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Bloque III:
CONFORMADO POR CONFORMADO POR MOLDEO
Bloque III:
CONFORMADO POR MOLDEO
Tema 1. Diseo de Moldes
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Tema 1. Diseo de Moldes
Diseo del sistema de distribucin
Principio de Bernouilli
Ecuacin de continuidad
Nmero de Reynolds
Diseo bebedero
Escalonamiento de secciones (Sistemas convergentes y divergentes)
Recomendaciones prcticas de diseo
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
Recomendaciones prcticas de diseo
Clculo de las fuerzas debidas a presiones metalostticas
Fuerzas horizontales
Fuerzas verticales
Ejemplo clculo fuerzas
Diseo de mazarotas
Tiempo total de enfriamiento
Consideraciones ubicacin mazarotas
DISEO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIN
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
DISTRIBUCIN
Ecuaciones empleadas
En el diseo de un molde se emplean como ecuaciones bsicas:
1. Principio de Bernouilli
Prdida de energa evaluada a partir de la prdida de carga (energa potencial)
Tramo recto:
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Tramo recto:
Tramo curvo:
L
L
El valor de k depende de la
geometra del codo.
Ecuaciones empleadas
2. Ecuacin de continuidad
Caudales de entrada en un sistema cerrado son los mismos que los caudales de salida, que expresado de
forma matemtica resulta:
Caudal msico:
siendo
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
Caudal volumtrico: (misma densidad)
siendo
Ecuaciones empleadas
3. Nmero de Reynolds
El nmero de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad dinmica, velocidad y dimensin tpica de un
flujo en una expresin adimensional, que interviene en numerosos problemas de dinmica de fluidos.
Caracteriza el tipo de flujo, en rgimen laminar (nmero de Reynolds pequeo) o turbulento (nmero de
Reynolds grande).
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
Ejemplo:
Aleacin de aluminio Al357 a 615oC tiene una viscosidad dinmica de 0.001 Pas = 0.001 kg/(ms)
Laminar Turbulento
Rgimen laminar: Re > 2000
Rgimen turbulento: Re > 4000
Escalonamiento de secciones
Una vez determinada la seccin al final del bebedero, el resto de secciones suele determinarse a priori
mediante un valor de escalonamiento, ndice de distribucin o relacin de colada, que viene definido por la
relacin:
siendo
Sistema convergente (a presin): SB > SC > SA
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
Sistema convergente (a presin): SB > SC > SA
Relaciones tpicas: 1:0.75:0.5
Sistema divergente (sin presin): SB < SC < SA
Se intercambian las ventajas e inconvenientes de los sistemas convergentes.
Relaciones tpicas: 1:1,3:1 (aleaciones pesadas); 1:3:1 (aleaciones ligeras)
Ventajas:
1. Conductos siempre llenos,
2. Flujo cte con varios ataques
3. Mayor velocidad flujo, lo que implica mayor rendimiento
(menor metal colado para fabricar pieza)
Inconvenientes:
1. Mayor turbulencia debido a mayor velocidad y Re
Recomendaciones prcticas de diseo
Para piezas pequeas se recomienda:
La relacin entre las dimensiones de los ataques (forma rectangular) debe ser aproximadamente:
La parte superior de los canales de distribucin debe realizarse en forma de diente de sierra para facilitar el
b
h
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
La parte superior de los canales de distribucin debe realizarse en forma de diente de sierra para facilitar el
alojamiento de las escorias procedentes de la colada.
CLCULO DE LAS FUERZAS DEBIDAS A PRESIONES
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
DEBIDAS A PRESIONES METALOSTTICAS
Clculo de fuerzas metalostticas
Objetivo: Determinar las fuerzas que debe resistir la caja de moldeo (fuerzas horizontales) y el peso que
debe colocarse entre las dos mitades del molde (semimoldes) o los refuerzos que deben colocarse para
que no se separen (fuerza vertical) durante la colada.
Moldes metlicos: la coquilla debe
Moldes arena: la caja se disea parasoportar las fuerzas horizontales, mientras
que la fuerza horizontal se suele
contrarrestar con un contrapeso, aunque
tambin en ocasiones se disea la caja
cerrada para soportarlo.
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
Moldes metlicos: la coquilla debedisearse para soportar grandes fuerzas
debidas a las altas presiones
Nota: en el clculo de las fuerzas en un molde metlico (inyeccin) se puede despreciar el efecto de la gravedad por ser laspresiones de inyeccin muy elevadas y las dimensiones de estos moldes inferiores. La fuerza en cualquier direccin puede
obtenerse mediante el producto de la presin de inyeccin y la proyeccin de la cavidad del molde en dicha direccin.
Clculo de fuerzas horizontales
Fuerza horizontal: Es igual al producto de la densidad del metal colado por la gravedad por la profundidad
del centro de gravedad de la superficie proyectada por la cara en la direccin en la que se calcula la fuerza
y por el valor de dicha superficie.
Las fuerzas opuestas son lgicamente iguales en mdulo y sentido contrario, por lo que slo deben
calcularse dos.
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Clculo de fuerzas horizontales
Fuerza horizontal:
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
Fuerza horizontal:
100
100
250 + 500 + 250
250 + 250
Clculo de fuerzas verticales
Fuerza vertical: Es igual al producto de la densidad del metal colado por la gravedad por el volumen
existente entre la superficie de la pieza y el plano horizontal que contiene el metal colado en contacto con
el exterior (parte superior del bebedero).
Ejemplos:
h
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h
En este caso el volumen (V) no contiene el cilindro generado por el hueco de la pieza.
En este caso el volumen V contiene el cilindro generado por el hueco no pasante de la pieza.
Ejemplo clculo fuerzas
Fuerza horizontales y vertical
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
Ejemplo clculo fuerzas
h
a
Fuerza horizontal
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
b
Ejemplo clculo fuerzas
Fuerza horizontal
h
a
R
d
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
c
r
h
?
Ejemplo clculo fuerzas
Fuerza horizontal
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
Cualquier fuerza puede descomponerse la adicin de otras fuerzas, como en este caso es:
Recordatorio: Teorema de Guldin
Para determinar el centro de masas de una superficie puede emplearse el teorema de Guldin, que dice:
El volumen generado por una superficie al rotar sobre un eje, es igual a producto de por la posicin
del centro de masas de la superficie ( ) y por el valor de dicha superficie.
Ejemplo:
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
Semicrculo
Esfera
Ejemplo clculo fuerzas
Fuerza vertical
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DISEO DE MAZAROTAS
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
Tiempo total de enfriamiento
El tiempo total de solidificacin es el tiempo necesario para que la fundicin solidifique despus del vaciado.
Este tiempo depende del tamao y de la forma de la pieza fundida expresada por una relacin emprica
conocida como REGLA DE CHVORINOV que establece
donde:
K es una constante que depende del metal colado, del material del molde, del grosor de las paredes del molde, de la
temperatura de colada,
V es el volumen de la pieza
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
V es el volumen de la pieza
A es el rea de la pieza en contacto con las paredes del molde (rea por la que intercambia calor con el medio).
n es una constante, usualmente toma el valor de 1.5 - 2.
La relacin V/A recibe el nombre de MDULO DE ENFRIAMIENTO, y es el parmetro a evaluar tanto en el
diseo de los canales de distribucin del molde como en el diseo de la mazarota para saber si solidifican
antes o despus que la pieza.
Tiempo total de enfriamiento
1. El mdulo de enfriamiento de la mazarota debe ser siempre mayor que el de la pieza
Las constantes son iguales por tener
mismo material del molde, mismo
material colado, temperatura,
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Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin
En definitiva, suele emplearse como factor de seguridad en el diseo bien que el mdulo de la mazarota sea
mayor que el de la pieza o directamente se aplica un incremento en el tiempo y se determina la relacin
entre los mdulos de mazarota y pieza. En general se tiene que si el mdulo de la mazarota es n veces el de la
pieza los tiempos tienen una relacin al cuadrado.
2. El mdulo de enfriamiento de los canales tambin debe ser superior al de la pieza.
3. Debe calcularse el mdulo de enfriamiento de las distintas partes de la pieza para determinar si
estn correctamente diseados y la posicin en la que debe conectarse la mazarota a la pieza.
Consideraciones de ubicacin mazarotas
Las mazarotas deben situarse segn distintos criterios, como:
En las zonas de ms difcil alimentacin
En las zonas de mdulo de enfriamiento bajo o en aquellas que queden estranguladas por dichas
zonas y no pueda reponerse metal por otro medio.
En aquellas zonas de fcil eliminacin, mejor paredes planas que curvas.
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