FUNDICIÓN

La fundición es un proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido del metal fundido sobre un molde hueco. La fundición implica tres procesos diferentes:

Construcción del modelo.

Elaboración del molde.

Colada del metal fundido.

METALES Y ALEACIONES PARA LA FUNDICIÓN

Hierro: (Fe) Elemento metálico, magnético, maleable y de color blanco plateado. Su punto de fusión 1535º C, punto de ebullición 2750º C.

Aluminio: (Al) Es un metal plateado muy ligero, muy electropositivo y extremadamente reactivo. Su punto de fusión 660º C, punto de ebullición 2467º C.

Cobre: (Cu) Es uno de los metales de mayor uso, de apariencia metálica y color pardo rojizo. Sus ventajosas propiedades son la conductividad del calor y electricidad, la resistencia a la corrosión, así como su maleabilidad y ductilidad. Su punto de fusión 1083º C, punto de ebullición 2567º C.

Acero: Es una aleación de hierro y carbono a la que suelen añadirse otros elementos. Para fabricar aleaciones de hierro y acero se emplean un tipo especial de aleaciones de hierro denominadas ferroaleaciones. Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución en el hierro. Clasificación del acero:

Aceros al carbono: Contiene diversas cantidades de carbono y menos de 1,65 % de manganeso, el 0,60 % silicio y el 0,60 de cobre. Se usa para máquinas, carrocerías de automóviles, estructuras de construcción de acero, cascos para buque.

Aceros aleados: Contiene mayores cantidades de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono. Se emplean, por ejemplo, para fabricar engranajes y motores, patines o cuchillos de corte.

Aceros de baja aleación ultra resistentes: Reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que el acero al carbono. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de acero de baja aleación.

Acero inoxidables: Contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación. Se utiliza para tuberías, y tanques de refinería de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o cápsulas espaciales, para instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, en cocinas y zonas de preparación de alimentos.

Acero de herramientas: Contiene volframio, molibdeno y otros elementos de aleación que le proporcionan mayor resistencia, resistencia y durabilidad. Se usa para fabricar muchos tipos de herramientas y cabezales de corte y modelados de máquinas empleadas en diversas operaciones de fabricación.

Se necesita selección y especificación correcta de los metales, incluso de los elementos de aleación, a fin de tener seguridad de que las piezas fundidas tengan las propiedades particulares necesarias en las partes terminadas, según su fusión en un producto final. Suele ser difícil fundir y colar metales puros, los elementos de aleaciones mejoran las características de fluidez y solidificación para la fundición y colada.

FUNDICIONES

Son aleaciones de Hierro, Carbono y Silicio que generalmente contienen también Manganeso, Fósforo, Azufre y otros. Su contenido en Carbono es superior al contenido en Carbono de los aceros. Se caracterizan porque adquieren su forma definitiva directamente por colada, sin necesidad de someterla a deformación plástica en frío o caliente. En general, no poseen buena ductilidad ni maleabilidad, para ser forjadas o laminadas, excepto en el caso de las fundiciones dúctiles o maleables.

Principales propiedades de las fundiciones

El empleo de la fundición en la fabricación de piezas para usos muy diversos, tiene las siguientes ventajas:

1.- Las piezas de fundición son, por lo general, más baratas que las de acero, y su fabricación es también más sencilla por emplearse instalaciones menos costosas y por realizarse la fusión a temperaturas más bajas.

2.- Las fundiciones son mucho más fáciles de mecanizar que los aceros.

3.- Se pueden fabricar con facilidad piezas de grandes dimensiones y también piezas pequeñas complicadas que se pueden obtener con gran precisión en formas y medidas, siendo además en ellas menos frecuente la parición de zonas porosas que en las piezas fabricadas con acero fundido.

4.- Para numerosos elementos de motores, maquinarias, etc., son suficientes las características mecánicas que poseen las fundiciones. Su resistencia a la compresión es muy elevada, es también aceptable para muchas aplicaciones. Tienen buena resistencia al desgaste y absorben muy bien las vibraciones de máquinas y motores a las que a veces están sometidas.

5.- Su fabricación exige menos precauciones que la del acero y, sin necesidad de conocimientos técnicos muy especiales, se llegan a obtener fundiciones con características muy aceptables para numerosas aplicaciones.

6.- Como las temperaturas de fusión de las fundiciones son, como hemos dicho antes, bastante bajas, se pueden sobrepasar con bastante facilidad, por lo que en general suela ser bastante fácil de conseguir que las fundiciones en estado líquido tengan gran fluidez y con ello se facilita la fabricación de piezas de poco espesor.

Clasificación de las fundiciones

Las fundiciones se clasifican en dos formas diferentes: primero de acuerdo a su fractura y luego de acuerdo a la microestructura.

Por la fractura:

Fundiciones grises: Las velocidades de enfriamiento muy bajas favorecen la formación de este tipo de fundición. Es duro rígido y absorberá los choques. Tiene alto contenido de carbono y debido al granito libre en su estructura granular se puede maquinar con facilidad.

Fundiciones blancas: Se enfría con rapidez, por lo cual no se pueden separar el hierro y el carbono. Es dura y quebradiza y de difícil maquinado.

Fundiciones atruchadas: Es una fundición de porcentajes intermedios entre las fundiciones grises y blancas.

El contenido de silicio en las aleaciones hierro carbono y la velocidad de enfriamiento, tienen gran influencia en la formación de una o otra clase de fundición.

Por la microestructura:

• Fundiciones en las que todo el Carbono se encuentra combinado y que al romperse presenta fractura de fundición blanca.

• Fundiciones en las que todo el Carbono se encuentra en estado libre, estas son conocidas con el nombre de Fundiciones Ferríticas.

• Fundiciones en las que parte del Carbono se encuentra combinado y parte libre. A este grupo que es el más importante de todos, pertenecen la mayoría de las funciones que se fabrican y utilizan usualmente, como son las fundiciones grises, atruchadas, perlíticas, etc.

MODELOS

Un modelo, es por regla general una fiel reproducción de la pieza ( modelo al natural ).

PROPIEDADES DE LOS MODELOS:

Facilidad de modelo: Un modelo debe ser de fácil extracción para evitar que arrastre consigo el material del molde al ser extraído.

Contracción: El aumento de la temperatura dilata los cuerpos, y el enfriamiento los contrae. Teniendo en cuenta este fenómeno, el modelo debe construirse con el grado de contracción del metal, que se emplea en la colada.

Funcionalidad o congruencia: Los modelos deben construirse de modo que la pieza resultante de la colada se adapte al mecanizado y al uso para el que está destinada y resultar prácticos, precisos, duraderos y útiles.

TIPOS Y CLASIFICACIÓN DE MODELOS

Modelos externos: sirven para reproducir las formas exterior de las piezas que se desean obtener.

Modelos internos o cajas de machos: Son una especie de modelo que se colocan en un molde para formar la superficie interna de una pieza hueca.

MATERIALES PARA LOS MODELOS

Maderas: las maderas más usadas son: El abeto, el pino y el álamo, entre las blandas. El nogal, el aliso, el haya, el roble y el alerce, entre las duras.

Metales: Los metales más usados en la construcción de modelos son el latón y las aleaciones a base de aluminio; algunas veces también se emplean el bronce y el hierro fundido,

El yeso y el cemento: Se emplean, sobre todo el primero, para la confección de placas modelos en el moldeo a máquina y para la falsa caja o caja soporte.

La cera de abejas: Sola o mezclada con parafina y resina, se emplea en el molde en cera perdida, en la fundición artística y en la micro fusión.

La resina: la resina y las mezclas a base de este material ( fenílicas, acetílicas, poliviníticas ) son muy poco usadas e la construcción de modelos.

MOLDEO

El moldeo consiste en obtener una producción en negativo de la pieza vaciado en el cual ha de colocarse el metal líquido que, al solidificarse, adquiere la forma del modelo. Según los materiales empleados, y su consiguiente duración, los moldes de dividen en:

a.- Moldes perdidos o transitorios: Están hechos de material moldeable, por ejemplo arena. Se utilizan para una sola colada.

b.- Moldes permanentes: Son metálicos y se pueden utilizar para un gran número de coladas.

ARENAS

PROPIEDADES GENERALES DE LAS ARENAS.

Desde un punto de vista general, una arena de moldeo, debe reunir un conjunto de características de modo que produzca una pieza libre de defectos.

Resistencia en estado húmedo.-

Después que ha sido mezclada con agua, debe tener la resistencia y plasticidad adecuada para soportar la confección y manipulación del molde.

Resistencia en estado seco.-

A medida que es colocada, la arena adyacente al metal caliente pierde el agua rápidamente en forma de vapor, quedando en estado seco, dicha arena debe resistir la erosión y también la presión que el metal fundido ejerce sobre el molde.

Resistencia en caliente.-

Después el agua se ha evaporado la arena debe resistir un aumento relativo de temperatura. La presión que el metal ejerce sobre el molde debe producir un ensanchamiento del mismo si el metal está fluyendo todavía, pueda causar erosión, grietas o rompimientos, a menos que la arena posea la adecuada resistencia en caliente.

Permeabilidad.-

El calor del metal fundido produce una gran cantidad de vapor y otros gases por lo que el molde debe ser permeable, es decir, poroso para permitir que los gases escapen evitando defectos.

Refractariedad.-

Altas temperaturas de colada, requieren una gran refractariedad de la arena, es decir, deben aguantar altas temperaturas sin cambiar de estado.

Fluidez.-

La arena debe ocupar todos los espacios libres al rededor del molde.

Producir un buen acabado de la pieza.-

Coplasibilidad.-

Una arena después de sufrir un calentamiento se endurece y es difícil de eliminar de la pieza, puede causar que el metal en su contracción se desgarre o se agriete. Para evitarlo la arena debe tener una gran coplasibilidad, facilitando su eliminación de la superficie de la pieza durante el moldeo.

Reutilisable.-

Usualmente una arena de moldeo que no sobrepasa de su límite refractariedad, puede ser reutilizada con sólo agregarle agua.

10. Que absorba calor del metal líquido para ayudar al enfriamiento y

solidificación de la pieza.-

CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS.

Una primera clasificación de las arenas naturales puede basarse su contenido de arcilla; se distinguen cuatro clases:

Arenas arcillosas o tierras grasas.

Arenas arcillosas o tierras semigrasas.

Arenas arcillosas o tierras magras.

Arenas silíceas.

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Una segunda clasificación puede hacerse a la forma del grano:

Arena de grano esferoidal.

Arena de grano angulado.

Arena de grano compuesto.

Finalmente, en relación con la dimensión del grano, puede distinguirse:

Arena de grano grueso.

Arena de grano medio.

Arena de grano fino.

CARACTERÍSTICAS FÍSICO - QUÍMICAS DE LAS ARENAS.

Análisis químico.-

El análisis químico se utiliza para establecer la composición de las arenas, en su composición de cuarzo (sílice), arcilla e impurezas. Este análisis es importante para prever la refractariedad y cohesión de la arena.

Determinación del contenido de arcilla.-

Se realiza con un levigador. Se pesan con exactitud 20 g de arena previamente secada durante una hora en una estufa a temperatura de 150º C, se pone a hervir durante 30 minutos con agua destilada y se introduce la mezcla en el levigador. Se añade agua destilada fría hasta alcanzar el nivel señalado, se agita y se deja en reposo; la arena se precipita por el peso y la arcilla permanece en suspensión. Se decanta el agua y se repita la operación hasta que el agua salga limpia, el residuo arenoso que queda se deja secar y luego, se pesa para obtener el porcentaje de arcilla por diferencia de peso con el original (20 g).

Tamaño y distribución de los granos.-

Para determinar el tamaño de los granos de una arena se efectúa el análisis granulométrico. Para esto se utiliza ala arena producto de la levigación, es decir la arena sin materiales arcillosos, se pesa x cantidad y se pasa por una serie de cedazos metálicos de mallas decrecientes, se pesan las cantidades de arena contenidas en cada cedazo y se establece el reparto de los granos en porcentaje.

Con estos datos se pueden completar la clasificación de las arenas, según el tamaño de su grano:

Arena muy gruesa, granos comprendidos entre 1 y 2 mm.

Arena gruesa, granos comprendidos entre 0.5 y 1 mm.

Arena media, granos comprendidos entre 0.25 y 0.5 mm.

Arena fina, granos comprendidos entre 0.10 y 0.25 mm.

Arena finísima, granos inferiores a 0.10 mm.

Forma de los granos.-

La forma de los granos permite establecer el probable comportamiento de la arena; este examen se realiza en el microscopio.

MANUFACTURA DE MOLDES. Los moldes no son permanentes y se preparan con materiales adecuados para su confección. Para formar el espacio vacío se utiliza un modelo y frecuentemente también una terraja. Los moldes pueden prepararse a mano o máquina. En consecuencia, existen los talleres de preparación de moldes a mano (matrizado a mano), y los talleres de preparación de moldes a máquina (matrizado a máquina). En el caso del moldeo en arena verde, el metal se vierte en el molde de arena verde o sin secar. En el caso del molde en arena estufada, los moldes y los machos se secan a 400 - 600 ºC antes de introducir en ellos el metal.PREPARACIÓN DE LAS ARENAS.

La arena de moldeo puede dividirse en dos categorías: a) Arena para moldeo en verde, y b) Arena para moldeo en seco. Con la primera se confeccionan moldes en los que se efectúa la colada sin someterlos a ningún secado. Con la segunda se confeccionan moldes que antes de la colada se someten a un secado cuya finalidad es la de aumentar la cohesión de la arena al objeto que se soporte mejor la acción mecánica del metal fundido, acrecentar la permeabilidad y reducir el volumen de los gases que se producen en el curso de la colada. Es evidente que el primer sistema tiene la ventaja de ser más económico y permite las producciones en serie y un empleo menor de utensilios (cajas de moldeo). Pero no todas las piezas pueden ser producidas con el modelo en verde. Particularmente las piezas grandes son de muy difícil realización con ese sistema.

La preparación de la arena de moldeo se realiza de modo diverso en las distintas fundiciones, según los materiales de que disponen, los objetivos alcanzar y la costumbre. Normalmente se mezcla arena nueva con arena usada en anteriores moldeos, añadiendo los ingredientes adecuados. La finalidad de ésta preparación es la de obtener una masa homogénea, sin terrones, cuerpos extraños o polvo, compuesta solamente de granos de sílice separados unos de otros y recubiertos de una capa suficiente de arcilla humedecida u otro aglutinante, con la eventual adición de negro mineral.Herramientas para la confección de moldes.

Para apisonar (compactar) la arena se utilizan los pisones, que pueden ser de mano o de aire comprimido. Las herramientas pulimentadoras, sirven para alisar y retocar el molde, después de la extracción de los machos o el modelo. En el taller de matrizado se utilizan además otras varias herramientas, como son por ejemplo, el martillo de madera o de goma para aflojar el modelo, el fuelle de mano, para limpiar la superficie de separación, las brochas (mechones) para humedecer el área de moldeo, los cedazos o cribas, para tamizar la arena con que se cubre el moldeo, entre otras.

Máquinas para la fabricación de moldes.

Toda máquina para fabricación de moldes, consta de una placa porta modelos o falsa de madera, sobre la cual se le coloca el modelo, casi siempre de metal o de yeso, y los modelos para el sistema de alimentación (entradas, canales de alimentación, mazarota, bebederos y artesa de colada). La mayoría de las veces son necesarias dos placas porta modelos, una para la caja superior y otra para la inferior.

Moldeo manual.

Se coloca una mitad de patrón en el bajero y se le aplica una capa de polvo de hueso, con el fin de evitar que la arena de moldeo se pegue al patrón durante el apisonamiento.

Se llena la caja de arena y se compacta la misma, lo más uniformemente posible, alrededor del patrón, utilizando el apisonador; esta operación se realiza hasta que el bajero esté completamente lleno y finalmente se nivela la arena al ras de la caja utilizando el rasero.

Se voltea el bajero boca arriba y se coloca encima el sobre, la otra mitad del patrón, coincidiendo con la primera y el patrón correspondiente al sistema de colada; se procede exactamente igual que en el caso del bajero.

Una vez nivelada la arena en el sobre se abre el molde y se eliminan los patrones, quedando la cavidad del molde y los canales correspondientes al sistema de colada.

Si la pieza a realizar es hueca, se coloca el noyo o macho.

Se cierra el molde colocando el sobre encima del bajero y se asegura la caja mediante prensas, para evitar que durante la colada las cajas se separen, por la presión ejercida por el metal líquido al introducirse en el molde.

El molde está listo para la colada.

El proceso para el moldeo manual, es simple, pero requiere gran destreza y experiencia de parte del moldeador, para lograr un buen moldeo. Este tipo de moldeo hoy en día es utilizado cuando las piezas a producir son pocas o cuando existen trabajos complicados que no pueden ser realizados por moldeo a máquina.

Donde:

• Arena de moldeo: mezcla de arena de sílice, arcilla y agua.

• Caja de moldeo: marco de metal o de madera donde se realiza el moldeo, el cual consta de dos partes: la superior llamada sobre y la inferior llamada bajero.

• Apisonador: instrumento utilizado para compactar la arena, puede ser de metal o madera.

• Patrón o modelo: réplica de la parte exterior de la pieza a producir, puede ser de diferentes tipos de materiales.

• Cavidad del molde: huella dejada por el patrón o modelo al ser removido.

• Nodo o macho: son realizados en arena, y se colocan en el interior del molde para formar las superficies internas de la pieza.

• Polvo de hueso: sustancia muy fina, a base de carbonatos, con la consistencia de talco.

• Sistema de colada: son los canales y orificios, por donde entra el metal líquido, para llenar la cavidad del molde, está formado por el bebedero (canal por donde se realiza la colada), y por los canales de alimentación.

Moldeo a máquina.

Apisonado de la arena.

La arena puede ser apisonada por prensado, por vibración y por proyección.

Prensas: la arena vertida en la caja de moldeo y granulada en volumen por el marco de llenado, puede apisonarse mediante una prensa de aire comprimido o hidráulica. Debido a que la arena situada cerca del plato de la prensa, queda muy fuertemente apisonada y, en cambio, la que está cerca del modelo quede poco apisonada, surgen dificultades a la hora de evacuar los gases que se producen en la colada. Este procedimiento es adecuado, solamente para modelos planos.

Máquinas vibradoras: Estas máquinas apisonan la arena en la superficie modelo, más que en la superficie de la caja del modelo, por lo que es necesario con frecuencia un apisonado adicional posterior. Hay también máquinas para la fabricación de moldes, que actúan simultáneamente o sucesivamente como vibradores y como prensas.

Máquinas de proyección por centrifugación: La arena es alimentada por una instalación transportadora por un cabezal centrifugador dentro de este hay una rueda de paletas que gira con un alto número de revoluciones y proyecta la arena sobre la caja de moldeo. Para poder distribuir la arena uniformemente en la caja de moldeo, el cabezal centrifugador está girando a un brazo articulado.

Características de los métodos de moldeo:

MOLDEO MANUAL

1.- Dureza variable

2.- Laboriosa y lento

3.- Necesita mucho personal

4.- Densidad desigual.

MOLDEO A MÁQUINA

Por Sacudida:

1.- Alto desgaste del equipo

2.- Densidad desigual

3.- Utilizado preferiblemente para superficies horizontales

Por Prensa:

1.- Necesita poco trabajo

2.- Densidad desigual

3.- Usado para cajas de poca altura

Por Proyección Centrífuga:

1.- Operación rápida

2.- Alto costo

3.- Densidad uniforme.

NOYOS O MACHOS.

Fabricación de machos de moldeo (matrizado)

Matrizado a mano: Para confeccionar los machos a mano, se utilizan modelos y terrajas. Los modelos pueden formarse en cajas de moldeo o en el suelo del taller de fundición. Por ello, se distingue entre matrizado de caja y matrizado en solera. La preparación de moldes en terrajas se denomina matrizado con terrajas o aterrajado de moldes.

Matrizado en caja: En la mayoría de los casos, basta con dos cajas de moldeo, pero las piezas de formas complicadas, exigen frecuentemente, el empleo de tres o más cajas.

Matrizado con terraja: Las terrajas se utilizan para confeccionar uno a uno, los moldes destinados a colar piezas de tamaño pequeño o mediano, con secciones transversales iguales. El matrizado con terraja permite economizar los altos costos de la confección de modelos.

Matrizado a máquina: El empleo de máquinas para la confección de moldes ofrece grandes ventajas en comparación con el matrizado a mano, por ejemplo, el apisonado uniforme del material del molde, permite obtener una mejor calidad superficial de la pieza moldeada; la porosidad uniforme del modelo, proporciona una mejor exactitud de la pieza, además se consigue una economía de tiempo y de mano de obra especializada.

COLADO EN MOLDE DE CÁSCARA

Es el proceso para formar una cáscara delgada de arena aglutinada con una resina como material de moldeado. El espesor de la cáscara depende del tiempo en que permanezca en el modelo la masa de material y es común que sea de 5 a 10 mm, según se requiera para el trabajo.

El proceso de moldeo por cáscara se usa mucho para hierro, acero y metales no ferrosos, el uso del moldeo en cáscara está restringido a piezas de tamaño pequeño y mediano. El proceso de moldeo de cáscara es más caro en la mayoría de los casos que el moldeo en arena verde. Esto se debe a que el material de moldeo cuesta de cuatro a cinco veces lo que la arena sola.

Pasos a seguir para el moldeo por cáscara

Un juego de modelos de placas similares a los patrones de placas de sobre y bajero utizados para el moldeo de arena húmeda son calentados entre 200 y 260ºC.

En lugar de apisonar la arena en contra del moldeo, una mezcla de arena y resina, que se endurece al contacto del calor, se deja caer sobre el modelo.

El modelo y la cáscara adherida son calentados por menos de un minuto, para formar la cáscara y restaurar la temperatura del modelo.

La cáscara es entonces despegada del modelo por medio de pistones.

Cuando el espesor de la sección de la pieza es mucho mayor que el de la cáscara, perdigones o arena deben ser amontonados alrededor del molde para sujetarlo.

HORNOS.

Dentro de los hornos expuestos en este trabajo podemos encontrar los siguientes tipos:

Hornos Bessemer.

Hornos Siemens o (Open Hearth)

Horno Convertidor LD.

Hornos de Crisol.

Hornos de Arco Directo.

Hornos de Inducción.

Hornos sin Núcleo Magnético.

Hornos con Núcleo Magnético.

Hornos o Cubilote.

Se puede decir que cada uno tiene una serie de ventajas y desventajas, de acuerdo al tipo de fundición que se requiere, así como a la calidad que se quiere obtener en la misma, y también se puede decir que su utilidad depende del gasto económico del que se dispone.

Hornos Bessemer.

Es uno de los hornos más antiguos que existen, así como el pilar para las fundiciones que existieron en el pasado en el pasado. Este horno data del año de (1855), y anteriormente a la creación del mismo las producciones de hierro y acero eran muy pequeñas. El hierro se fabricaba en estado sólido y pastoso por soldadura de pequeñas partículas, en formas primitivas, por esto decimos que este horno fue el gran paso en la fundición para metales, ya que antes del, las fundiciones trabajaban en su mayor parte por crisol o por cementación.

Hay que decir que la calidad del acero Bessemer era sin embargo, en conjunto, muy superior a la del hierro que se obtenía en estado sólido o pastoso, porque no contenía inclusiones metálicas. Además de aceros bajos en carbono ( C = 0,10%), también tenia las ventajas de fabricar aceros con contenidos de carbono mayores ( C = 0,70%).

Como ventajas en el proceso del Horno Bessemer podemos mencionar las siguientes:

Con respectos a los antiguos procesos.

Era capaz de alcanzar producciones muchísimo mayores que las que se conseguían en los hornos de pudelar. Un convertidor de (15 t) de capacidad producía en un día (500 t), mientras que un horno pudelar solo producía (10 t) al día.

La calidad del acero fabricado en un convertidor Bessemer era superior a los demás de la época.

Tenían la capacidad de fabricar todos los aceros a distintos niveles de carbono.

El proceso permitía obtener una producción diaria mayor que los hornos de otro tipo y misma capacidad.

Contaba con un bajo costo de instalación y el acero obtenido.

Dentro de los inconvenientes se encuentran:

Tenían que utilizar materiales poco contaminados y bajos en fósforo.

El acero no tenía tan buena calidad, como la de otros hornos de la época.

Los límites del proceso de fundición eran bastante estrechos y debían vigilarse constantemente los niveles de fósforo, azufre y silicio.

Hornos Siemens (Open Hearth).

Este horno data del año de (1898) y la mayor parte del acero fabricado en el mundo durante los años posteriores a su creación fue fabricado en hornos Siemens.

El éxito del nuevo método es debido a que este horno podía alcanzar temperaturas mayores del orden de los (1600-1650 grados), superiores a las que corresponden la fusión del hierro y de los otros aceros.

Dentro de las ventajas tenemos:

Las cargas metálicas podían ser más variadas.

Lograba mejor eliminación del fósforo y otros componentes que estaban presentes durante el proceso de fundición.

Producían menos niveles de escoria.

Tenían mayor capacidad de carga.

Fue el primero en utilizar gas en vez de carbón para en proceso de fusión.

Dentro de las desventajas tenemos :

El proceso era más largo que cualquier otro de la época.

El sistema de regeneración de calor era más complicado y de una instalación más laboriosa.

El gas utilizado por el mismo debía ser pre- calentado lo cual generaba un proceso más complicado.

También el aire debía ser precalentado antes de circular por el horno

Horno o Convertidor LD.

Este horno desplazó en (25)años los clásicos procedimientos del los hornos Bessemer y Siemens, y desde el año (1968) ocupa por su importancia el primer lugar entre los procesos de fabricación del acero.

Dentro de sus características, resalta que el proceso de afino era hecho a gran presión, por lo que se obtuvo un gran acierto, ya que al utilizar presión de oxígeno se lograba atravesar la capa superior de escoria para el refino del material.

Dentro de las Ventajas tenemos:

La calidad del acero fabricado con oxigeno es mucho mejor que la del acero Bessemer o Siemens, ya que los contenidos de residuos de fósforo o otras partículas eran del orden de (0,015 a 0,040%).

El costo de producción era mas bajo que el de los hornos Siemens o Bessemer de la misma capacidad.

El proceso es de corta duración aproximadamente (40 min.)

Utiliza arrabio liquido obtenido en los hornos altos que hoy en día todavía se utiliza para la producción del acero.

Hornos de Crisol.

Los crisoles utilizados actualmente son muy parecidos a aquellos de arcilla de la antigüedad, la operación consistían en colocar el crisol en una fosa en la tierra donde se apilaban trozos de madera que servían de combustible y el aire escapaba a través de una chimenea. Posteriormente se empezó a utilizar carbón y gas como combustible.

Dentro de las Ventajas tenemos:

Son de bajo costo.

Son muy útiles para producciones de baja cantidad de material.

Son ideales para la producción de materiales no ferrosos.

Dentro de las Desventajas:

Necesitan cambiar el tipo de combustible de acuerdo al material a fundir

Su capacidad de carga no es grande.

El proceso no es muy depurado como en los convertidores LD o Siemens.

Horno de Arco Indirecto.

Este es utilizado preferiblemente para aleaciones a base de Cobre, la fusión se realiza debido al arco de calor irradiado por un arco eléctrico producido por dos electrodos situados sobre la carga.

El mismo tiene la capacidad de fundir materiales para producir aceros, pero a un mayor numero de horas de fusión.

Dentro de las ventajas tenemos:

Tiene un buen grado de eficiencia en la producción de material no contaminado.

El mismo gira sobre su propio eje lo cual distribuye mejor la temperatura en el material y permite que la escoria salga más rápido a flote.

El costo del material obtenido aumenta ya que el proceso de fusión es mas limpio que cualquier otro por hornos de crisol u otro tipo de convertidor.

Dentro de las desventajas tenemos que:

Al utilizarlo para procesos de fusión de acero el costo de refractarios es muy elevado.

En este proceso la eficiencia de fusión es más baja.

El costo de operatividad puede variar de acuerdo al consumo de electricidad.

Horno de Inducción Sin Núcleo Magnético.

Existen diferentes tipos de hornos sin núcleo magnético de acuerdo al ciclaje que se utilice, los mismos van desde (960 a 100.000 ciclos).

Este horno es simplemente una cáscara de asbesto dentro de la cual se encuentra en embobinado de cobre enfriado por agua y el mismo recubierto de refractario húmedo que al secarse forma una masa resistente.

Dentro de las Ventajas tenemos que:

Puede variar él numero de ciclos de acuerdo ha el tipo de material a fundir.

Pueden usar una línea de corriente directa.

El costo en refractarios es mas bajo que el de los otros hornos.

Logra buenas temperaturas de fusión en tiempos relativamente cortos.

Dentro de las Desventajas tenemos que:

La duración del refractario depende del material a fundir.

Utiliza asbesto interiormente, y el mismo es un material muy dañino para los pulmones de las personas.

El costo de funcionamiento depende del costo de la electricidad.

Hornos con Núcleo Magnético.

El horno de inducción con núcleo magnético es uno de los más eficientes para fundir, este tipo de horno tiene un embobinado de inducción que se encuentra sumergido en el metal liquido, la inducción electromagnética bombea el metal alrededor del embobinado y a la vez se inducen corrientes secundarias alrededor del núcleo.

Ventajas:

Es él más eficiente para fundir.

El sistema de inducción se encuentra sumergido en el material.

Trabaja a un numero de ciclos muy bajos.

Desventajas:

Tiene necesidad de material liquido como carga inicial.

El costo eléctrico determina el costo de funcionamiento.

Solo pueden ser utilizados cuando se requieren operaciones de fusión continua.

Hornos de Cubilote.

Este tipo de hornos se considera él más económico para obtener fundición. El mismo utiliza carbón como combustible carbón en forma de briquetas, o coque de bajo contenido de azufre.

Dentro de las Ventajas tenemos:

Es un horno muy económico.

El combustible que utiliza es mas barato que otros.

El mantenimiento no detiene la producción ya que estos hornos se instalan en pares y si uno se detiene el otro continua funcionando.

Dentro de la Desventajas tenemos:

La fusión deja un alto nivel de escoria.

Los metales en este proceso pueden tener altos niveles de contaminación de materias como oxigeno, fósforo y silicio.

Es un proceso que utiliza métodos antiguos, por lo que no se utiliza mucho a nivel de gran producción.

El mismo es alimentado de aire por ventiladores, lo cual aumenta el riesgo de contaminación del material.

MOLDEO A PRESIÓN.

Es el método para producir piezas fundidas de metales no ferrosos, en que el metal fundido se inyecta a presión en un molde o troquel de acero. Hoy en día se emplean sobre todo aleaciones de zinc, seguidas de latón y de aleaciones de aluminio y otros metales no ferrosos. La ventaja del fundido a presión sobre los moldes de arena que se empleaban antes, consiste en que él puede producir piezas con máquinas automáticas de forma rápida y económica. Mediante troqueles múltiples es posible fundir varias piezas similares en una sola operación, con un acabado más fino y con mayor detalle que las de molde de arena.

La fundición y colada a presión se utiliza, en forma casi exclusiva, con moldes permanentes. Las excepciones son algunos casos de colada con revestimiento o con molde lleno, en donde se utiliza la fuerza centrífuga para hacer centrar el metal del molde intrincados para producir hechos en pequeñas cantidades. En muchos casos, los procesos de colada a presión son casi idénticos a los procesos de colada por gravedad con molde permanente. La diferencia está en hacer entrar el material fundido o fluido en la cavidad del molde.

Además de los procedimientos basados en introducir el metal por acción de gravedad, los moldes permanentes se pueden modificar de modo sobre el metal se ejerza una cierta presión para lograr que la pieza moldeada tenga menos defecto.

El moldeo a presión comprende el forzamiento del metal fundido dentro de una matriz de acero, mediante una presión que puede oscilar de 1,2 a 1,8 Kg /mm2. El grado de presión varia con el método de inyección y la aleación empleada. La presión del molde se puede aplicar por medio de aire a presión o por la introducción de un macho metálico.

En el procedimiento de la cámara fría el metal fundido se cuela en el cilindro que no esta sumergido en el metal caliente y se obliga a pasar el molde por medio de un embolo que funciona bajo la presión neumática o hidráulica. En este procedimiento el metal fundido esta solo poso tiempo en contacto con el cilindro y el pistón, por lo que se moldea las piezas de los metales en el punto de fusión mas elevado que en otros métodos, y de esta se evita la contaminación del Hierro. Dado que en este método se puede aplicar mayor presión las piezas moldeadas son de mejor calidad.

Todas las piezas obtenidas con el moldeo en la matriz tienen tolerancia ajustadas, contorno definido, superficie lisa y la producción es alta con un mínimo de mano obrera. Presentan una capa dura y blanda en el medio debido a la rapidez de enfriamiento, particularmente cuando se realiza forzadamente. Debido al diseño y tamaño esta diseñada para piezas pequeñas. Las matrices se fabrican generalmente de aceros especiales a los que se les un tratamiento térmico antes de hacer el hoyo.

Los procesos de moldeado a presión son iguales que los procesos de colada a presión, porque se hace llegar el material a presión contra los contornos de un molde o troquel. Pero el material para el moldeo no se encuentra en estado fluido cuando entra al molde. El material se puede colocar en el molde y, después ablandarlo o se puede introducir a presión en el molde en un estado plástico, flexible.

Fundición en molde a presión.

Llamada a veces fundición por inyección, se utiliza para vidrio, caucho, plástico y metales. Sus variantes también se conocen como moldeo por inyección (de uso específico para materiales no metálicos, como los plásticos y el caucho). Los procesos de fundición en molde presión se caracterizan por su máxima exactitud, control dimensional, acabado de superficie y elevado volumen de producción.

Los productos típicos incluyen. Manijas de puertas, cubiertas para máquinas de oficina, carcazas para herramientas de mano, artículos de plomería y muchos otros.

Las desventajas principales de la fundición en molde a presión son:

1. Las limitaciones que impide el uso de metales ferrosos.

El costo de la máquinas y los modelos es muy elevado.

La porosidad de los óxidos atrapados durante la inyección.

Los troqueles pueden ser muy complejos e incluir muchas piezas móviles para poder sacar formas complicadas del molde. Las piezas pequeñas se suelen fundir por grupos para utilizar un solo ciclo de moldeo en la formación de varias piezas.

El proceso de fundición en un molde a presión, se hace entrar el material fluido a la cavidad del molde con suficiente presión para llenarla por completo de modo uniforme. La presión permite utilizar el proceso para fundir piezas pequeñas, formas complejas y secciones muy delgadas.

Se utilizan dos métodos para la inyección a presión de metales. El proceso de cámara fría requiere que el operador cuele cierta cantidad de metal fundido desde un cazo a una cámara, en donde el émbolo aplica la presión para hacer pasar el metal desde la cámara hasta el molde. Este metal se llama una descarga y la cámara de presión se llama cámara de descarga.

El proceso de cámara caliente es más automático. La cámara caliente se sumerge en el metal fundido con lo cual, cada vez que se retrae el émbolo de presión, la cámara de presión se llena con el caldo de metal fundido. El proceso de cámara caliente es más rápido que el proceso de cámara fría, pero el precio del equipo y su instalación también es mayor.

Moldeado por inyección.

Los moldes por inyección son muy similares a los de fundición a presión. La diferencia principal entre el moldeo por inyección y fundición a presión está en la forma en la cual se cargan los materiales y entran en la cavidad del molde.

El vidrio y el caucho se plastifican con calor y se inyectan como material caliente y viscoso desde una cámara de presión similar a la de máquina de fundición en molde a presión.

Los plásticos se cargan en partículas sólidas. El alimentador produce suficiente calor por fricción para ablandar las partículas y formar una masa viscosa. Después se hace entrar el material reblandecido a la cavidad del molde en la cual se conforma.

Después de inyectar el material en la cavidad, se suele enfriar los moldes con agua para provocar que el plástico se endurezca lo suficiente para extraerlo del molde después se expulsa el objeto del molde con pasadores expulsores.

Los productos de espuma de plástico se hacen con una de tres variantes del proceso de moldeado por inyección:

Se insuflan en el molde cuentas o perlas pequeñas que tienen una burbuja de gas. Se aplica vapor o aire caliente al molde. El vapor reblandece las cuentas y hace que se expanda el gas de las cuentas. Esta expansión las lanza contra la pared del molde y una contra la otra, con la cual se fusionan y se funden.

Se agregan productos químicos a la resina que hay en el barril de la máquina de inyección; esto genera un gas que se disuelve en la resina ablandada. La resina se ablanda en el barril por el calor de la fricción. Cuando se inyecta una carga dosificada en el molde, contiene menos resina de la que necesita el molde, debido a la presión reducida que hay en el mismo, el gas se desprende de la resina y la empuja sobre las paredes del molde.

Se inyecta nitrógeno con una boquilla en la resina del molde. La inyección del gas hace que la resina se vuelva espuma.

Moldeado por soplado.

El moldeado por soplado, tiene uso para productos de vidrio, caucho o plástico. El proceso de moldeado por soplado, empieza con la formación de un grumo de material fundido a una forma tubular, la cual se llama bombillo o preforma. El aire a presión sopla el material blando, fluido, contra las paredes del molde para darle la forma deseada.

Las ventajas de este método son que se obtienen productos de exactitud dimensional y de superficie casi terminada, además de que es rápido. Los costos de son muy grandes, como los de moldeado a presión y por inyección, su volumen de reproducción es muy alto. Su desventaja principal es que el costo inicial es muy grande y la máquina se debe usar para producción es muy grande. En ocasiones, surgen problemas cuando se utilizan plásticos endurecibles por reacción química, una vez que se mezclan los productos químicos se debe continuar el moldeado por soplado, hasta que termine la carga de plástico; de lo contrario se endurecerá fuera del molde y habrá que desecharlo.

Moldeado por compresión.

Es proceso en el cual se introduce en el molde una cantidad dosificada de resina plástica. Se calienta el molde y se aplica presión. La compresión obliga a la resina fundida a llenar toda la cavidad, dentro de la cual se produce una reacción química, que la endurece y produce la forma moldeada final. Las resinas pueden estar en polvo, gránulos, escamas o en forma de cordones o varillas.

El molde puede ser de una o de múltiples cavidades y las secciones suelen hacerse con aceros para herramientas, con alto pulimento para producir el acabado deseado en la superficie de los productos.

Se utiliza fuerza hidráulica para aplicar la presión en los moldes, utilizando fuerzas de compresión para obligar al plástico a moverse a todas las partes de la cavidad del molde, se debe dejar un pequeño espacio alrededor de los bordes de las secciones del molde, para que escurra el sobrante de resina.

Moldeo por transferencia.

Abarca los mismos principios de materiales que el moldeo por compresión. La diferencia principal entre los dos procesos está en el método con el cual se coloca o se alimenta la resina para el moldeo en la cavidad del molde. En el moldeado por compresión, la resina se coloca directamente en la cavidad del molde y la presión de una mitad del molde hace que el material se extienda en toda la cavidad. En el moldeo por transferencia, la presión para obligar a entrar el material en la cavidad del molde se aplica desde una cavidad diferente llamada crisol de transferencia. Un émbolo del molde comprime el material del troquel de transferencia hacia un bebedero y por canales hacia la cavidad del molde. La resina se calienta en el crisol de transferencia a presión y, luego, se aplica una presión mayor para enviar la resina reblandecida hacia la cavidad del molde. Pueden agregarse fibras o telas de refuerzo en la pieza. El moldeado por transferencia requiere menos acabado que el moldeo por compresión y el uso de los canales, facilita producir piezas múltiples. Se tiene la pequeña desventaja de que se necesita quitar los bebederos y canales del molde antes de agregar la siguiente carga, porque el plástico no puede volverse a usar.

Colada centrífuga.

Se hace con un molde que gira a alta velocidad para crear elevadas fuerzas centrífugas, que lanzan el material pesado de la colada contra la cavidad del molde en rotación. El material pesado se lanza contra el molde, las impurezas ligeras y los gases se van hacia el centro, fuera de la cavidad del molde, con lo cual las imperfecciones se eliminan con facilidad con acabado y maquinado.

En general, las piezas coladas con este proceso, no necesitan tubos verticales y solo un mínimo de canales.

Los procesos de colada centrífuga se usan mucho para las coladas de artículos de plásticos, concreto, cerámicos y casi todos los metales. El molde centrífugo suele utilizarse para formar piezas huecas, cerradas, de una sola pieza con espesor uniforme.

Ningún otro proceso de colada puede producir piezas huecas. Las desventajas incluyen el costo y el mantenimiento de las, maquinarias centrífugas y la producción un tanto lenta por el cuidado necesario para la carga y el bajo tiempo del ciclo.

Hay dos variantes de los procesos de colada centrífuga en uso muy extendido. El proceso de colada centrífuga en sí se emplea para hacer un producto en un molde. La segunda variante es la colada en centrífuga se utiliza para producir cierto número de piezas diferentes y separadas por cada colada del material fundido.

Por lo general, las piezas de colada centrífuga, se producen una cada vez, son simétricas. Esta colada puede utilizarse para producir objetos de tamaño y formas irregulares.

Los moldes para colada centrífuga de los dos tipos, pueden ser permanentes o unitarios, pueden hacerse con metal, yeso, granito y con arena verde o curada.

Colada continua.

Este proceso tiene un uso muy amplio en la manufactura de acero, cobre, aluminio y sus aleaciones. Se emplea para producir varillas redondas, alambres y varillas conformadas similares a las que se obtienen por extrusión. En esta colada se utiliza la fuerza de gravedad para hacer pasar el material por troqueles o guías y una corriente de material fundido, cae en una cámara enfriada y se solidifica antes de llegar a nivel del piso. La nueva forma solidificada permanece blanda en su interior y sale del troquel por gravedad a lo largo de un espacio por enfriamiento en donde continúa la solidificación y el endurecimiento; el material formado se corta en lingotes o se forma en bobinas para su uso posterior.

Las ventajas de la colada continua son la producción continua de material, desde su estado fundido a uno sólido y con la forma deseada y con la forma costosa como laminado de planchas, estirado o extrusión. El alambre suele producirse a partir de varillas que se laminaron para formar planchas, se hicieron láminas y se volvieron a formar varillas gruesas, que se reducen al tamaño deseado por trefilado por varios troqueles. El proceso de colada continua elimina la mayoría de las operaciones intermedias desde la colada de los lingotes hasta el trefilado inicial. Puede obtenerse casi cualquier forma para que se pueda laminar, estirar o extruir, con grandes ahorros en los costos de operación y de equipo.

El equipo de colada continua es muy costoso y muchos fabricantes prefieren utilizar maquinaria existente, en vez de instalar maquinas nuevas.

Moldeado por capas.

Se utiliza en la manufactura de productos de fibra de vidrio. Las fibras de vidrio pueden cortarse a tamaños muy cortos y soplarlas contra el molde revestidos con resinas para formar un cojín afieltrado o bien las fibras pueden tejerse para formar una tela burda como la arpillería y colarlas sobre el molde revestido con resina. El moldeado por capas incluye prensar las fibras de vidrio y las resinas contra el molde para dar la forma de deseada. El molde puede revestirse con un producto químico para evitar la adherencia de la resina.

La desventaja principal de este proceso es el largo tiempo de ciclo necesario para limpiar, revestir y preparar el molde y, luego para aplicar las fibras y resinas y mantener la presión hasta que ocurre el fraguado.

La presión suele aplicarse contra un diafragma de caucho, que hará fuerza uniforme contra cualquier contorno del molde. El aire a presión se aplica al exterior del diafragma.

Formación al vacío.

Es muy similar al proceso de moldeado por capas; la diferencia principal es que no se utiliza ni se necesita un diafragma de caucho. Se calienta una hoja o película de un termoplástico y se coloca sobre un molde; se extrae el aire que hay entre el molde y el plástico. Puede aplicarse calor al plástico desde el molde o con calefactor, puede calentarse el plástico antes de colocarlo en el molde; cuando se reblandece el plástico, la presión atmosférica obliga a este a adoptar la forma del molde.

La formación al vacío, permite una dirección y es más eficaz para secciones de pared delgada.

Moldeado a presión.

Es lo opuesto del moldeado al vacío, pues se aplica aire a presión en una cavidad para obligar al material caliente a expandirse contra la forma del molde. Puede utilizarse un molde o bien, el aire a presión puede emplearse para formar una burbuja abovedada como una hoja; cuando la presión se utiliza para empujar a la hoja contra el molde, el proceso se llama formación con presión directa. Cuando se expande el material para formar una burbuja, se llama soplado libre.

Las formas de soplado libre, pueden tener bases cuadradas, rectangulares, redondas u ovaladas y pueden ser de tamaño grande. Las ventajas de los plásticos acrílicos de soplado libre incluyen buena calidad óptica y contornos regulares.

La principal desventaja del soplado libre es el bajo volumen de producción. Las desventajas primarias del moldeado con presión directa son el costo del equipo y los troqueles, pero el moldeado con presión directa se presta para elevados volúmenes de producción.

Película soplada.

Este proceso es similar al proceso de moldeado a presión o al vacío en algunos aspectos. Sé extruye un tubo de plástico delgado con un troquel. Se retira el tubo a través del troquel hasta rodillos de presión en una torre a cierta distancia encima del troquel. Después, se le inyecta aire para formar una burbuja de plástico. Para el momento de que el plástico llega a los rodillos de presión, ya está frío y solidificado.

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