MOLDEO

04/10/2015

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Universidad Miguel Hernández

TECNOLOGÍA MECÁNICAMOLDEO

Tecnología Mecánica. Moldeo.

1. Fabricación por moldeo. Generalidades.

2. Fundición en arena

Fabricación de modelos

Arenas de fundición

Aglomerantes

Proceso de moldeo o fundición

Moldeado a mano

Moldeado con machos

Moldeado mecánico

Maquinaria para moldeo mecánico

Máquinas de modelado por presión

Máquinas de modelado por proyección

Máquinas de modelado por sacudidas

Máquinas de modelado mixtas

Máquinas de modelado mecánico de machos

3. Procedimientos especiales de moldeo

Moldeo con terraja

Moldeo en cáscara

Moldeo a la cera perdida

Moldeo Mercast

Moldeo con modelo consumible

Moldeo al CO2

Moldeo por vacío

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Dentro de este grupo de procesos existen algunos más adecuados para la

producción de pequeñas series y otros que se optimizan con grandes series. Algunos

aptos para reproducir pequeños detalles y otros menos precisos. También existen

procesos más adecuados para grandes piezas y otros aptos para piezas pequeñas o

medianas.

Es importante conocer en profundidad cada uno de estos procesos para ser capaz de

saber valorar y decidir el procedimiento más adecuado en un caso concreto.

http://www.youtube.com/watch?v=Q32fB6IJkIM


Generalidades:

Proceso de conformación basado en la fusión de los metales.

Consiste en obtener un hueco o molde con arena, metal o material refractario, que

reproduce la forma de la pieza que se desea fabricar, en el cual se vierte o cuela el metal

fundido dejándole enfriar hasta que solidifica completamente.

Los moldes pueden ser:

- de arena, que se desmoronan e inutilizan en cada colada (moldes perdidos).

- de materiales refractarios (semipermanentes)

- moldes metálicos o coquillas (moldes permanentes) en los que se obtienen gran

número de piezas con elevada calidad y exactitud.

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Si el moldeo es de precisión, las piezas resultan ya con sus dimensiones finales.

En caso contrario se precisa mecanizar algunas de sus partes, para lo cual hay que

prever creces o demasías para el mecanizado.

La principal ventaja de la fundición, consiste en que con ella, se pueden fabricar, con

facilidad y economía, piezas de formas muy complicadas (bloques de cilindros, culatas

de motores de explosión, carburadores, bancadas de máquinas herramientas, etc.)

imposibles o muy difíciles de obtener por otros métodos.


Molde: la cavidad que reproduce la forma exterior de la pieza que se va a fundir.

Las partes huecas de las piezas fundidas se obtienen colocando en el molde bloques

macizos (machos o noyos), de arena u otro material adecuado, y cuya forma exterior

coincide con la interior que se desea

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FUNDICIÓN EN ARENA

Utiliza un molde desechable realizado con arena y un aglutinante.

Requiere la preparación previa de una reproducción casi idéntica a la pieza que se

desea fabricar llamada modelo.

Se utilizan arenas que están compuestas por granos de refractarios rodeados de

aglomerantes para cohesionarlos y mantenerlos unidos.

Para sacar un hueco en una pieza moldeada, se usan machos que normalmente se

construyen del mismo material que el molde.

En el caso de construirse el macho de arena esta tendrá una composición especial ya

que va a estar casi toda su superficie exterior en contacto con el fundente.

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FABRICACIÓN DE MODELOS

Se elabora un modelo que va a servir para crear el molde a utilizar en el proceso.

Son reutilizables un numero finito de veces.

Los materiales más habituales para la construcción de los modelos son:

Madera. Madera blanda (pino, abeto) para modelos sencillos y voluminosos de poco

uso. Y madera dura para modelos duraderos y complicados, en madera prensada por

láminas (es muy estable). Deben pintarse, lacarse, etc. para que no absorban

humedad.

De fundición gris o acero. En procesos de fundición mecanizada y en serie, que pueden

sufrir golpes. Son muy pesados, sólo se usaran en procesos mecanizados.

Resinas o plásticos. Son duraderos, fáciles de manejar, pesan poco, son muy

resistentes, y fáciles de trabajar


El modelo debe poder extraerse con

facilidad del molde sin dañar a éste.

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ARENAS DE FUNDICIÓN

Se utilizan arenas compuestas por granos de refractarios rodeados de aglomerantes para

cohesionarlos y mantenerlos unidos.

Características:

- Plasticidad en húmedo para reproducir el modelo con fidelidad.

- Cohesión para conservar la forma cuando se retire el modelo.

- Refractariedad. Capacidad para resistir elevadas temperaturas del metal colado sin que

el molde se funda y se vitrifique en la superficie de la pieza

- Conductividad calorífica para regular el enfriamiento.

- Permeabilidad. Capacidad de dejar pasar los gases que se originan en la colada.

- Deformabilidad para permitir la contracción de la pieza.

- Disgregarse con facilidad, para permitir que se desaloje la pieza después de enfriada.

- Ser económica


Las arenas están formadas por granos de sílice (SiO2) y cierta cantidad de arcilla y agua

(humedad) que actúan como aglomerantes de los granos de sílice.

Los granos de sílice hacen que la arena sea refractaria y permeable, mientras que la

arcilla y la humedad le comunican plasticidad y cohesión.

También se emplean arenas con granos de circonia (ZrO2), toria (ThO2), berilia (BeO) y

otros. Son más refractarias pero más caras.

Según su origen se clasifican en:

Arenas naturales. Se encuentran en la naturaleza.

Porcentaje de arcilla y sílice es el correcto para elaborar los moldes es arena natural de

moldeo.

Sus componentes no están uniformemente distribuidos, tienen que sufrir un

tratamiento adecuado antes de su empleo.

Arenas artificiales o sintéticas. Se preparan estas arenas mezclando porcentajes

adecuados de sílice, arcilla (u otros aglomerantes) y agua. Es posible obtener las

características deseadas con uniformidad.

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Según el estado o el uso a que se destinan las arenas se clasifican en:

- Arena verde, está húmeda, con el agua imprescindible para darle plasticidad y cohesión.

El moldeo en verde se emplea para piezas de tamaño pequeño y mediano. Por la

economía y rapidez que supone no tener que secar los moldes. El porcentaje de humedad

debe ser lo más bajo posible (<8%), para evitar un excesivo desprendimiento de gases

durante la colada, que puede producir porosidades en la pieza.

- Arena seca o de estufa, se elimina la humedad de los moldes calentándolos en estufas o

por otros medios (secado superficial y al aire). Estos moldes se emplean para fundir piezas

de grandes dimensiones o de formas complicadas y cuando se desea una elevada calidad.

Sus ventajas son: menor tendencia a producir poros, mayor resistencia mecánica

y mayor precisión en las dimensiones de las piezas.

Su inconveniente es el mayor coste y la pérdida de tiempo en el secado.

- Arena vieja o de montón, la que se obtiene al desmoldear las piezas fundidas. Su arcilla

pierde propiedades aglomerantes por la temperatura a que ha estado sometida. Se

regenera adicionándole arcilla en la proporción adecuada o mezclándola con arena nueva

rica en arcilla.


Arena de moldeo, la que está en íntimo contacto con el modelo y con el metal fundido,

durante la colada. Se emplea sólo arena nueva o regenerada.

Arena de relleno, la que envuelve a la de moldeo y llena el resto de la caja. Se emplea

arena usada o de montón.

Arena para machos, es la que se destina a la elaboración de los mismos. Se emplea

arena extrasilícea, de granos redondeados y tamaño uniforme, aglomerada con los

aglomerantes especiales para machos que estudiaremos más adelante.

Las arenas se controlan en:

- Humedad.

- Refractariedad.

- Granulométrica.

- Porcentaje de aglomerante.

- Plasticidad.

- Dureza.

- Compacidad (a través del peso y la

densidad).

- Deformabilidad.

Las arenas son recuperables. Se lavan,

tamizan, muelen, criban, y mezclan con

arenas nuevas para nuevas fundiciones.

Utiliza arenas nuevas en la zona de

contacto con el metal y en los machos y de

relleno o arena vieja entre las cajas y el

modelo.

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AGLOMERANTES

Son sustancias que mezcladas con los granos de arena le comunican plasticidad y

cohesión pueden ser:

Aglomerantes inorgánicosAglomerantes orgánicos

Aglomerantes inorgánicos.- Arcillas (polvo fino de silicato alumínico hidratado). Se vuelven plásticos cuando

absorben cierta cantidad de agua, propiedad que le comunican a la arena.

Los más usuales en las arenas de moldeo son: arcillas caoliníticas, aunque tambien se

usan arcillas illíticas, arcillas montmorilloníticas o bentonitas.

- Silicato sódico. Conocido como vidrio soluble, se obtiene por fusión de sílice con

carbonato o hidróxido sódico.

- La solución de vidrio soluble se mezcla con aglutinantes orgánicos (dextrinas, almidón

y otros) que le comunican resistencia en verde.

- Cemento. (8-10% Portland y 5-6 % agua). Resulta económico, por reducir la mano de

obra especializada y no necesitar estufas de secado.


Aglomerantes orgánicosSe suelen emplear en las arenas para machos y están formados por mezclas de dos o más

sustancias que le dan cohesión en verde (propiedad aglutinante) y resistencia después del

secado (propiedad aglomerante).

Aglutinantes . Son dextrinas procedentes del almidón de patatas o de cereales.

El almidón por la acción hidrolítica de los ácidos, se desdobla en moléculas más

sencillas (dextrinas y azúcares). Las dextrinas se hinchan con el agua y dan

partículas coloidales capaces de mantener unidos los granos de arena.

Aglomerantes. Son sustancias de diversos tipos que se endurecen por polimerización en caliente

o en frío, en presencia de catalizadores.

La polimerización puede tener lugar por oxidación con oxígeno del aire :

aceites secantes (linaza, cañamones, algodón, nueces y otros, el porcentaje de aceite,

para que cada grano de arena quede envuelto por una fina película, es de 1 a 2 %.

o por reacción química entre dos o más sustancias:

resinas sintéticas del tipo fenol-formol y urea-formol, que se endurecen por

calentamiento a 150-170 °C, con más rapidez que los aceites secantes.

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Proceso de moldeo o fundición

Moldeo a mano

Comprende la preparación de las cajas de

moldeado, la colada, el desmoldeo, la

extracción de la pieza y el desbarbado o

limpieza.

http://www.youtube.com/watch?v=1PuY64xrGcI


Moldeo a mano (fases)

1. Preparación de las cajas.

Se seleccionan las cajas en razón del tamaño del modelo a emplear, de fundición de

hierro, aluminio, acero o madera .

Se unen con clavijas.

Se coloca el modelo en la caja de moldeado y el espacio circundante se rellena de arena

bien apisonada. Se deja un bebedero y un rebosadero (mazarota).

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2. Colada.

Metal fundido llena el hueco dejado por el modelo, se verifica su solidificación.

3. Desmoldeo y extracción.

Se abre la caja de moldeado y se deshace el molde.

4. Desbarbado o limpieza.

Separación del bebedero y la mazarota y sin rebabas y mecanización posterior.


Moldeado con machos

Cuando la pieza no es maciza hay que colocar en el interior del molde unmacho (llamado también noyo) con la forma del hueco a reproducir.

La preparación de machos o noyos exige el empleo de arenas de composición especial, así

como el uso de aglutinantes. Es preciso construir una caja de machos para su moldeado.

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Cuando se presentan machos en voladizo es habitual la utilización de sujetadores para

evitar la rotura del macho en el proceso.

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Moldeado mecánico

Se sustituyen los métodos manuales realizado con maquinaria especializada.Se usa una placa modelo que consiste en una placa de fundición, aluminio uotros materiales resistentes, donde se atornillan los modelos a emplear.

Las placas modelo llevan los dispositivos de alineación y transporte necesariospara su empleo automatizado.

Existen tres clases de placa modelo:

•Placa modelo simple (B). Si el modelo necesita ser partido será precisoconstruir dos placas, una para cada parte.

•Placa modelo de doble cara (C).

•Placa modelo reversible (D).

(Con frecuencia se montan varios modelos en la misma placa)


Modelo sin placa

Modelo doble cara

Modelo simple

Modelo reversible

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MAQUINARIA PARA MOLDEO MECÁNICO

Operaciones:Moldeado : rellenar la caja de arena y prensarla.Desmoldeado o separación de la caja y la placa modelo.

En general, se pueden dividir en:

máquinas de moldeado por presión, por proyección de arena, por sacudidas y deprocedimiento mixto.

Tipos:

Máquinas de moldeado por presiónConstan de un cabezal (1) y una mesa de trabajo (2).El prensado de la arena puede hacerse por la accióndel cabezal, llamado prensado superior o por la acciónde la mesa, llamado prensado inferior.El sistema o mecanismo utilizado para realizar elprensado puede ser manual, hidráulico y neumático.


Si se realiza un prensado superior la arena de moldeo quedara más compacta en el lado

del tablero de compresión y menos compacta en el lado del modelo. Habitualmente Es

más interesante lo contrario: una mayor compresión en la zona del modelo y menor en la

zona del tablero.

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Si el tablero de compresión es plano la distribución de presiones no es uniforme.Para evitar este contratiempo pueden utilizarse tableros con geometrías opuestasa la del modelo.


Máquinas de moldeado por proyección

Proyectan la arena con fuerza sobre las cajas demoldeado, por medio de unas aspas movidas porun motor.

Su funcionamiento se basa en la proyeccióncentrífuga de la arena.

Esta maquina puede llenar rápidamente cajas degrandes dimensiones, funciona sin ruido nivibraciones y su manejo es sencillo.

La arena se proyecta con fuerza sobre el modelo,resulta innecesario el posterior prensado de lamisma y muestra una compactación homogénea.

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Máquinas de moldeado por sacudidas

Apisonan la arena para el moldeado en las cajas pormedio de sacudidas de la mesa.

El sistema motriz suele ser neumático. El airecomprimido penetra en el cilindro (2) cuyo émbolo (1) essolidario a la mesa (3), lo que produce su elevaciónhasta el nivel de la válvula de escape (4), cerrando eneste instante la válvula de entrada (5). Entonces émbolodesciende bruscamente y la mesa experimenta unasacudida, reiniciándose inmediatamente el ciclo.

Son muy adecuadas para moldear piezas de geometríacomplicada.

La máxima compresión se obtiene en las proximidadesde la superficie de la mesa y, por tanto, del modelo.


Máquinas de moldeado mixtas

La primera fase del trabajo es por sacudidas, se logra un buen apisonado de lascapas de arena junto al molde. La segunda fase permite el correcto apisonado delas capas superiores de arena por el procedimiento de presión.

Máquinas de moldeado mecánico de machosMáquinas diseñadas para la producción semi-automatizada de machos.Son las de extrusión y de soplado neumático.- Extrusión: Se introduce en la caja de machos por medio de un tornillo sinfin.- Soplado: tienen la caja de machos acoplada a una tobera, por donde se inyectaarena impulsada por aire comprimido.

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Procedimientos especiales de moldeo

Procedimientos y técnicas especiales que utilizan diferentes principios y tecnologíaspara lograr la construcción del molde a utilizar en la fundición.

Proporcionan tolerancias dimensionales y rugosidades superficiales más ajustadosque el moldeo en arena.


Moldeo con Terraja

Este procedimiento se utiliza para moldear piezas que se engendran porrevolución (rotación) o extrusión (translación), sin el empleo de modelos.

Solamente es económico para obtener un número muy reducido de piezas (2 o3). Si el número se incrementa resulta más económico el moldeo con modelo,que no exige personal tan especializado.

http://www.youtube.com/watch?v=WltEAu35pEw

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MOLDEO EN CÁSCARA

Para la formación del molde o coquilla se aprovecha la propiedad que tienen ciertasresinas fenólicas de endurecerse bajo la acción del calor.

El modelo de la pieza se construye ordinariamente en dos mitades y se fija cada unade ellas a una placa metálica, con los canales de colada, mazarotas y marcas demachos si son precisas.

La placa modelo se calienta a unos 200ºC y se le aplica una capa antiadherente abase de parafina o silicona.

A continuación entra en contacto con la mezcla de moldeado (habitualmente porvolteo), formando en pocos segundos un caparazón sólido o cáscara de 5 a 7 mmde espesor.

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- La placa, con la cáscara adherida, se calienta a 350ºC tres a cinco minutos.- Se separa la cáscara del molde y se unen los semimoldes obtenidos.- El molde así formado se introduce en una caja de moldear, rellenando el espaciocircundante con tierra vieja y se procede a colar el metal.- Las ventajas principales que se obtienen por este procedimiento son la precisióngeométrica y dimensional (las tolerancias son del orden del 0,5%).


El proceso a seguir es, el siguiente:

1. Se construye un modelo de la pieza en latón.2. Se funde un molde con aleación de bajo punto defusión, o de acero (sin modelo)3. En una prensa de inyección especial se obtienenmodelos de cera o poliestireno.4. Los modelos son montados en conjuntos.5. Los racimos de modelos se introducen en unbaño cerámica.6. Se introducen los racimos, ya revestidos, en unascajas de acero que se rellenan de arena; secomprime ésta por vibración y se extraen el aire y lahumedad excesiva en una cámara de vacío.7. En una estufa a 100ºC se funde la cera o seconsume el poliestireno y seguidamente se cuecenlos moldes en unos hornos a 1000ºC, con lo quedesaparecen los últimos residuos de materia de losmodelos perdidos, al mismo tiempo que la cáscaracerámica adquiere la solidez y resistencianecesarias.8. Se cuela el metal en el molde bajo ligera presióny se aspira el aire contenido para facilitar el llenado.9. Rompen los moldes y se desbarban las piezaspasan a las secciones de limpieza y desbarbado.

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Moldeo a la cera perdida

- Es uno de los procedimientos más antiguos.- Elevada precisión (del 0,2% a 0,5% de tolerancia).- Pequeño tamaño y forma muy complicada.- Imposibles de obtener por otros sistemas de moldeo.

Se puede deducir fácilmente que, por la complejidad del proceso, su aplicación sólo será conveniente en la fabricación de piezas de precisión, de tamaño pequeño o mediano, de forma complicada, de conformación difícil o imposible por otros procedimientos.


Moldeo Mercast

Variante del método a la cera perdida. La cera o poliestireno son sustituidos por mercurio. La

precisión alcanzada en los detalles es superior que con la cera o polímero.

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Etapas del moldeo por el

procedimientoMercast:

1. Coquilla metálica con placa intermedia de

machos

2. Colada

3. Enfriamiento de la coquilla a -75°

4. Separación de las placas intermedias

5. Unión de las dos mitades del molde sin

placa intermedia, quedando los modelos de

mercurio perfectamente adheridos por simple

presión

6. Recubrimiento del modelo de mercurio

congelado de un baño de papilla cerámica por

inmersión

7. Al elevar a la temperatura ambiente se licua

el modelo de mercurio y queda el

recubrimiento cerámica

8. A continuación se cuece el molde formado

por el recubrimiento

9. Colado, una vez rodeado el molde de arena

para mejorar su resistencia

10 Pieza terminada.


Moldeo con modelo consumible

Variante del método a la cera perdida.

Se utiliza poliestireno para fabricar el modelo y, además, éste no se retira de la cavidad

del molde.

Al colar el metal fundido en el molde el modelo se vaporiza instantáneamente y el metal

ocupa por completo la cavidad.

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MOLDEO AL CO2

Los moldes son endurecidos soplando dióxido de carbono a través del molde.

Evita el horno.

El contacto del CO2 con silicato de sodio (Na2SiO3), preparado para este fin, produce un

gel de sílice (SiO2+H2O) (vidrio líquido) que actúa como aglutinante endureciendo el

molde o el macho.


Procedimiento:

1. La mezcla de arena se compacta alrededor del modelo o de la placa modelo.

2. Se procede al gaseado del CO2.

3. El gaseado se puede realizar sin quitar el modelo o con el modelo colocado. Si se

hace el gaseado con el modelo colocado y no se ha diseñado correctamente realizando

salidas fáciles, puede que su extracción se haga imposible después de haberse

endurecido.

4. La introducción del gas dentro del molde o macho se puede realizar mediante

campana o mediante agujas. (ver dibujo)

5. Preparar los moldes, colocar los machos y proceder a la colada.

6. Una vez solidificado se procede al desmoldeo, rompiendo el molde.

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Moldeo por vacío.

El modelo es recubierto

por un film de plástico y se

coloca en la caja del molde

que se rellena de arena sin

ningún aditivo, colocando

otra hoja de plástico sobre

la arena para aplicar a

continuación, un vacío, que

hace que la arena se

compacte.


Realizados los dos medios moldes se unen y se lleva a cabo la colada manteniendo el

vacío en la arena hasta que se solidifique.

El desmoldeo se realiza rompiendo los plásticos, eliminando así el vacío.

La arena se recupera y las piezas obtenidas son de gran calidad en sus detalles.

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1. Moldeado en moldes metálicos- Moldes metálicos o coquillas- Proceso de moldeo en coquilla por gravedad- Ventajas e inconvenientes - Moldeo en coquilla con inversión de molde

2. Moldeo en coquilla con presión- Matrices para fundición a presión- Máquinas de moldeo a presión- Máquinas de cámara caliente- Máquinas de cámara fría

3. Procesos especiales de moldeo a baja presión- Moldeo a baja presión- Moldeo centrífugo verdadero- Moldeo semicentrífugo- Moldeo por centrifugado

4. Operaciones de acabado de las piezas moldeadas5. Recomendaciones para el diseño de piezas a fabricar por moldeo

- Elección del proceso de fundición- Diseño en función del proceso y posibles defectos


1. MOLDEADO EN MOLDES METÁLICOS

Los moldes metálicos o coquillas, sustituyen a los de arena para fabricar grandesseries de piezas.

Existe la posibilidad de la colada a presión.

Procedimiento que consiste en sustituir los moldes de arena en la fundición porgravedad, por moldes metálicos.

Las coquillas se componen de dos partesprincipales:- El cuerpo del molde que da forma exterior ala pieza.- Los machos o núcleos que determinan lascavidades o entrantes de las piezas; éstospueden ser metálicos o de arena.

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Cuerpo exterior del molde .Formado por dos o más partes, según la complejidad de las piezas a obtener.Las partes del cuerpo se denominan placas o bloques.Las bases,, sirven de apoyo y guía de los bloques.En los moldes sin base se centran los bloques por medio de clavijas o pasadores.

Núcleos de las coquillas .Los machos pueden ser metálicos o de arena o yeso.Los machos metálicos, como han de estar rodeados del metal líquido, seconstruyen de fundiciones o aceros aleados (más refractarios que el metal delmolde).Si se pueden desalojar con facilidad, se construyen de una sola pieza con ladebida inclinación o salida. En caso contrario, se hacen partidos en variasporciones para facilitar su extracción.Los machos de arena o yeso se emplean cuando éstos tienen una formacomplicada y no es fácil su extracción después de la colada.


Las coquillas casi siempre se hacen en dos mitades.

Cuando las piezas son relativamente pequeñas, pueden emplearse las coquillas en libro,

unidas por charnelas.

Las coquillas para piezas voluminosas constan de una base sobre la que se ajustan los

dos bloques, que constituyen la parte superior del molde. Sus juntas de unión, que están

ligeramente estriadas, para facilitar la salida de los gases durante la colada, permanecen

en posición vertical.

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Sistema de distribución.

Se dispone en la división del molde, diseñado para evitar turbulencias y asegurarla solidificación progresiva

Se puede regular la velocidad de enfriamiento por medio de aletas u orificios decirculación de aire, agua o aceite.

Se calientan con mecheros de gas o mediante resistencias eléctricas aquellaspartes en que se precisa un enfriamiento más lento.


PROCESO DE MOLDEO EN COQUILLA POR GRAVEDAD

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1. Limpieza de las diversas partes del molde con aire caliente a presión y calentamiento

hasta la temperatura mas adecuada para la colada.

2. Recubrimiento de la cara del molde con una delgada capa de material refractario o

negro de humo procedente de una llama reductora de gas.

3. Colocación de los machos y cierre del molde.

4. Colada del metal en el molde, dejándolo en reposo el tiempo suficiente para que la

pieza solidifique.

5. Extracción de la pieza del molde.

Las aleaciones que se emplean en este proceso son a base de plomo, estaño, cinc,

aluminio, magnesio, cobre y fundición gris.

PROCESO DE MOLDEO EN COQUILLA POR GRAVEDAD


VENTAJAS E INCONVENIENTES (sobre el moldeo en arena)

Ventajas

•Mayor precisión y constancia en las dimensiones.

•Superficies mejor acabadas y reducción del rebarbado.

•Menor mecanizado.

•Se obtiene una estructura mas densa y compacta, de grano más fino ypropiedades mecánicas mas elevadas.

•Se eliminan algunos de los defectos que origina la arena (porosidades, etc.)

•La producción es más rápida.

•Existe la posibilidad de efectuar inserciones metálicas.

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Inconvenientes

•Resulta económica cuando el número de piezas que se desea fabricar es losuficientemente elevado para compensar la inversión inicial.

•La forma de las piezas debe ser sencilla.

•Las dimensiones reducidas.

•La elevada velocidad de enfriamiento en las capas superficiales de la pieza puedecrear tensiones internas puede ser necesario dar un tratamiento de recocidoposterior.


MOLDEO EN COQUILLA CON INVERSIÓN DEL MOLDE

Empleado para piezas huecas de ornamentación u orfebrería.

Consiste en dejar que se forme una capa de metal sólido en contacto con lasparedes de la coquilla y, cuando ha alcanzado el espesor deseado, se invierte elmolde, y se desaloja el metal líquido que aún no ha solidificado.

El espesor de la capa es función de la temperatura de la coquilla y del tiempotranscurrido desde que se efectúa la colada hasta que se invierte el molde.

Las coquillas se fabrican de bronce, que es buen conductor del calor, y a veces defundición gris (para colar aluminio).

Características mecánicas muy bajas, acabado interior es muy rugoso.

El espesor de la capa no es uniforme; sin embargo el aspecto exterior de lasuperficie es muy bueno.

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2. MOLDEADO EN COQUILLA CON PRESIÓN

El metal, líquido o pastoso, se introduce en el hueco del molde bajo presión.

Llenado rápido del molde con reproducción de detalles fieles.

Elimina la porosidad en las secciones macizas de la pieza.

Presión 10 y 1500 kp/cm2 dependiendo de la aleación y velocidad de entrada dematerial en el molde aprox. 60 m/s.

Las piezas “quedan completamente terminadas y no necesitan mecanizadoposterior”.

La precisión de las dimensiones es de 0,1 a 0.01 mm.

La estructura del metal es de grano fino y las características mecánicas son muyelevadas.


MATRICES O MOLDES PARA FUNDICIÓN A PRESIÓN

Constan normalmente de cuatro elementos principales:- Matriz fija de cubierta- Matriz móvil de eyección- Placa de eyección

- Macho

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El macho debe separarse una vez que ha cumplido su misión. Hay muchos sistemas de

separación, como por ejemplo el que muestra la figura.


MÁQUINAS DE MOLDEO A PRESIÓN

La presión se ejerce sobre el metal con máquinas especiales, que trabajan de forma

automática o semiautomática.

Según la forma de inyectar el metal en la coquilla, se consideran dos tipos de máquinas:

Máquinas de cámara calienteInyección por émbolo

Inyección por aire comprimido

Máquinas de cámara fríaCámara de presión horizontal

Cámara de presión vertical

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Máquinas de cámara caliente

Llamadas también de cuello de cisne.

Usadas para colar aleaciones a base de plomo,

estaño o cinc, con temperaturas de fusión de

hasta 450ºC, y excepcionalmente para las de

aluminio o magnesio.

Constan de un horno de fusión, que forma parte

de la máquina y transfiere la aleación líquida a un

recipiente de fundición, donde se mantiene

constante el nivel y la temperatura.


El llenado por mecanismo inyector, total o parcialmente sumergido en el metal líquido y

lo inyecta a presión con aire comprimido o mediante un émbolo.

En las máquinas de émbolo, el cilindro está completamente sumergido y el metal líquido

penetra en él a través de un orificio lateral. Cuando la máquina se pone en

funcionamiento, se cierran automáticamente las dos mitades del molde y el extremo de

la boquilla del cuello de cisne (calentado a una temperatura próxima a la de colada) se

ajusta a la embocadura del bebedero.

Entonces entra en funcionamiento el émbolo (mediante un accionamiento mecánico o

neumático) que presiona el metal fundido al interior del molde. Una vez que ha

solidificado la pieza, el émbolo se levanta y aspira el metal líquido del cuello de cisne.

Simultáneamente, se abre el molde y se desaloja la pieza mediante los pernos eyectores,

quedando en disposición para repetir la operación.

Estas máquinas tienen el inconveniente de que elevan el contenido en gases de laaleación y, con ello, la porosidad de las piezas. También se forma óxido de hierro en elinterior de la cámara de compresión, que contamina la aleación y, además, opera apresiones inferiores a las necesarias para obtener piezas sanas. Por todo ello estas

maquinas han sido desplazadas por las de cámara fría.

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Máquinas de cámara fría

El mecanismo de inyección, se encuentra a una temperatura inferior a la de lacolada de la aleación y su contacto con ella es casi instantáneo.La aleación se funde en un horno aparte y se vierte en la cámara de comprensióncon una cuchara o mediante un dispositivo automático de alimentación, queintroduce sólo la cantidad de aleación necesaria para cada pieza.Entonces actúa un émbolo, accionado por presión hidráulica y la inyecta en el hueco del

molde.


La presión en estas máquinas es muy superior a la que se ejerce en las de cámara caliente

pues varía desde 120 kp/cm2 a varias toneladas por cm2, según el tipo de maquina y de

aleación. El número de piezas que se pueden obtener por hora varía entre 30 y 500,

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3. PROCESOS ESPECIALES DE MOLDEO A BAJA PRESIÓN

Moldeo a baja presiónEn la fundición a baja presión, el metal líquido se introduce dentro de la cavidad a una

presión aproximada de 0.1 MPa, aplicada desde abajo.

Ventaja: Se introduce en el

molde un metal limpio desde el

centro del crisol, esto reduce la

porosidad producida por el gas

y los defectos generados por la

oxidación, y se mejoran las

propiedades mecánicas.


MOLDEO CENTRÍFUGO VERDADERO

Se producen piezas cilíndricas, como tuberías, cañones de armas, y postes telefónicos,

mediante las técnicas que se muestran en la figura.

Los moldes están hechos de acero,

hierro o grafito y pueden estar

recubiertos con una capa refractaria

para incrementar la vida del molde.

Las superficies del molde se pueden

modificar de tal manera que se puedan

fundir tuberías con formas exteriores

diversas, incluyendo cuadradas y

poligonales.

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Los elementos más ligeros como escoria, impurezas y partes del revestimiento refractario

tienden a acumularse en la superficie interna de la pieza fundida.

Desde 13mm hasta 3m de diámetro y 16m de largo.

Espesores de pared desde 6 mm hasta 125 mm.

Mediante este método se obtienen fundiciones de buena calidad, precisión dimensional

y buen detalle superficial.


MOLDEO SEMICENTRÍFUGO

Piezas en la que se eje de simetría coincide con el eje de rotación de la máquina de moldeo.

El eje de rotación se coloca en posición vertical; el canal de colada se coloca en la posición

del eje, realizándose el llenado desde el centro de la pieza hasta su periferia; también el

canal de colada hace la función de mazarota.

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MOLDEO POR CENTRIFUGADO

En el moldeo por centrifugado, también llamado fundición centrífuga, las cavidades del

molde de cualquier forma se colocan a una cierta distancia del eje de rotación.

El metal fundido se vacía por el eje de rotación y es obligado a pasar al molde debido a la

fuerza centrífuga.


4. OPERACIONES DE ACABADO DE LAS PIEZAS MOLDEADAS

Limpieza y desbarbado: eliminar los restos de arena, rebabas, bebederos y mazarotas

adosados.

Limpieza de piezas fundidasEliminar los restos de arena adheridos a las piezas. Se realiza por:

•Proyección de arena o granalla, por choque de la arena en la superficie de la pieza.

A veces se utiliza esferas de acero de distinto tamaño que multiplican el efecto de la

operación (granalla).

•Chorro de agua a presión (hasta 160 at) en unas instalaciones de ciclo continuo.

Desbarbado de piezas fundidasEliminación de las grandes rebabas, bebederos y mazarotas.

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5. RECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO DE PIEZAS A FABRICAR POR MOLDEO

5.1. Elección del proceso de fundiciónPara hierro y acero fundidos sólo se ha de considerar la fundición en molde de arena.

Para metales ligeros y aleaciones de Zn y Cu, también puede optarse por la fundición en

coquilla y la fundición inyectada.

La fundición en molde de arena resulta la más barata para pequeño número de ejemplares

y es adecuada también para piezas fundidas muy grandes.

Mínimo espesor de pared: 3 mm para la

fundición gris, y de 5 mm para el acero

colado (aumentando con la longitud del

camino que se ha de recorrer y el caudal

de paso del metal líquido).

La exactitud alcanzable: ±1mm y la

superficie externa es rugosa.


La fundición en coquilla es apropiada para grandes series, para piezas sencillas y a partir

de los 2000 ejemplares.

Peso de la pieza: hasta 50 Kg.

Espesor de la pared >3mm.

Tolerancia, de 0,2 a 0,3mm.

Proporciona superficies externas lisas estructura más fina y densa, y resistencia más

elevada que la fundición en molde de arena.

Admite incluir en la fundición casquillos pequeños de acero, pernos de acero, etc. (deben

asegurarse contra desplazamientos, mediante estrías o resaltes).

La fundición inyectada: fabricación de precisión en grandes series de piezas pequeñas,

de paredes finas (a partir de 5000 ejemplares) con textura fina y densa.

Peso por pieza: hasta 10 kg para metal ligero, hasta 20 kg para aleación de Zn, y hasta 25

kg para aleación de Cu. M

ínimo espesor de pared, de 0,5 a 3 mm. Tolerancia, de 0,03 a 0,3 mm.

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DISEÑO EN FUNCIÓN DEL PROCESO Y POSIBLES DEFECTOS

Para elaborar el proyecto de la pieza es importante tener una representación correcta del

proceso de solidificación de la colada (estudio con simuladores…)

Cuando la solidificación es desigual en el tiempo, se originan, rechupes de las partes

solidificadas más tarde y, por tanto, tensiones o grietas (cuando se impide la contracción).

Las grietas se dan en lugares de transición de secciones gruesas a delgadas y de las

esquinas.

Es preciso evitar un enfriamiento desigual o hacer posible la compensación de las

tensiones, recurriendo a una configuración adecuada.

Valor medio de la contracción en %: fundición gris, 1; fundición dura, 1.5; fundición

maleable, 1.6; acero colado, 2; aleación de Al, 1 a 1.7 ; aleación de Mg, 1.2 a 1.9; aleación

de Zn, 1.8; bronce ordinario, 1.5; latón fundido, 1.8; bronce de Zn, 0.8 a 1.5


Rechupes. Se origina por el enfriamiento

desigual del metal en el molde y consiste en

una cavidad o rechupe que se sitúa en la zona

que solidifica en último lugar.

Comienza a solidificar junto a las paredes y

progresa según capas desde el exterior hacia el

interior.

El líquido se contrae y disminuye de nivel.

El rechupe adopta la forma de embudo o cono.

En los moldes cerrados o con aleaciones

eutécticas, cuando la superficie de la pieza

solidifica antes que la parte central, ésta

continúa contrayéndose y se origina un

rechupe interno.

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En el diseño de las piezas se deben seguir las siguientes reglas:

1. Evitar las concentraciones locales de masas Regla de los círculos / espesores constantes


Estando la pieza en posición de colada, las secciones transversales vayan aumentando

de espesor en función de la altura.

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2. Evitar los defectos de los ángulos.

Evitar ángulos salientes y entrantes por variación de velocidad de solidificación.

En piezas con ángulos agudos entrantes, se originan zonas calientes que pueden

producir rechupes y grietas.

En piezas con ángulos salientes la velocidad de solidificación en los vértices de los

mayor que la de las zonas adyacentes.

3. Evitar tensiones internas, roturas, grietas y deformaciones. Se precisa que toda su masa se conserve isotérmica, desde el final de la solidificación

hasta que alcance la temperatura ambiente.


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Estos defectos se pueden evitar, en parte, si se tienen en cuenta las siguientes reglas:

- Diseñar las piezas de forma que se mantengan los espesores constantes y se supriman

los cambios bruscos de sección (ángulos vivos entrantes) sustituyéndolos por radios de

unión adecuados o uniones progresivas.

- Comenzar la colada por las partes más delgadas y acelerar el enfriamiento de las más

voluminosas con enfriadores externos o internos.

- Emplear molde y machos lo suficientemente deformables para que cedan a la

contracción.

- Adoptar para las piezas formas que se puedan deformar libremente sin crear ninguna

rigidez local. Las tensiones debidas a la contracción, a lo sumo sólo deben producir

flexiones elásticas en ciertas partes de la pieza.


Estabilización o eliminación de tensiones en las piezas moldeadas

Antes del mecanizado, se someten las piezas a un tratamiento de estabilización o recocidocontra tensiones, consistente en calentarlas lentamente hasta una temperatura adecuada,

en función del material, durante unas cuatro o cinco horas, seguido de un enfriamiento muy

lento.

Defectos en la fundición – Poros

Se produce un desprendimiento gaseoso procedente del metal fundido en contacto con la

atmósfera, del material del molde y del material de los machos.

Los poros de gas o sopladuras se pueden evitar:

- Disponiendo la colada para que los gases puedan ascender hacia la mazarota.

- Pinchando vientos en los lugares adecuados del molde.

- Mejorando la permeabilidad de la arena .

- Rediseñando los machos con comunicación en el exterior.

-Con temperatura lo más baja posible y dejando la aleación en reposo durante un tiempo.

- Efectuando la fusión y colada en el vacío.

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Defectos en la fundición – InclusionesPartículas procedentes de las impurezas se encuentran en el metal en el momento de la

colada y de las que accidentalmente pueden incorporarse durante ella.

Producen discontinuidades en la masa metálica, que afectan a las características

mecánicas.

Defectos en la fundición – Segregaciones

Las aleaciones en el estado sólido presentan cierta heterogeneidad en su composición

química, que se conoce con el nombre de segregación.

Ciertos elementos de aleación o las impurezas se concentran en determinadas regiones

de las piezas fundidas.


Defectos en la fundición – Gotas frías

Se originan cuando las gotas que salpican se oxidan y solidifican bruscamente. Si al caer en

la aleación líquida, la temperatura de ésta no es lo suficientemente elevada para

refundirlas, quedan aprisionadas en su seno en forma de gotas frías.

Si quedan al descubierto durante el mecanizado, deterioran las herramientas de corte por

su elevada dureza.

Forma de evitarlo:

- Efectuar la colada en sifón

- Disminuir la altura de caída en la colada directa

- Realizar la colada lentamente, evitando que el chorro choque contra las paredes.

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Defectos en la fundición – Por mala colabilidad

El exceso de colabilidad es perjudicial, porque la aleación puede infiltrarse entre los

granos de arena y también por las juntas del molde y machos.

La falta de colabilidad puede dar lugar a falta de llenado del molde sobre todo, en las

partes delgadas.

Defectos en la fundición – Por aleación fría

Existe el peligro de que el molde no se llene totalmente y la pieza salga incompleta.

Si se interrumpe la colada durante un cierto tiempo y después se continúa, existe el

peligro de que la parte que penetra primero en el molde solidifique y no se una con la

segunda, dando origen a una unión fría.


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