Diseño Moldes

Bloque III:

CONFORMADO POR CONFORMADO POR MOLDEO

Bloque III:

CONFORMADO POR MOLDEO

Tema 1. Diseo de Moldes

INGENIERA DE LOS PROCESOS DE FABRICACIN. UEX 2METROLOGA Y CALIDAD

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


Tema I. Metrologa Dimensional y Normalizacin


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



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:



Tramo recto:

Tramo curvo:

L

L

El valor de k depende de la

geometra del codo.


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



Caudal volumtrico: (misma densidad)

siendo


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).



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



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


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



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



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.



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.



Clculo de fuerzas horizontales

Fuerza horizontal:



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



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.


Fuerza horizontales y vertical




h

a

Fuerza horizontal



b


Fuerza horizontal

h

a

R

d



c

r

h

?


Fuerza horizontal



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:



Semicrculo

Esfera


Fuerza vertical



DISEO DE MAZAROTAS




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



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.


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,



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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