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7/24/2019 Proceso de Solidificacin
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PROCESOS DE
SOLIDIFICACIONFUNDAMENTOS DE LA
FUNDICIN DE METALESPROCESOS INDUSTRIALES I
ING. FABIO BERMEJO AUNIVERSIDAD AUTNOMA
DEL CARIBE
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PROCESOS DE
SOLIDIFICACION Es aquel en que el material se encuentra en forma lquida
o en condicin muy plstica, y se crea un objeto a travsde su solidificacin.
Procesos de
Ing. Fabio Bermejo Altamar.Procesos Industriales I
solidificacin
Procesamiento dePolmeros y PCM
Cermicosy vidrios
Fundicin de metales
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Qu es la fundicin? La fundicines un proceso de manufactura en el que
el metal derretido fluye por gravedad hacia un molde enel que se solidifica con la forma de la cavidad de ste.
Se derrite el Se vierte en Se deja enfriar el
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metal el molde metal
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PROCESOS DE FUNDICINVENTAJAS: Se utiliza para crear formas complejas. Se obtiene piezas de forma neta o casi neta. Se emplea para producir piezas grandes.
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e ut za en cua qu er meta que pue a ca entarse asta eestado liquido. Algunos mtodos de fundicin son apropiados para
fundicin en masa.
DESVENTAJAS: Limitaciones en las propiedades mecnicas, porosidad,
exactitud dimensional y acabado de la superficie paraciertos procesos, peligros al personal por las temperaturas
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PROCESOS DE FUNDICIN El moldees un elemento que contiene una
cavidad cuya configuracin geomtricadetermina la forma de la pieza fundida.
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Molde abierto
Molde cerrado
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PROCESOS DE FUNDICIN De acuerdo al tipo de moldelos procesos de
fundicin se clasifican en: Molde desechable: el molde en que se
solidifica el metal derretido debe destruirse
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para retirar el material fundido.(arena, yeso o materiales similares)
Molde permanente. es el que se utiliza unay otra vez para producir muchos fundidos.(metal o material refractario cermico)
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PROCESOS DE FUNDICIN Molde para fundicin en arena.
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PROCESOS DE FUNDICIN Elementos presentes en el Molde para
fundicin en arena.
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PROCESOS DE FUNDICIN Elementos presentes en el Molde para
fundicin en arena.
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PROCESOS DE FUNDICIN Pasos para la fundicin en arena.1. Colocar un modelocon la forma de la pieza
deseada en arena para crear una impresin.2. In r r r n i t m lim nt i n .
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3. Llenar la cavidad resultante de metal fundido.4. Dejar que el metal se enfre hasta que se
solidifique.5. Romper el molde de arena.6. Retirar la fundicin.
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PROCESOS DE FUNDICIN Molde para fundicin en arena.
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PROCESOS DE FUNDICIN Molde para fundicin en arena.
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PROCESOS DE FUNDICIN Calentamiento del metal. Se requiere calentar el metal a una
temperatura mayor que la de fusin y luego verterse a la cavidad delmolde para que solidifique.
( ) TTCHTTCVH ++=
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H= calor total que se requiere para subir la temperatura del metal a latemperatura que se vierte, J (Btu)= densidad del material, g/cm3 (lbm/in3)V = volumen del metal que se calienta, cm3 (in3)
Cs=Calor especifico por peso para el metal slido, J/g-C (Btu/lbm-F)Tm = Temperatura de fusin del metal, C (F)To = Temperatura de inicio, ambiental, C (F)Hf = Calor de fusin, J/g (Btu/lbm)
Cl = Calor especifico por peso para el metal lquido, J/g-C (Btu/lbm-F)Tp = Temperatura de vertido, C (F)
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PROCESOS DE FUNDICIN Ejercicio de aplicacin. Un metro cbico de cierta aleacin eutctica se calienta en un crisol,
desde la temperatura ambiente a 100C por arriba de su punto defusin para fundirlo. La densidad de la aleacin es de 7.5 g/cm3, elpunto de fusin es de 800 C, calor especifico de 0.33 J/g- C en estado
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slido, 0.29 J/g-C en estado lquido; y el calor d e fusin es de 160 J/g.Cunta energa calorfica debe agregarse para completar elcalentamiento si se supone que no prdidas?
( )
( )( ) ( ) ( )}{
( )JH
H
TTCHTTCVHmplfoms
6
6
103335
10029.01602580033.0105.7
=
++=
++=
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PROCESOS DE FUNDICIN El empleo de esta ecuacin es complicado por los siguientes
factores:1. El calor especifico y otras propiedades trmicas del metal slido
varan con la temperatura, en especial si el material sufre uncambio de fase.
2. El calor especifico de un metal puede ser diferente en los estados
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.3. La mayora de los metales que se funden son aleaciones, y la
mayor parte de estas se funden por arriba de una temperaturaque varia entre slido y liquido, ms bien que con un solo puntode fusin.
4. En la mayora de los casos no se disponen de los valoresapropiados que se requieren en la ecuacin para una aleacinparticular.
5. Existen perdidas de calorficas significativas hacia el ambientedurante el calentamiento.
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PROCESOS DE FUNDICIN Vertido del metal fundido.
El metal debe fluir hacia todas lasregiones del molde antes desolidificarse.
Factores que afectan la etapa de vertido: T m r r l v r i es a uella
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que tiene el metal derretido cuando seintroduce en el molde. Velocidad de vertido se refiere a la
tasa volumtrica a la que se vierte elmetal fundido al molde.
La turbulencia en el flujo secaracteriza por variaciones errticas enla magnitud y direccin de la velocidaden el fluido.
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PROCESOS DE FUNDICIN Anlisis de ingeniera del vertido.
Se aplica el teorema de Bernulli, el cual estableceque la altura, presin dinmica, energa cintica yfriccin en dos puntos cualesquiera de un lquido
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que fluye son iguales.
12
2
2
1
2
2
2
2
2
1
1
2
2
22
21
2
11
1
2
2
022
22
ghvg
vh
hgvh
gvh
Fg
v
g
PhF
g
v
g
Ph
==
=+=+
+++=+++
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PROCESOS DE FUNDICIN Anlisis de ingeniera del vertido.
Por la ley de continuidad que establece:
2211 AvAvQ ==
Ing. Fabio Bermejo Altamar.Procesos Industriales IQ
V
TMF =
Si se desea mantener la misma velocidad de flujo volumtricoQ (cm3/s, in3/s) en la parte superior y en el fondo delbebedero, se debe reducir su rea, debido a que v2 > v1.
Se puede estimar un tiempo mnimo de llenado del moldeTMF. TMF : Tiempo de llenado del molde (s)V: volumen de la cavidad del molde (cm3, in3)
Q: velocidad de flujo volumtrica del molde (cm3/s,in3/s)
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PROCESOS DE FUNDICIN Ejercicio de aplicacin 10.3
El bebedero que conduce al vaciadero de cierto molde tiene unalongitud de 175 mm. El rea de la seccin transversal en la basedel bebedero es de 400 mm2. La cavidad del molde tiene unvolumen de 0.001 m3. Determine a) la velocidad del metal fundidoque fluye a travs de la base del bebedero, b) el gasto
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del molde.
( )
s
mv
ms
mv
ghv
852.1
175.08.92
2
2
22
12
=
=
=
( )
s
mQ
ms
m
Q
vAQ
3
4
24
10408.7
104852.1
=
=
=
sT
s
m
m
T
Q
VT
MF
MF
MF
34.1
10408.7
001.0
3
4
3
=
=
=
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PROCESOS DE FUNDICIN SOLIDIFICACION Y ENFRIAMIENTO
La solidificacin involucra la transformacin del metal derretido alnuevo estado slido. El proceso difiere en funcin de si el metales un elemento puro o una aleacin.
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Curva deenfriamientopara un metalpuro durante la
fundicin, seobserva latemperaturaconstante desolidificacin
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PROCESOS DE FUNDICIN SOLIDIFICACION Y ENFRIAMIENTO.
Solidificacin para una aleacin.
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PROCESOS DE FUNDICIN SOLIDIFICACION Y ENFRIAMIENTO.
Figure 10.1 Schematic illustration of
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solidified in a square mold: (a) puremetals; (b) solid-solution alloys; and(c) structure obtained by usingnucleating agents. Source: G. W.Form, J. F. Wallace, J. L. Walker, andA. Cibula.
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PROCESOS DE FUNDICIN Fluidez.
Es la medida de la capacidad de un metal para fluir hacia unmolde y llenarlo antes de solidificarse. La fluidez es el inverso dela viscosidad.
Factores que afectan la fluidez: Temperatura de vertido respecto al punto de fusin. Un
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temperatura e eva a por enc ma e a so cac n aumenta etiempo en estado liquido, permitiendo una mayor fluidez
La composicin del metal, la mejor fluidez se obtiene conmetales que solidifican a temperatura constante.
La viscosidad del metal, se tendr una mayor fluidez si esmenos viscoso el metal en estado liquido.
La transferencia de calor al ambiente, medida por el calor defusin, que es la cantidad de calor que se requiere retirar parasolidificar el metal. Un calor de fusin elevado tiende aincrementar la fluidez de la fundicin.
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PROCESOS DE FUNDICIN Fluidez.
Se mide con una prueba del molde en espiral, en laque se mide como la longitud del canal espiral se llenaantes de que ocurra la solidificacin.
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PROCESOS DE FUNDICIN CONTRACCIN.
Durante la solidificacin y enfriamiento ocurre unfenmeno de contraccin sobre el metal fundido, elcual ocurre en tres etapas:
1. n r i n li i r n l n ri mi n n
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la solidificacin. (0.5%)
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PROCESOS DE FUNDICIN Contraccin.
2. Contraccin durante el cambio de fase de liquida aslida, llamada contraccin por solidificacin.
3. Contraccin trmica del fluido durante el enfriamiento
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a temperatura ambiente.
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PROCESOS DE FUNDICIN Contraccin.
La contraccin por solidificacin ocurre en casi todos los metalesporque la fase slida tiene una densidad mayor que la liquida.
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PROCESOS DE FUNDICIN Por la presencia de contracciones el molde debe
realizarse ms grande que el tamao final, la cual sedenomina tolerancia por contraccin del modelo. Los rechupes se minimizan utilizando la Mazarota, la
cual es un almacenamiento en el molde ue sirve de
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fuente de metal liquido para que el fundido compensela contraccin durante la solidificacin. La mazarota debe estardiseada para que solidifique
despus del fundido principala fin de que cumpla su funcin.
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PROCESOS DE FUNDICIN Tiempo de solidificacin.
Es el tiempo que se requiere para que el fundido sesolidifique despus del vertido. Este tiempo dependedel tamao y la forma del fundido, en una relacin
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emp r ca conoc a como reg a e vor nov .
n
mTSA
V
CT
=
TTS : tiempo total de solidificacin, (min)
Cm : es la constante del molde (min/cm2,min/in2)
V: volumen del fundido, (cm
3
, in
3
)A: rea de la superficie del fundido, (cm2, in2)
n: por lo general tiene un valor de 2Cm depende material del molde, propiedades trmicas del metal que se
funde y la temperatura de vertido, obtenidos experimentalmente.
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PROCESOS DE FUNDICINFUNDICION
MOLDESDESECHABLES
MOLDESPERMANENTES
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GRAFITOARENA CERAMICO
HIERROGRIS
ACERO
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PROCESOS DE FUNDICIN TIPOS DE MOLDES DE ARENA.
Existen tres tipos bsicos de moldes de arena:Arena verde: es el ms comn y es una mezcla dearena de slice (SiO2) 90%, arcilla 7% y agua 3%.
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Arena seca: se mezclan aglutinantes orgnicos einorgnicos en la arena en lugar de arcilla para unirms los granos y hacerlo ms resistente. Luego secuece en un horno a 200C a 320C
No cocido: se mezcla una resina sinttica lquidacon la arena y la mezcla se endurece a temperaturaambiente.(furanos, fenoles, aceites alquidalicos)
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PROCESOS DE FUNDICIN Caractersticas de calidad de los moldes de
arena.Resistencia: capacidad para mantener su forma.P rm ili : i l m l rmi ir l
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paso del aire a travs de los vacos de la arena.Estabilidad trmica: resistir el agrietamiento y ladeformacin ante el contacto con el metal fundido.
Colapsabilidad: facilidad con que se quita la arenadel fundido durante la limpieza.
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PROCESOS DE FUNDICIN MODELOS PARA FUNDICION ARENA.
Los modelos se utilizan para moldear la mezcla dearena a la forma de la fundicin. Pueden estar hechos de madera, polmero o metal.
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Por lo general los modelos son recubiertos con unagente separador para facilitar la extraccin de losmoldes.
Los modelos pueden ser una sola pieza o de varias
piezas, eso depende de la complejidad de la piezadeseada.
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PROCESOS DE FUNDICIN MODELOS PARA FUNDICION ARENA.
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Slido Deslizamiento Placas ajustadas De capucha y base
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PROCESOS DE FUNDICIN MODELOS PARA FUNDICION ARENA DE
PLACAS AJUSTADAS.
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PROCESOS DE FUNDICIN MAQUINAS PARA EL MODEO EN ARENA.
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PROCESOS DE FUNDICIN MAQUINAS PARA EL MODEO EN ARENA.
Moldeo vertical sin caja
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PROCESOS DE FUNDICIN OTROS PROCESOS DE FUNDICION CON MOLDES
DESECHABLES.La diferencia radica en composicin del material delmolde o en el como se fabrica el molde.
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MOLDEO E CASCARO O CONCHAEs un procesos en que el molde es un cascarondelgado (10mm o 3/8 in) hecho de arena y que semantiene cohesionado por medio de un aglutinante de
resina termofija.La superficie de la cavidad es ms suave que la delmolde convencional en arena verde, pero requiere deun modelo hecho en metal.
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PROCESOS DE FUNDICINMOLDEO EN CASCARON O CONCHA
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PROCESOS DE FUNDICINMOLDEO EN CASCARON O CONCHA
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PROCESOS DE FUNDICINMOLDEO EN CASCARON O CONCHA
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PROCESOS DE FUNDICINMOLDEO AL VACIO
Utiliza un molde de arena que se mantiene unido pormedio de presin de vaco en lugar de emplear unaglutinante qumico.
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,
a que no se emplean aglutinantes. Como no se mezclaagua con arena el producto no tiene defectosrelacionados con la humedad.
La desventaja del proceso es relativamente lento y que
no se adapta con facilidad a la mecanizacin.
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PROCESOS DE FUNDICINMOLDEO AL VACIO
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PROCESOS DE FUNDICINMOLDEO AL VACIO
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PROCESOS DE FUNDICINMOLDEO DE POLIESTIRENO EXPANDIDO
Usa un molde de arena compactada alrededor de unmodelo de espuma de poliuretano que se vaporizacuando el metal fundido se vierte en el molde.
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Otras nombres que recibe es: proceso de espumaperdida, proceso de patrn perdido, proceso deevaporacin de espuma y proceso de molde lleno.
Un ventaja significativa de este proceso es que el
modelo no necesita retirarse del molde, pero a su vezse requiere un modelo nuevo para cada fundicin.
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PROCESOS DE FUNDICINMOLDEO DE POLIESTIRENO EXPANDIDO
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Se recubre con un compuesto refractario que proporciona una superficiems suave sobre l y mejorar la resistencia a la alta temperatura.
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PROCESOS DE FUNDICINFUNDICION POR REVESTIMIENTO
Se elabora un molde de cera y se recubre con unmaterial refractario para formar el molde, despus delcual se derrite la cera antes de verter el metal fundido.
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piezas de gran complejidad, se puede tener muchocontrol dimensional con un buen acabado superficial,se puede recuperar la cera utilizada.
La desventaja es que un proceso relativamente caro.
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PROCESOS DE FUNDICINFUNDICION POR REVESTIMIENTO
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PROCESOS DE FUNDICINFUNDICION POR REVESTIMIENTO
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PROCESOS DE FUNDICINFUNDICION POR REVESTIMIENTO
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Modelo de unamanzana en cera
de abeja
El mismo modelorealizado en parafina
Modelo hecho enescayola con un
molde bivalvo
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PROCESOS DE FUNDICINFUNDICION POR REVESTIMIENTO
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Molde macizo de arcilla,parcialmente abierto
La escultura de broncerecin extrada, antes del
acabado.
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PROCESOS DE FUNDICINFUNDICION CON MOLDES DE YESO Y DE CERAMICA
El molde esta hecho de yeso (CaSO4-2H2O) en vez dearena. Se recomiendan modelos de plstico o metal, ms no de madera
or ue son insatisfactorios debido al contacto lar o con el a ua
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el yeso durante el reposo. Ventajas: buen acabado de las superficies, exactitud dimensional
y fabricar fundidos de seccin transversal delgada. Una de las desventaja es la cura del molde de yeso, al menos en
producciones elevadas. Primero debe permanecer en reposo 20
min antes de retirar el modelo, luego se hornea varias horas pararetirar la humedad. Otra desventaja es que no es permeable, y no resisten altas
temperaturas como los de arena.
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PROCESOS DE FUNDICINFUNDICION CON MOLDES DE YESO Y DE CERAMICA
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PROCESOS DE FUNDICINFUNDICION CON MOLDES DE YESO Y DE CERAMICA
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PROCESOS DE FUNDICIN PROCESOS BASICOS CON MOLDES PERMANENTES
Estn formados como bsico de dos secciones diseadaspara facilitar la apertura y cierre del molde. Estn hechos de acero o hierro fundido y se utilizan para
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, , ,
son recomendables para hierro colado por las altastemperaturas de vertido 1250C. Las ventajas incluyen el buen acabado de la superficie y
control dimensional estrecho, adems la solidificacin ms
rpida entre estructura de grano fino, la limitante esta en quelas piezas deben ser ms sencillas que la fundicin en arena,debido a que hay que abrir el molde y lo caro del molde.
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PROCESOS DE FUNDICIN PROCESOS BASICOS CON MOLDES
PERMANENTES
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PROCESOS DE FUNDICIN PROCESOS BASICOS CON MOLDES
PERMANENTES
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PROCESOS DE FUNDICIN PROCESOS BASICOS CON MOLDES
PERMANENTES Fundicin en hueco. El fundido hueco se forma por
medio de la inversin del molde despus de la
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el metal liquido del centro. El espesor se controla con el tiempo antes del
drenado.
Se utilizar en metales con bajos puntos de fusinplomo, zinc y estao, para realizar piezas huecasde importante apariencia exterior.
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PROCESOS DE FUNDICIN PROCESOS BASICOS CON MOLDES
PERMANENTES Fundicin a baja presin. El metal no se introduce
al molde por gravedad, se utiliza una baja presin
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0.1 Mpa (15 lb/in2) desde abajo. Ventaja. el metal que se introduce al molde viene
limpio sin haber estado expuesto al medio exterior,minimizando defectos de porosidad por gas yoxidacin y mejorar las propiedades mecnicas.
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PROCESOS DE FUNDICIN Fundicin a baja presin.
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PROCESOS DE FUNDICIN PROCESOS BASICOS CON MOLDES
PERMANENTES Fundicin al vaco. Es una variacin de baja
presin, en la cual se crea un vaco para impulsar el
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Procesos Industriales I
. La diferencia esta en que se utiliza la presin
reducida del aire desde el vaco del molde parallevar el metal liquido hacia la cavidad.
La ventaja comparada con el de baja presin esque se reduce la porosidad por aire y se da mayorresistencia al producto fundido.
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PROCESOS DE FUNDICIN PROCESOS BASICOS CON MOLDES
PERMANENTES Fundicin con troquel. Se inyecta el metal fundido a
alta presin (7 a 350 Mpa 1.000 a 50.000 lb/in2)
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Procesos Industriales I
en la cavidad del molde. La presin se mantiene durante la solidificacin
despus se abre el molde y se retira la pieza.
Hay dos tipos principales de mquina para fundicincon troquel:cmara calienteycmara fra.
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PROCESOS DE FUNDICIN Cmara caliente
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PROCESOS DE FUNDICIN Cmara caliente
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PROCESOS DE FUNDICIN Cmara fra.
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PROCESOS DE FUNDICIN PROCESOS BASICOS CON MOLDES PERMANENTESVentajas de la fundicin con troquel. Son posible tasas elevadas de produccin. Es econmica para cantidades grandes de produccin. Se pueden tener tolerancias estrechas para piezas pequeas
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Procesos Industriales I
. Buen acabado superficial Son posibles secciones delgadas 0.5 mm El enfriamiento rpido proporciona un tamao de grano
pequeo y buena resistencia al fundido.
Desventaja Restriccin de forma, es decir la forma que debe tener la
pieza se debe poder retirar del molde
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PROCESOS DE FUNDICIN PROCESOS BASICOS CON MOLDES
PERMANENTESFUNDICION CENTRIFUGA Se vierte metal fundido en un molde rotatorio para
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Procesos Industriales I
pro uc r a p eza. El molde gira a gran velocidad de modo que la
fuerza centrifuga distribuye el metal derretido a lasregiones externas de la cavidad del troquel.
Fundicin centrifuga horizontal Fundicin centrifuga vertical
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PROCESOS DE FUNDICIN1. FUNDICION CENTRIFUGA
Fundicin centrifuga horizontal
Ing. Fabio Bermejo Altamar.
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PROCESOS DE FUNDICIN1. FUNDICION CENTRIFUGA REAL
Fundicin centrifuga vertical
Ing. Fabio Bermejo Altamar.
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CALIDAD DEL FUNDIDO DEFECTOS DE FUNDICIN
Ing. Fabio Bermejo Altamar.
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CALIDAD DEL FUNDIDO DEFECTOS DE FUNDICIN EN ARENA
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CALIDAD DEL FUNDIDO METODOS DE INSPECCIN
1. Inspeccin visual (detectar defectos)2. Mediciones dimensionales para garantizar que secumplen las tolerancias.
Ing. Fabio Bermejo Altamar.
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3. Pruebas metalrgicas, qumicas, fsicas y de otrotipo.
Pruebas de presin para localizar fugas Mtodos radiogrficos para detectar de superficiales y
interiores. Pruebas mecnicas para determinada propiedades
del fundido. Traccin, dureza. flexin.
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CALIDAD DEL FUNDIDO CONSIDERACIONES SOBRE EL DISEO DEL PRODUCTO Sencillez geomtrica. Evitar complejidades innecesarias y
simplificar la fabricacin del molde. Esquinas. Evitar esquinas y ngulos agudos.
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.uniformes y evitar las secciones gruesas.
Inclinacin. Se recomiendan para extraer el moldelo de 1- 3. Uso de ncleos. Tratar en lo posible de no utilizarlos. Tolerancias dimensionales. Dependern del proceso de
fundicin, y entregan la exactitud dimensional. Acabado de las superficies. En arena la rugosidad es 6 m,
en cermico es 0.75 m, en moldes permanentes 1 m
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PROCESOS DE FUNDICIN MODELOS PARA FUNDICION ARENA.
Ing. Fabio Bermejo Altamar.
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