Etapas del proceso de fundición

Resumen

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

Introducción

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

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

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

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

Etapas del proceso de
fundición

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

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

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

• Fundición en moldes: Se extraen las
  piezas completas.

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

Preparación de mezcla

• 1. Moldeo

• 2. Fusión

• 3. Vertido

• 4. Desmolde ,limpieza, acabado

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

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

Preparación de la
mezcla

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

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

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

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

Los machos se elaborarán con:

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

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

Elaboración de la tecnología
de fundición

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

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

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

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

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

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

Plantillería

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

Planta Arena

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

Moldeo y Macho

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

Fusión

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

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

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

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

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

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

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

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

Tabla #1 Composición química del acero
AISI 1045

:

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

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

Vertido

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

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

• Según transportación: Accionadas por
  grúas

• Según la inclinación de las paredes
  :Cilíndricas

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

• Según la forma del pico :Vaciado por
  debajo

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

Desmolde, limpieza y acabado

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

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

Conclusiones

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

• 1. Preparación de
  mezcla

• 2. Moldeo

• 3. Fusión

• 4. Vertido

• 5. Desmolde ,limpieza,
  acabado

Cada una con su respectiva tecnología

Bibliografía

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

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

Askeland, D. R. (1998). Ciencia e
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Norma Técnica 600-9 (1970).
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Caña y de Bagazo. M. d. l. o. I. A. d. Oriente.

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

Gutiérrez, A. (2007). "Acero &
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García Caballero, R. , I. A. G. R.
(1983). Guía Tecnológica para el Proyecto de curso
en Tecnología de Fundición II.

Leonardo Goyo Pérez, H. M. R.
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Mecánica, E. P. (2010). Elemento de
Máquinas para Transmisiones de
Movimiento-SPUISITOROCKET-REQS. E. P. Mecánica.

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

Autor:

Irina Moya Hayle,

Esther Mirian Hayle
Cabrera,

Amado Cruz-Crespo