TECNOLOGÍA MECÁNICA

PARTE I: FUNDICIÓN

TEMA 0: INTRODUCCIÓN.-

1.- INTRODUCCIÓN.

Objetivo de la tecnología mecánica:

Es la ciencia que estudia los procesos de conformado y fabricación de componentes mecánicos con la adecuada precisión dimensional, así como las máquinas herramientas y demás equipos necesarios para llevar a cabo la realización física de tales procesos, automatización, planificación y verificación.

Fases de un proceso de fabricación:

Diseño de la pieza final.

¿ Qué ?

Material con que.

A través de que

Clasificación de los procesos:

.- Sin eliminación de material: .- Fundición.

.- Deformación plástica.

.- Con eliminación de material: .- Viruta.

.- Abrasión.

.- Polímeros y derivados.

.- Por unión de partes.

.- De medición y verificación.

.- Automatización; control numérico.

Moldeo. ( Proceso con material fundido )

.- Molde desechable: .- Modelo permanente.

.- Modelo desechable.

.- Molde permanente.

.- Centrífugo.

Deformación plástica. ( proceso con material sólido )

.- Caliente: .- Forja.

.- Laminación.

.- Estirado.

.- Frío: .- Embutición.

.- Corte.

Soldadura:

.- Fusión, estado sólido, fuerte, blando, etc.

2.- INTRODUCCIÓN AL CONFORMADO POR MOLDEO.

Método científico.

Moldeo: Molde (negativo); Perdido o permanente.

Ventajas:

.- Facilidad y economía en piezas complicadas.

.- Empleo de metales y aleaciones no aptos para otros procesos.

3.- PROCESO GENÉRICO DE MOLDEO.

.- Esquema página 0.2 de los apuntes.

TEMA 1: MODELOS Y MEZCLAS EN EL MOLDEO DE PIEZAS.-

Modelos para piezas fundidas.

1º.- Diseño.

2º.- Molde.

3º.- Modelo: .- Naturales (reproducción fiel).

.- Simplificados (esqueletos, terrajas, etc.).

Materiales para la construcción de modelos.

.- Factores: .- Número de piezas.

.- Peso del modelo.

.- Facilidad de trabajo.

.- Alteración con el tiempo.

.- Método de moldeo.

.- Tipos: .- Madera.

.- Metales.

.- Yeso.

.- Cemento.

.- Barro.

.- Plástico.

.- Cera.

Requisitos de los modelos.

.- Facilidad de desmodelado. Salidas o varias partes.

.- Contracción; modelo > original.

.- Demasías de mecanizado; espesor suplementario.

Clasificación de los modelos.

.- Piezas macizas: enteras / por partes.

.- Piezas huecas; cajas de machos.

.- Piezas con contrasalida; sin sección máxima.

.- Placas modelo: .- Simples.

.- De dos caras.

.- Reversibles; dos piezas en la misma placa.

Machos y cajas de machos.

Se emplea para formas interiores, para reforzar modelos delicados, evitar grandes salidas, etc. Las cajas, son para la fabricación de estos.

Arenas y mezclas para el moldeo de piezas.

Cualidades: .- Plasticidad; detalles.

.- Cohesión y resistencia; conservar la forma.

.- Refractarias; soportar altas temperaturas.

.- Permeabilidad; evacuar gases, vapor de agua y aire.

.- Disgregabilidad; fácil de desmoronar.

.- Economía.

.- Conductividad térmica; velocidad de enfriamiento.

TEMA 1: MODELOS Y MEZCLAS EN EL MOLDEO DE PIEZAS.-

1.- MODELOS PARA PIEZAS FUNDIDAS.- (apuntes-libro)

GENERALIDADES.

.- Preparación del molde.

.- Reproducción fiel del original.

.- Modelos simplificados, esqueletos, terrajas, plantillas.

REQUISITOS DE LOS MODELOS.

.- Facilidad de desmodelado.(2 ó mas partes, ángulos de salida)

.- Contracción.(grado de contracción del metal)

.- Útiles.(adecuados al mecanizado y al uso, espesor suplementario)

CLASIFICACIÓN DE LOS MODELOS.

.- Por su situación respecto al metal: externos e internos o machos (noyos).

.- Según la pieza a obtener:

- Maciza con una sección máxima respecto a otra paralela, Modelos al natural enteros o divididos en partes.

- Además de las condiciones anteriores es hueca, necesita caja de machos y portadas.

- La pieza presenta contrasalida.

.- Atendiendo al material con que se construyen:

- De madera: baratos, de fabricación rápida, para una o pocas piezas.

- Metálicos: menos deformables, más duraderos, adecuados para grandes series de piezas pequeñas o medias.

- De resinas sintéticas, cemento, yeso, etc.

PLACAS MODELO. TIPOS.

-. Simples: una sola cara de la placa.

.- Reversibles: una mitad del modelo en cada cara de la placa.

.- De dos caras: las dos mitades en la misma cara.

CAJA DE MACHOS.

.- Previsión de portadas, cónicas o troncopiramidales, con creces en el modelo.

.- Se emplean también en modelos complicados, partes complicadas o frágiles.

.- Para evitar deformaciones y grandes contrasalidas.

ARENAS Y MEZCLAS PARA EL MOLDEO DE PIEZAS.

Se emplea en los moldes perdidos, exigiéndose las siguientes cualidades:

.- Ser plásticos.

.- Cohesión y resistencia: reproducir y conservar la forma al extraer.

.- Ser refractarios.

.- Tener permeabilidad: evacuación rápida de gases.

.- Ser disgregables: facilitar la extracción de la pieza.

Las arenas se pueden clasificar atendiendo a su contenido en arcilla:

.- Arenas arcillosas o tierras grasas: > 18 %

.- “ “ “ semigrasas: 8-18 %

.- “ “ “ magras: 5-8 %

.- “ silíceas: < 5 %

Las arenas naturales son irregulares, empleándose sintéticas o aglomeradas.

AGLOMERANTES Y AGLUTINANTES.

.- Inorgánicos: * Arcilla y bentonita. La 2ª > absorción y 2-7 veces > aglutinante.

* Cemento y silicato. Cemento portland endurece por fraguado.

Silicato, altera permeabilidad y vitrificación, se añade serrín para facilitar disgregabilidad.

.- Orgánicos: Cereales, liquina, melaza, alquitrán, resina y aceites. Aumentan la cohesión y resistencia de la arena verde y arden a baja temperatura.

CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DE LAS ARENAS.

.- Análisis químico. Contenido de cuarzo, arcilla y feldespato.

.- Contenido arcilloso. Levigador.

.- Dimensión y distribución de los granos. Análisis granulométrico.

.- Forma de los granos.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LAS ARENAS.

.- Refractariedad. Máxima temperatura sin signos de fusión.

.- Cohesión o resistencia. Depende del aglutinante y agua.

.- Permeabilidad. Evacuación de gases, evitar sopladuras.

.- Deslizamiento. Relleno de todos los huecos.

Se debe tener en cuenta la humedad, atacado y tiempo de mezcla.

PREPARACIÓN DE LAS ARENAS DE MOLDEO.

• Para moldeo en VERDE: más económico, rápido, producciones en serie y menos utensilios.

• Para moldeo en SECO: secado para aumentar cohesión: > resistencia mecánica, > permeabilidad y < volumen de gases.

• Se distingue, a parte, entre arena de moldeo y de relleno.

Proceso de preparación:

Desterronadora. Reducción a estado granular.

Separador magnético. Eliminación de residuos metálicos.

Cribado. Para fragmentos no ferrosos o extraños.

Extractor o ventilador. Eliminación del polvo de arena.

Dosificador. Adecuar la cantidad a mezclar con arena nueva.

Mezcladora-amasadora. Garantizar la uniformidad de los componentes: arena usada y nueva, aglutinante, agua, etc.

Desintegrador. Separar los granos.

Secador. Comprobar % de agua; solo para machos.

NEGROS BARNICES DE FUNDICIÓN.

• Negro mineral. Hulla pulverizada, se añade a arena verde y arde en la colada. Debe tener una granulometría similar a la de la arena.

• Negro de estufa. Suspensión fluida de grafito, negro vegetal, arcilla refractaria y agua. Barnizar superficies de moldes y machos, moldeo en seco.

• Grafito. En polvo sobre la superficie del molde verde.

PROPIEDADES DE LOS MACHOS.

• De fácil preparación.

• De material refractario.

• De suficiente resistencia mecánica.

• Provistos de portadas.

• Permeables.

• Elásticos.

• Fáciles de extraer.

PREPARACIÓN DE LOS MACHOS.

Según su tipo, forma y calidad del material:

• Moldeo de machos en cajas.

• “ “ “ con bastidores.

• “ con terraja sobre un eje principal.

• “ “ “ “ “ “ vertical.

• “ de machos con plantillas y guías.

• “ “ “ “ varias plantillas.

• “ “ “ en máquinas de sacudidas.

• “ “ “ con máquinas de compresión neumática.

ARMADURA DE REFUERZO.

Según la función que desempeñen:

• Armaduras simples de alambre.

• “ perfiladas.

• “ coladas con varillas insertadas.

• “ de fundición descubierta.

TEMA 2: PROCEDIMIENTOS DE MOLDEO EN ARENA.-

FORMAS DE MOLDEO.

Moldeo al descubierto: piezas planas, una sola cara, suelo, sin caja.

Moldeo en fosa: piezas grandes.

Moldeo sin caja: piezas pequeñas, en verde.

Moldeo con caja:

• Sin macho y sin falso molde: piezas sencillas, junta horizontal, explicar proceso.

• Sin molde falso: con pieza batida, contrasalida.

• Con molde falso: pieza sin junta horizontal, en yeso o madera.

• Moldeo con caja intermedia: piezas con varias secciones.

• Moldeo con macho: modelo distinto a la pieza, portada.

• Moldeo por terrajas: superficies por revolución ( linternas = tubos + arena + paja ).

• Moldeo sobre armaduras: intermedio entre modelo y plantillas.

CAJAS DE MOLDEO.

Son recipientes en los que queda aprisionada la arena conteniendo al molde.

Pasadores o bulones / salida gases / sólidos / ligeros / identificables / rugosos ( no deslizantes ) / madera / aluminio, fundición, acero.

MOLDEO A MÁQUINA.

Objetivos: evitar desperfectos, mayor producción y mecanizar el proceso.

Tipos:

• De sacudida y compresión en fases.

• Giratorias, modelos complicados, giro 180º.

• Por proyección centrifuga.

• De plataforma giratoria.

Tiempos de las operaciones de moldeo y anejas:

• Sacudir: 20-30 sacudidas en 4-6 golpes / segundo.

• Prensar: 4-6 S.

• Desmodelar: 4-10 S.

• Auxiliares: variables.

TEMA 3: HORNOS DE FUSIÓN.-

CLASIFICACIÓN GENERAL.

Hornos de combustible: Metal-combustible separados: Crisol o Reverbero. “ en contacto: Cubilote.

Convertidores.

Hornos eléctricos: de Arco, de Resistencia y de Inducción.

HORNOS DE CRISOL.

.- Compuesto de grafito + carborundo + aglutinante (arcilla, alquitrán).

.- Se clasifican por PUNTOS, (Kg de bronce líquido).

.- Apto para metales no ferrosos.

HORNOS DE REVERBERO.

.- Compuesto por: hogar + laboratorio con solera y bóveda + chimenea.

.- calienta por convección de la llama + radiación de la bóveda y de las paredes.

.- Producción de 5 a 25 toneladas.

.- Apto para bronce, aluminio e hierro fundido maleable.

.- Un tipo es el HORNO MARTIN-SIEMENS. Caracterizado por: Calentamiento de gas y aire, producción de 15-20 T. y apto para hierro fundido maleable.

HORNOS OSCILANTES Y GIRATORIOS.

Aumentan el rendimiento térmico.

CUBILOTES.

.- Combustible sólido. Coque.

.- Rendimiento elevado, a consta de mal control de la calidad.

.- Son de funcionamiento continuo.

.- Dimensiones: Diam. interior; Diam. exterior; alt. cubilote; alt. Crisol; nº y secciones de toberas.

CONVERTIDORES.

.- No son verdaderos hornos de fusión, sino de afino.

.- BESSEMER y THOMAS.

.- Toman arrabio del alto horno y lo convierten en acero al colar en lingotes.

HORNOS ELÉCTRICOS DE RESISTENCIA.

Se basan en el Efecto Joule por el paso de una corriente por una resistencia.

HORNOS ELÉCTRICOS POR ARCO DIRECTO.

• Normalmente trifásico.

• Diam. Grande - poca profundidad - (no se enfríe) crisol.

• Bóveda, material refractario.

• Electrodos de grafito (Tª " 3000º C.) (carbono amorfo o grafito)antracita cocida, coque.

• Brazos para electrodos (mantener la distancia; = cte.).

• Transformador (22000 V. - 60 a 270 V.).

• Regulador automático de la longitud de arco.

HORNOS ELÉCTRICOS DE ARCO INDIRECTOS.

• Dos electrodos regulables de forma horizontal.

• Giro de la bóveda.

• Poca capacidad. Arco no está en contacto con el metal.

• Uso: hierro colado, metales no ferrosos y aceros especiales.

HORNOS DE INDUCCIÓN DE BAJA FRECUENCIA CON CANAL.

• Funcionan como un transformador.

• Canal con metal líquido.

• Uso: aleaciones Cu-Ni, hierro colado y aleaciones ligeras.

HORNOS DE INDUCCIÓN DE BAJA FRECUENCIA SIN CANAL.

• Corriente alterna de la bovina primaria: * flujo magnético alterno; *corrientes parasitarias de Foucault.

• Movimiento rotatorio vertical de la masa fundida.

• Recipiente refractario con una bovina inductora arrollada.

• Buena regulación de la Tª.

Ventajas:

Calentamiento directo de la carga.

Mezclado vigoroso del metal.

Rápida fusión de las virutas.

Determinación segura de los análisis.

No existen sobrecalentamientos locales, mínimas perdidas por combustión.

Buena regulación de la temperatura.

El crisol se fabrica fácil.

Marcha limpia en el taller de fundición.

Manejo fácil.

Conexión directa a la red trifásica.

Gastos mínimos de instalación.

“ “ de explotación.

Construcción: el horno se compone de:

Horno, propiamente dicho.

Armazón basculante.

Asiento basculante.

Crisol.

HORNOS DE INDUCCIÓN DE ALTA FRECUENCIA (SIN CANALES).

• Parecidos a los anteriores.

• Solo para metales preciosos y laboratorio.

• De 500 a 3000 Hz, hasta 20000 Hz; los de baja a 50 Hz.

• Gran calidad pero con grandes costos iniciales.

• Cuarcita + caolín / cuarcita triturada + ácido bórico.

TEMA 4: MOLDEOS ESPECIALES.-

FUNDICIÓN EN COQUILLA.

• Molde metálico.

• Características: * Gran rapidez de producción; * Precisión y exactitud; * Bajo coste.

• Enfriadores; temple parcial.

• Proceso de colada: Limpieza de moldes. Rociado en superficie con lechada refractaria. Machos y cierre. Colado. Extracción de la pieza.

COLADA CENTRÍFUGA.

• Aumenta la presión sobre el metal.

• Modelos tubulares.

• Interior hueco sin machos.

• Tipos: * Colada centrífuga propiamente dicha (tubos). * Colada semicentrífuga (anillos). * Colada en molde centrifugada (en racimo).

• Con eje horizontal: eje coincide con el de simetría (rodillos, cercos de arena).

COLADA DE TUBOS.

• Con desplazamiento del molde: espesor del tubo ! fluidez del caldo.

• Con desplazamiento del canal.

• Anormalmente se varía la velocidad de rotación.

COLADA CENTRÍFUGA CON EJE VERTICAL.

• Curva de equilibrio. Peso - centrífuga.

• Pequeña conicidad interior mecanizable.

COLADA SEMICENTRÍFUGA.

• Moldes de anillos y volantes.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA COLADA CENTRÍFUGA.

VENTAJAS:

• Eliminación de machos.

• Eliminación de bebederos y mazarotas.

• Velocidad de producción.

• Purificación del metal.

• Mayor densidad y compacidad.

INCONVENIENTES:

• Limitación de forma.

TEMA 5: MICROFUSIÓN.-

MICROFUSIÓN.

• Modelos de material fusible: cera, parafina, resina termoplástica...

• Moldes de arena silícea, yeso, etc.

• Moldeo sobre cera perdida.

• Artística, odontológica, orfebrería, pequeñas piezas.

• Pequeñas tolerancias. (0.5 %).

• Proceso: * Modelo metálico. * Coquilla. * Colar coquilla en cera, modelos secundarios. * Soldar modelos secundarios. * Sumergir racimo en sílice coloidal. * Espolvorear con arena de sílice fina. * Recubrir con material de moldeo. * Calentamiento moderado. * Cocer a alta Tª. * Colar.

MOLDEO MERCAST.

Variante de anterior con mercurio. Proceso:

• Los dos primeros pasos iguales.

• Colar mercurio a -75 ºC en baño de acetona.

• Se extraen y se unen los medios moldes.

• Se sumerge el modelo de mercurio sólido en baño cerámico (-50 ºC). La capa cerámica de e = 3-6 mm.

• Se calienta, eliminando el Hg.

• Se cuece a alta Tª.

• Molde cerámico ! se cuela ! se rompe el molde cerámico.

MOLDEO EN CÁSCARA (CRONINIG O “ C ”).

Arena extrasilícea aglomerada con resina plástica termoendurecible en contacto con una placa modelo precalentada (200 - 260 ºC.). Espesor de la capa de 5 a 8 mm.

MOLDEO AL CO2.

• Endurece machos y moldes sin cocerlos.

• Arena + CO2 ! Gel de sílice que endurece la arena.

• Arena ! extrasilicea. // Aglutinante ! silicato sódico. // Desmoronante ! dextrina.

TEMA 6: FUNDICIÓN A PRESIÓN.-

GENERALIDADES.

VENTAJAS:

• Llenado rápido.

• Reproducción fiel.

• Bajo costo.

• Elimina porosidades.

• Necesita menos mecanizado.

TIPOS DE MÁQUINAS:

• Cámara de presión caliente. Fundición inyectada.

• Cámara de presión fría. Fundición a presión.

1.- MÁQUINAS PARA FUNDICIÓN INYECTADA.

• Dos partes: emplazamiento de la matriz y cámara de fusión.

• Dos tipos:

• Máquinas con cámara de fusión por inmersión:

• Presión, aire comprimido.

• Pb, Sn, Zn.

• Lenta, de 40 a 60 piezas / hora.

• Material de superficie, escoria y óxidos.

• Máquinas con cámara de fusión de pistón sumergido:

• Aleaciones Pb, Zn, Sn, no para Al.

• Rapidez de producción, 1000 piezas / hora.

• Mejores características. Inyección sin mezcla material-aire.

2.- MÁQUINAS DE CÁMARA FRÍA.

• Metal extraído con cuchara y se comprime en cámara de presión.

• Presión entre 150 y 1500 Kg /cm2.

• Al. Cu. Hg. Fundición gris.

TIPOS:

• MÁQUINAS DE PISTÓN VERTICAL:

• Contraembolo que obstruye la tobera.

• Presión alta para expulsar aire y comprimir a cierta presión mínima de trabajo.

• No se consiguen piezas de gran tamaño, siendo difícil en aleaciones muy fluidas.

• MÁQUINAS DE PISTÓN HORIZONTAL.

• Más cómodas para trabajar.

• Aire + caldo, aire delante.

• Se cuela por canales.

• Altas presiones, 3000 a 7000 Kg /cm2.

CONSTRUCCIÓN DE MATRICES.

• Factores mecánicos: gran importancia.

• Dos medias coquillas: una fija y otra móvil.

• Machos móviles, extractores.

• Semimolde móvil, se lleva la pieza.

• Franja de estanqueidad al rededor del molde 1/10.

• PARTICIÓN.- Semimolde fijo = mejor calidad, mayor hueco ! máxima precisión. Acero bonificado refractario.

• CANALES DE COLADA.- Facilitar circulación regular y tranquila. Bebedero en parte fija.

• SALIDA DE AIRE.- Ranuras en caras de contacto.

• MACHOS.- Fijos: dirección de movimiento del extractor. Móviles: guiados por la placa.

• EXTRACTORES.- Vástagos o topes expulsores. Casquillos expulsores. Peines expulsores.

TEMA 7: ALEACIONES PARA MOLDEO. MECANISMOS DE SOLIDIFICACIÓN.-

HIERRO COLADO. ( FUNDICIONES ).

Aleaciones de Fe-C. con C>1.75% (Si, P, S) Mn + Ni, Mo, Cr, Cu, V, Ti, Mg, etc.... (en total 5-7 %).

• Carbono: como carburo (Fe3C ! 6.67 %, cementita). Libre (grafito). Fundiciones grises, blancas, atruchadas.

• Silicio: acelera la disolución del carburo de hierro. Fe3C ! 3 Fe + C.

• Manganeso: acción contraria al Si. También forma sulfuros ! positivo, impide grafitización.

• Fósforo: alto horno ! fosfuros de Fe ! fluidez ! bajo punto de fusión ! fragilidad y dureza. Limitación actual = < 0.2 % .

• Azufre: siempre perjudicial ! sulfuro de Fe y/o sulfuro de manganeso.

Todos los elementos anteriores están siempre presentes.

• Componentes de aleaciones: son los que se añaden. ( Ni, Mo, Cr, Cu, Ti, Hg ).

FUNDICIONES DE GRAN RESISTENCIA.

• Fundición: Matriz de acero y laminillas de grafito. Tres casos: ferrita, perlita y cementita.

• Grado de saturación ! proporción idónea de C.