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TRABAJO FINAL
Tubos Metálicos por Fundición Centrífuga
CURSO: Procesos de Manufactura
PROFESOR: Ing. Rolando Portugal Perea
INTEGRANTES:
Cano Solano, Carlo
Fernández Zapana, Rogger
La Molina, 05 de Junio de 2009
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INDICE
Objetivos: General y Específicos 3
Introducción 4
Desarrollo 5
1. Especificaciones del Producto 6
2. Fases del Proceso Productivo 7
3. Máquinas y Equipos para la Producción
10
Conclusiones 12
Bibliografía Consultada 13
Referencias Virtuales 14
Apéndice 15
A-1 Proceso de Fundición Centrífuga 16
A-2 Equipos utilizados en Fundición Centrífuga 20
Plano 23
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OBJETIVOS
GENERAL
Investigar todo lo relacionado al proceso de fundición centrífuga para la
fabricación de tubos metálicos.
ESPECIFICOS
Identificar las principales fases del proceso productivo.
Determinar las diferencias más resaltantes en los productos obtenidos
por este tipo de fundición, a comparación de otros métodos.
Averiguar si en la industria nacional hay empresas que fabriquen tubos
metálicos por fundición centrífuga.
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INTRODUCCION
El presente trabajo trata sobre la obtención de tubos metálicos mediante el
proceso de fundición centrífuga. En él se explican de forma concisa las fases
del proceso productivo, especificaciones del producto, máquinas y equipos
necesarios, entre otros.
Podemos clasificar este trabajo como de investigación, pues nuestro grupo
logró constatar que los tubos metálicos fabricados por este método de fundición
no se llevan a cabo en el Perú, sino que son importados del exterior. Esto se
llevó a cabo mediante consultas hechas a las principales empresas de
fundición pertenecientes al entorno nacional.
Para la realización de esta monografía se consultaron fuentes externas,
destacando la información obtenida gracias al uso de Internet, pues nos
permitió estar al tanto en las operaciones efectuadas por algunas empresas
internacionales que pertenecen al rubro de fabricación de piezas mediante
fundición. Por ello se pudo comprobar que la producción por fundición
centrífuga se da de forma más notoria en países desarrollados, y es en éstos
donde se ha logrado un mayor desarrollo de este proceso. También podemos
señalar la gran ayuda que representó contar con información bibliográfica de
otras bibliotecas (de forma virtual), la cual facilitó la labor de investigación.
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DESARROLLO
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ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO
La información correspondiente al producto y sus características, se muestra a
continuación.
Cabe resaltar que algunos de los datos mostrados son aproximaciones e
información tomada de empresas del sector, por lo cual se muestran diferentes
posibilidades (en materiales, por ejemplo)
FASES DEL PROCESO PRODUCTIVO
El proceso de fabricación de los tubos metálicos consta principalmente de 5
pasos, sin embargo este número varía de acuerdo al tipo de tubo metálico que
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Producto Tubos Metálicos
FormaCilíndrica
(paredes del molde y producto)
DimensionesDiámetro: 400 mm
Longitud: 6 m
Materiales
Acero al carbono
Acero aliado
Acero inoxidable
Aluminio
Cobre
Hierro fundido
Níquel
Acabado superficial 63 - 500 μm
Tolerancia ± 0.025 mm
Espesor de pared 30 mm
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se requiera (generalmente por operaciones posteriores para mejora del
producto). Para mayor información de este método especial de fundición,
sírvase revisar A–1 (en Apéndice)
Las principales fases del proceso productivo se describen a continuación:
1. La preparación del molde
Las paredes del molde metálico son inicialmente revestidas con una capa de
material refractario, dependiendo de ciertos parámetros de fabricación
(aplicación, rotación, secado, etc.). Una vez listo y asegurado, se hace girar el
molde sobre su propio eje a altas velocidades (desde 300 hasta 3000
revoluciones por minuto), típicamente alrededor de 1000 revoluciones por
minuto.
2. Vaciado del metal fundido a la máquina
El acero y aleaciones que previamente se han fundido en hornos de inducción
u otro tipo, se vierten dentro del molde que gira a gran velocidad.
Para ello se utiliza una especie de cucharón para el vertido u otros equipos,
dependiendo del grado de automatización de la planta. La fuerza centrífuga
conduce el material hacia las paredes de molde hasta que se llena.
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3. Enfriado (principio de operación de la máquina)
Con todo el metal fundido dentro del molde, éste permanece rotando mientras
el metal se enfría. Por efecto de la fuerza centrífuga, el metal fundido se reparte
uniformemente a lo largo de toda la pared interior del molde y permanece en
ese estado hasta que el acero o aleación se solidifica, inicialmente lo hace en
las paredes del molde y continúa hacia adentro.
4. Extracción de la fundición
Después de que la fundición se ha enfriado y solidificado, el movimiento
rotación se termina, y el producto es retirado de la máquina.
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5. Operaciones posteriores (acabado)
Mientras la fuerza centrífuga conduce al metal denso hacia las paredes del
molde, las impurezas de menor densidad o fenómenos de burbuja se
concentran en la superficie interior de la fundición. Como resultado, se
requieren procesos secundarios tales como maquinado, amolado o granallado,
con el objeto de limpiar y mejorar el acabado superficial del diámetro interior de
la pieza.
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Esquema de las operaciones realizadas en la producción de tubos metálicos (completa)
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MAQUINAS Y EQUIPOS PARA LA PRODUCCION
Dependiendo del tipo de producto que se requiera, se utilizan distintas gamas
de maquinarias y equipos. Para mayor información, se recomienda revisar A–2
(en Apéndice)
Para la producción de tubos metálicos, se considera como el más adecuado de
los tipos de fundición centrífuga, la forma horizontal (fundición centrífuga
propiamente dicha). En este caso, el producto a trabajar es un tubo de 400mm
de diámetro y 6m de largo, por lo cual se optó por el modelo presentado a
continuación:
Modelo PRH (de CCMCo.)
Estilo: Horizontal
Las máquinas de este modelo son usadas en
la producción de tubos para transporte de
agua presurizada
(En inglés: ductile iron water pipe).
Estas maquinarias utilizan moldes metálicos, los cuales son refrigerados por
agua, por medio de un contenedor con este líquido.
En los últimos años se ha rediseñado este prototipo, usando lo último de la
tecnología en manufactura (desarrollada por CCMCo, compañía líder en
fundición centrífuga a nivel mundial)
La máquina de este modelo PRH usan el método De Lavaud para tubos por
fundición en hierro dúctil. Puede realizar fundiciones de tubos con diámetros
que pueden variar desde 4 pulgadas (100mm) a 60 pulgadas (1600mm) y
largos de hasta 20 pies (6m). En este caso, el tubo estudiado se encuentra
dentro de los rangos establecidos.
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Especificación del Modelo
o Los datos mostrados en la tabla superior se encuentran en el sistema inglés, donde los tamaños para diámetros
exteriores e interiores se expresan en pulgadas, así como para las longitudes mínimas y máximas para la fundición.
o De acuerdo al requerimiento en dimensiones que se tenga, se podrá optar por un número de modelo diferente. Para
el caso especial de este trabajo, sería conveniente trabajar con el modelo PRH – 14 – 28.
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CONCLUSIONES
1. Las principales fases del proceso productivo en fundición centrífuga son:
preparación del moldeo, vaciado o colado del metal fundido, operación
de enfriado y extracción de la fundición, seguido por operaciones
posteriores de maquinado según el tipo de tubo que se desee.
2. Las diferencias más relevantes de la obtención de tubos por fundición
centrífuga, comparada con otros procesos es en su operación. Mientras
que la mayoría de los procesos de fundición son estáticos, el principio de
funcionamiento en los equipos del proceso estudiado radica en la
rotación del molde y la formación de fuerzas centrífugas. Es por ello que
las fundiciones obtenidas por este método tienen mejores propiedades
físicas y mecánicas a comparación de otros procesos.
3. Después de realizar una investigación a las empresas que fabrican
tubos metálicos, se concluye que en la industria peruana éstos no se
producen mediante el proceso de fundición centrífuga, sino que son
importados del exterior.
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BIBLIOGRAFIA CONSULTADA
Bawa,H.S..- Manufacturing Processes II
Editorial Tata McGraw-Hill, 2004
Beeley, Peter.- Foundry Technology
Segunda Edición (Ilustrada)
Editorial Butterworth-Heinemann, 2001
719 páginas
Drozda, T.; et.al..- Tool and Manufacturing Engineers Handbook: Forming
Cuarta Edición (Ilustrada). Editorial SME, 1984
936 páginas
Jensen, C; et.al..- Dibujo y Diseño en Ingeniería
Sexta Edición (Ilustrada). Mc Graw – Hill, 2004
936 páginas
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REFERENCIAS VIRTUALES
Fundición Centrífuga:
http://www.custompartnet.com/wu/centrifugal-casting
http://www.efunda.com/processes/metal_processing/centri_casting.cfm
http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=centrifugal_casting
http://www.engineersedge.com/manufacturing/centrifugal_cast_process.htm
http://www.centriacero.com.ar/detalle.php?a=tubos-sin-costura-de-pared-
gruesa&t=3&d=2
http://www.comosehace.cl/procesos/JavierRebolledo/fundicion_centrifuga.htm
Fundiciones en General:
http://www.me.gatech.edu/jonathan.colton/me4210/casting.pdf
Glosario Técnico (en inglés)
http://www.dnr.state.wi.us/org/water/dwg/OpCert/HTML/glossary.htm#d
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APENDICE
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A – 1: Proceso de Fundición Centrífuga
Las fundiciones centrífugas son hechas colando metal fundido en un molde que
está siendo rotado o comienza a rotar en un cierto punto durante la colada. La
fuerza centrífuga generada por esta rotación hace que el metal ejerza una
presión constante contra la pared interior del molde, hasta que éste se
solidifica.
Las partes cilíndricas son usualmente las formas preferidas para estos
procesos. Fundiciones producidas en moldes permanentes por el método de
centrifugación propiamente dicho tienen mayores propiedades que fundiciones
realizadas en moldes de arena.
La selección del tipo de molde a usar es determinada por la forma de la
fundición, la calidad deseada y el número de unidades a producir.
Esquema simple de los componentes para realizar fundición centrífuga
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Ventajas del Proceso
Las principales razones para usar procesos de fundición centrífuga son:
Obtener mejor calidad en las fundiciones
Producir fundiciones más económicas
Fundir piezas que no pueden ser realizadas con éxito en otros procesos.
Podemos describir las siguientes:
1. Alto Rendimiento
Las fundiciones coladas de forma estática, normalmente tienen una eficiencia
del 40 – 55%. Sin embargo, si el mismo producto se realiza mediante fundición
centrífuga, puede alcanzar una eficiencia del 65% al 100%. Rara vez estas
fundiciones requieren mazarotas, y si lo hacen, éstas son de tamaños
muchísimo más inferiores a las comunes.
2. Densidad
Las fundiciones centrífugas también producen fundiciones más densas, con
propiedades físicas comparables a las de forjado. En este proceso se fuerzan a
todas las impurezas del metal líquido a pegarse en el diámetro interior de la
pieza, donde son más fáciles de retirar por mecanizado.
3. Resistencia
En ciertos metales, se mejora la resistencia a la tracción como resultado del
incremento de la densidad y homogeneidad.
Las dimensiones son más uniformes y las fundiciones tienen iguales
resistencias en todas sus direcciones. También tienden a tener granos más
finos en sus diámetros exteriores, haciendo a este método el preferido para
engranajes y piñones.
La compresión molecular del centrifugado en las superficies periféricas, junto a
la acción purificadora de la fuerza centrífuga, conforman el acabado más difícil.
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Desventajas del Proceso
Entre las principales, podemos destacar:
Limitación en la forma de las fundiciones (piezas cilíndricas)
Procesos posteriores, como maquinado, son requeridos para el diámetro
interior (en tuberías)
Tiempos largos de fabricación (para ciertos productos)
Aplicaciones
La fundición centrifuga es usada para producir partes axi-simétricas, como
cilindros o discos, que son típicamente huecos. Debido a las altas fuerzas
centrífugas, estas partes tienen un grano muy fino sobre la superficie externa y
poseen propiedades mecánicas aproximadamente el 30 % mayor que partes
formadas con métodos de fundición estáticos.
Estas partes pueden ser fabricadas de metales ferrosos como acero de
aleación bajo, el acero inoxidable, y el hierro, o de aleaciones no ferrosas como
el aluminio, el bronce, el cobre, el magnesio, y el níquel.
La fundición centrifuga es utilizada en una amplia variedad de sectores,
incluyendo la parte aérea, industrial, marítima, y de transmisión de poder.
Los tubos metálicos fabricados por este método, se utilizan como material de
partida para obtener por mecanización diversas piezas y componentes
destinados a industrias metalúrgicas, petroquímicas, refinerías, alimenticias,
etc.
La tecnología de fundición centrifuga es extensamente usada para la
fabricación de componentes, tales como se muestra en la siguiente página.
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Aplicaciones típicas de fundición centrífuga
Tomado de Foundry Technology (Pag.643)
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A – 2: Equipos utilizados en Fundición Centrífuga
Existen dos tipos básicos de maquinarias para realizar fundiciones centrífugas:
las horizontales y verticales.
1. Máquinas Horizontales
Estos equipos son fabricados en varios diseños. La más común de todas es la
Trunnion – type machine, por donde el molde es soportado y rotado por cuatro
o más ruedas.
Estas máquinas son usadas para producir fundiciones que son
relativamente largas, respecto de sus diámetros.
Hay otros dos tipos de máquinas horizontales.
Una es la máquina de placa frontal horizontal, en la cual el molde es unido a
una placa frontal y así presenta un dominio de la carga en la máquina.
Estos equipos son usados generalmente para la producción de fundiciones
de corta longitud, con diámetros amplios.
El tercer tipo de máquina horizontal es la del tipo de Lavaud, en la cual el metal
líquido recorre la longitud del molde, durante el ciclo de colada.
Este tipo de equipos son casi de exclusivo uso para la producción de tubos
presurizados de hierro dúctil y fundido.
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Trunnion – type machine (Modelo H)
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Para las fundiciones mencionadas, las máquinas horizontales generalmente
tienen un punto de colada unido al final del molde.
Cuando la longitud de la fundición es considerable en relación a su diámetro, la
mejor elección es el uso de maquinarias para fundición horizontal.
2. Máquinas Verticales
Estos equipos consisten típicamente en una mesa giratoria accionada por un
motor de velocidad variable, en el cual una cubierta es montada para mantener
fijo el molde. Éste debe de estar montado de forma segura a la mesa, y el
ensamble entero debería ser ajustado como medida de seguridad. Una copa de
vaciado se coloca por encima del molde, para colar el metal fundido. Un
dispositivo de freno provee rápida, pero no abrupta desaceleración.
Estos equipos son usados para la producción de casquillos y otras fundiciones
que tengan diámetros relativamente grandes y longitudes cortas. También son
usadas para producir fundiciones por otros métodos: semicentrífuga y
centrifugado.
Las fundiciones realizadas en máquinas verticales están limitadas a que sus
longitudes no sean mayores al doble de sus diámetros. Cuando esto no se
cumple, la velocidad de rotación que se necesita para forzar a que el metal se
levante hacia la pared del molde, se vuelve insuficiente. Esto se ve desde la
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Máquina de Fundición Centrífuga horizontal, para tuberías largas
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parte teórica, pues en una fundición centrífuga vertical, la forma del producto es
parabólica, y la velocidad de rotación determina la concavidad.
A diferencia de esto, las máquinas de fundición horizontal forman agujeros
centrales que son uniformes, sin importar la longitud de la pieza a fundir.
3. Máquinas en Placa Giratoria
La alta producción de estas máquinas está dada porque muchas máquinas
individuales de fundición centrífuga son montadas en una gran placa giratoria.
Ésta rota lentamente, turnando a cada equipo para que ingrese a una estación
determinada: para colado, descarga, etc.
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Máquina de Fundición Centrífuga vertical
(Molde Semicentrífugo)
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