde metálico que tiene exactamente forma de la pieza que se desea obtener. En la coquilla el enfriamiento es rápido y el metal colado por este procedimiento tiene un aspecto característico, con una estructura basáltica que va desde los bordes de la pieza hasta el centro o muy cerca del mismo.

    Moldeo Especiales: Se han tenido nuevas técnicas de moldeo, como la colada centrifuga para la obtención de tubos, e incluso para la realización de piezas de forma completa. Existe también el moldeo a presión, en el cual el metal se inyecta, en estado liquido o pastoso, en un molde metálico frío o calentado ligeramente; este procedimiento permite la obtención de piezas pequeñas en series muy numerosas; se utilizan especialmente para las aleaciones bastante fusibles basándose en plomo, cinc, aluminio, estaño e incluso a veces para los latones. El moldeo a presión ha sido aplicado a la obtención de piezas de material plástico.

    CONSTRUCCION DE LOS MOLDES.

    a.- Composición de elementos.

    Por lo general los moldes no se hacen en una sola pieza, ya que esto traería inconvenientes tales como deformaciones, mayor costo, pesados y difíciles de fabricar. Si son voluminosos y han de hacerse de madera, se construye un armazón que se recubre con tablas.

    Igualmente si por su pequeño tamaño, el moldeo no puede ser vaciado, la composición en elementos resultara oportuna para evitar deformaciones y grietas. También los modelos de piezas sencillas acostumbran construirse en varias partes unidas entre sí por razones de economía de material y de mano de obra y para obtener una solidez, estabilidad y duración mayor.

    b.- Uniones.

    Los elementos de un moldeo merecen una atención especial y pueden ser:

    • Uniones estables: Se consiguen por medio de la cola, los clavos, las clavijas, las lengüetas de maderas, las grapas metálicas onduladas, las ensambladuras, etc.

    • Uniones deformables: Se consiguen con tornillos de madera, pernos, varillas fileteadas y ensambles de cola de milano.

    c.- Descomposición.

    Algunas de las uniones deben ser deformables para lograr:

    • Disponer una parte del modelo sobre el tablero de moldear.

    • Extraer del molde las partes que presentan contrasalida.

    • Extraer sucesivamente las partes del modelo que por sus características pudieran deteriorar el molde.

    MATERIALES USADOS EN LA

    CONSTRUCCION DE

    LOS MOLDEO.

    Siendo el moldeo una replica de la pieza que se desea fabricar, es necesario que el mismo reúna una serie de propiedades tales como: Durabilidad, precisión y funcionabilidad. Para poder obtener un modelo de estas características es indispensables utilizar en su fabricación materiales de calidad.

    El material mas empleado en la construcción de modelos es la madera, sin embargo existen otros tipos de materiales utilizados tales como:

    • Metales.

    • Yeso.

    • Polímeros.

    • Materiales descartables.

    • Madera: Es la parte sólida de los arboles, la cual se encuentra inmediatamente después de la corteza.

    Las más utilizadas son:

    • Maderas duras: resistentes al desgaste, al rayado y a la penetración, tales como el ébano, acacia, nogal americano, fresno, olmo, robles, etc.

    • Maderas blandas: Aquellas de fácil mecanizado, por tanto disminuyen los costos del trabajo. Comúnmente se usan en partes que deben quedar a la vista, previamente son trabajadas, a maquina y después pulimentadas y barnizadas. Dentro de este grupo se encuentran el pino, el ciprés, el roble, el álamo, etc.

    MODELAJE.

    1.- OBJETIVOS DEL MODELAJE

    La operación de fabricación de modelos se llama Modelaje y puede generar dos aspectos: Modelo y caja de Machos: los principales objetivos del modelaje son:

    1.- Reproducir la calidad del molde.

    2.- Moldear el sistema de colada (cavidades, entradas y canales por donde debe pasar el metal pata llenar el molde).

    3.- Establecer la línea de partición. (Línea donde el modelo se debe partir para poder moldear).

    4.- Establecer las portadas para machos

    5.- Establecer los puntos de referencia para el control dimensional.

    6.- Minimizar los defectos de fundición atribuibles al modelo.

    7.- Procurar un sistema de moldeo económico basado en el número de piezas a producir y en el equipo con el cuya se cuenta.

    2.- TIPOS DE MODELOS.

    • Modelo externo o modelo parcialmente dichos.

    • Modelos internos o cajas de macho.

    Modelos externos o modelos parcialmente dichos: Estos modelos sirven para reproducir la forma exterior de las piezas que se desean fabricar y puede ser clasificado de loa siguiente forma:

    Único: Sirven para reproducir pocas piezas, normalmente son bastante económicos, siendo en la mayoría de los casos utilizados para el moldeo a mano. Pueden ser de dos tipos:

    a) Enteros: Básicamente son un duplicado de la pieza a colar, su modelo es simple y de bajo costo de fabricación. Pueden considerarse como el tipo más empleado en las empresas poco desarrolladas.

    b) Partidos: Son más practico que los anteriores ya que para obtener el molde no hace falta preparar una falsa caja que sostenga el modelo, sino que basta apoyar una parte del mismo modelo sobre un tablero. Son de amplio uso cuando debe producirse cantidades moderadas de piezas ya que dividiendo el modelo en dos secciones a lo largo de un plano que responde al plano divisorio del molde (línea de partición) se acelera el proceso. El siguiente gráfico nos muestra un modelo partido a la mitad del mismo para formar la cavidad de la parte inferior o semicaja inferior del molde y la otra mitad realiza la misma función para la parte superior o semicaja superior. Espigas cubicas ubicadas en la semicaja superior del modelo encajan en los agujeros correspondientes de la mitad inferior de modo de mantener las dos mitades en posición mientras se llena la semicaja superior con arena.

    PLACAS MODELO.

    Se emplean para la producción en serie, justificándose su uso cuando se pueden amortizar los costos de su fabricación. Con ellas se logra obviar el manejo repetido de los modelos y por ende acelerar la producción.

    . TIPOS DE PLACAS MODELOS.

    a) Sencillas: El modelo se encuentra completo sobre la placa.

    b) Reversibles: Las dos mitades del modelo se encuentran colocadas una en cada cara de la placa. Se utilizan para piezas pequeñas de gran producción.

    c) Doble Placa: Formada por dos placas cada una de las cuales contiene una parte del modelo. Son utilizadas para grandes series por ser un proceso muy mecanizado y de productividad elevada.

    Aparejos Especiales:

    Se utilizan cuando es necesario producir piezas de gran complejidad. Dentro del grupo de aparejos especiales, uno de los más utilizados es la terraja.

    Las Terrajas se usan generalmente cuando la forma a moldear puede generarse por la rotación de un elemento de línea curva alrededor de un eje. El eje de una terraja simple elimina la necesidad de construir un modelo tridimensional voluminoso y caro.

    Modelos Partidos:

    Son aquellos que quedan destruidos en el acto mismo de la colada, debido a que están hechos de materiales fusibles o combustibles. El material más utilizado para estos modelos es la cera, originando incluso un método particular de moldeo denominado «moldeo de cera partida.

    El uso más común de los modelos perdidos es la fundición de piezas de precisión y de piezas artísticas, ya que si sé emplearse otro tipo de modelo en la fabricación de la misma fuese muy difícil la extracción de dicho modelo sin deformar la cavidad.

    MODELOS EXTERNOS O CAJAS DE MACHO.

    Las cajas de machos tienen las mismas exigencias que los modelos externos o propiamente dichos. Los machos o corazones reciben su forma por medio de la caja de machos, casi siempre pueden abrirse para extraer el macho y serán agujeradas al menos por un lado para ser rellenados de arenas.

    En las cajas de machos en dos o más partes de acoplamiento se asegura con clavijas metálicas, colocadas de manera de evitar desajuste en las partes. También las cajas de machos pueden tener partes desmontables, en madera dura o en metal, ya sea para resolver las contrasalidas para evitar deterioros durante el desmoldeo.

    TOLERANCIAS DE LOS MODELOS.

    Generalmente los modelos presentan pequeñas diferencias con las formas y dimensiones de la pieza a producir. Estas diferencias internacionales incorporadas a los modelos se llaman «tolerancias de los modelos» y se pueden clasificar en la forma siguiente:

    Tolerancia de castración:

    A medida que un metal se solidifica y enfría, se encoge y se contrae. Por lo tanto el metal al reproducir la forma del molde en cual ha sido colado tendrá unas dimensiones algo menores entonces, deben proveer restas contracciones por tanto sus dimensiones deben ser algo mayores; esta variación en las dimensiones va a depender de la aleación o del metal que se ha de utilizar en la fundición.

    Tolerancia de mecanizado:

    Generalmente las piezas fundidas presentan una superficie dura e irregular (superficie rugosa) de modo que para obtener una superficie lisa tiene que ser mecanizadas y por lo tanto debe compensar la cantidad de material que se desprende del mecanizado. Este exceso de material dependerá de la clase de metal empleado, de la forma en la cual se funde la pieza y también de los métodos de limpieza 3. Tolerancia de salida del modelo o facilidad de desmoldeo

    El modelo debe ser de fácil extracción de molde ya que la fricción del modelo contra la arena unido al menor movimiento efectuado transversal a la dirección en la cual se va sacando dicho modelo, harían que se desprendiera partículas de arena del molde y por consiguiente este se danzaría. Es por ello que comúnmente a los modelos se les da una forma ligeramente cónica, afín de evitar este problema.

    Tolerancia de deformación

    Existen ciertos tipos de piezas que son propensas a la deformación cuando se produce la solidificación ocasionando tensiones internas en el material. Un ejemplo común es el de las secciones en forma de U (Fig. 2.12), en el cual la base de la U tiene libertad para contraerse mientras que las ramas están restringidas por el molde; inclinándose hacia fuera de la base. Como era distorsión depende de la forma y de las condiciones particulares involucradas, el moldeador debe poner de manifiesto su experiencia y su capacidad de juicio para determinar la tolerancia por deformación necesaria.

    Tolerancia dimensional:

    Se refiere a la construcción en sí del modelo, de manera tal que la pieza salga dentro de las especificaciones requeridas por el cliente. Generalmente las dimensiones tienen una tolerancia de no más de la mitad de la tolerancia de contracción.

    • Metales: Se utiliza metal cuando se desea obtener un gran número de vaciados por medio de un modelo o cuando las condiciones de trabajo son demasiado severas para los modelos de madera. Usando modelos metálicos se evita también las deformaciones del modelo durante el almacenamiento.

    • Yesos: Cuando se requiere fabricar piezas de poca precisión y se dispone de buenos moldes originales (Por ejemplo Metálicos) se utiliza generalmente modelos de yeso mate o yeso de París. Sin embargo el yeso es quebradizo y no es adecuado para moldear un gran número de vaciados de arena; se utiliza principalmente modelos sueltos y placas modelo para el moldeo a maquina'; es practica usual recubrir estos modelos con resinas fenólicas o epóxicas para aumentar su durabilidad.

    • Polímeros: Las resinas y las mezclas a base de ellas (fenólicas, acetílicas, polivinílicas) son muy poco usadas en la construcción de modelos, a pesar de que su costo y duración ocupa un lugar intermedio entre el metal y la madera.

    Materiales descartables:

    Son utilizados en fundiciones artísticas y microfunciones en donde es posible sacar el modelo del molde. Los materiales más empleados son:

    a) Cera.

    b) Plástico Celular espumoso.

    'Colado'

    'Colado'

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