Fundición de Aluminio en un Molde de Yeso a la Cera PérdidaIntroducciónLa fundición a cera perdida es un método para fabri...
Método  1. El recipiente donde se llevara a cabo la solidificación del yeso se     prepara previamente, se le vierte el ac...
15. Observar periódicamente la fundición del metal para verificar su estado,      una vez fundido totalmente se extrae de ...
Aluminio estructuralCaracterísticas físicasEl aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, sólo aventajadopor e...
múltiples fallos. El conjunto de embudos, tuberías y canales que guían al metalpor el molde es conocido por el sistema de ...
asegurar una solidificación dirigida de la pieza, teniendo en cuenta suestructura y las propiedades de la masa fundida.Al ...
El metal que proviene de la cuchara está lleno de escorias, óxidos e impurezasy burbujas de aire o gas. Estas impurezas de...
que se solidifica. El rechupe de contracción en este caso se crea sólo en lamazarota, la cual luego se separa de la pieza....
concentrados en las partes macizas de las piezas y en los lugares de unión delos bebederos.Métodos para evitar rechupes de...
rechupe de contracción en las partes macizas a la par de los enfriadores seemplean mazarotas en estos sectores.Los enfriad...
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Fundición de aluminio

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  1. 1. Fundición de Aluminio en un Molde de Yeso a la Cera PérdidaIntroducciónLa fundición a cera perdida es un método para fabricar formas metálicascomplejas al crear un molde o patrón de cerámica, con el cual se pueden crearciertas piezas metálicas. Los minerales fundidos son una materia esencialusada en el proceso de construcción de moldes de cerámica. El molde decerámica se construye con una variedad de materiales fundidos para permitirque resista la exposición a temperaturas muy altas por el proceso de caldeo ycolada. Luego que se desprende el molde de cerámica, la pieza metálica serevela y en muchas ocasiones se necesita pulir o acabar con un materialabrasivo. Minerales fundidos, como la mullita, el óxido de aluminio y la espinelafundida, se utilizan en la construcción de moldes y en el acabado metálico de lapieza del proceso de fundición a cera perdida.ObjetivoObtener una pieza metálica a partir de la fundición de un metal al ser vaciadoen un molde hecho de yeso con la técnica de la cera perdida.Materiales 1. 1 Kg de yeso. 2. 1 figura hecha totalmente de cera. 3. 2 Lt de agua. 4. 1 recipiente para molde. 5. 1 mufla. 6. 1 pinzas para crisol. 7. 1 olla de barro de tamaño pequeño. 8. 1 equipo de protección para altas temperaturas. 9. 500 gr de aluminio puro. 10. 1 broca 11. 100 ml de Aceite
  2. 2. Método 1. El recipiente donde se llevara a cabo la solidificación del yeso se prepara previamente, se le vierte el aceite y se verifica que se extienda por todo el recipiente. 2. Se prepara el yeso teniendo cuidado de que no esté demasiado húmedo ni demasiado seco, debe tener más yeso que agua para que solidifique rápido pero a su vez deberá de ser fluido. 3. Una vez preparado el yeso se vacía a la mitad del recipiente y enseguida se le añade la figura de cera previamente aceitada. 4. La pieza debe quedar fija a la mitad de su dimensión. 5. Con un tiempo de aproximadamente 15 minutos para logar una solidificación del yeso en el recipiente se repite el paso 2. 6. Al recipiente se le vierte otra pequeña cantidad de aceite y se verifica que este aceitada toda la parte superior. 7. Se le agrega la otra mitad de yeso al recipiente y se deja reposar 20 minutos. 8. A los 20 minutos y con el debido cuidado se extrae el molde de yeso del recipiente. 9. Dependiendo de la humedad y porción de agua dentro del molde se deja secar por varios días, es recomendable utilizar una secadora de pelo o exponer a los rayos del sol. 10. Una vez totalmente seco el molde se procede a retirar la cera, con una navaja se retira toda cantidad de cera en el molde para no tener problemas a la fundición. 11. Una vez retirado la cera y con una pequeña cantidad de yeso preparado se sella el molde, antes dejar marcas por donde se verterá la fundición con sus respectivos respiraderos. 12. Una vez totalmente seco, con la broca se le hacen las perforaciones por donde se verterá el metal. 13. El aluminio se debe de cortar de tal forma que facilite su entrada a la olla de barro. 14. Previamente calentada la mufla se llena la olla de metal y se deposita dentro de la mufla.
  3. 3. 15. Observar periódicamente la fundición del metal para verificar su estado, una vez fundido totalmente se extrae de la mufla. 16. Con el molde preparado y en una posición segura se procede con el vaciado. 17. Una vez vaciado se verifica k el interior del molde allá quedado totalmente llenado de la fundición. 18. Se deja pasar 5 minutos para que solidifique el metal y se rompe el molde. 19. La pieza de metal queda totalmente terminada.CostosEl costo del metro de cable puro de aluminio es de $64.15 el metro suponiendoque nos gastamos 2 metros el costo total es: $128.30El kilo de yeso en total quedo en: $3.00El litro de agua aproximadamente es a $1.00 por lo cual aproximadamente segasto: $5.00Molde de cera: $4.00Recipiente de plástico desechable: $1.00CFE maneja una tarifa para la industria, la tarifa incrementa en horas pico lascuales comprenden de 6:30 pm a 10:00 pm por lo cual el KW/h: $1.70Por lo cual el costo total de la fundición fue de aproximadamente: $150.00ResultadosLa pieza salió mal debido a el molde aun presentaba humedad ytenia rechupes. A continuación se presenta que era lo que sedebería de llevar acabo para que la pieza saliera bien.
  4. 4. Aluminio estructuralCaracterísticas físicasEl aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, sólo aventajadopor el silicio y el oxígeno. Se trata de un metal ligero, con una densidad de2700 kg/m3, y con un bajo punto de fusión (660 °C). Su color es blanco y reflejabien la radiación electromagnética del espectro visible y el térmico. Es buenconductor eléctrico (entre 34 y 38 m/(Ω mm2)) y térmico (80 a 230 W/(m·K)).Características mecánicasMecánicamente es un material blando y maleable. En estado puro tiene unlímite de resistencia en tracción de 160-200 N/mm2 (160-200 MPa). Todo ellole hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas,pero no como elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se aleacon otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición yforja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza comosoldadura.El moldeLa pieza fundida se obtiene al llenar con metal fundido, la cavidad del moldepara fundición, su enfriamiento en el molde y posterior endurecimiento. En elproceso de llenado, o colada, la masa fundida penetra en la cavidad del moldepor los canales de colada. El sistema de canales por los cuales el metal llega almolde se llama de llenado.El sistema de llenado se compone del embudo de colada, el bebedero, loscanales y los ataques, por los cuales la masa fundida pasa al molde. Pertenecetambién al sistema de llenado el respiradero. Éste último sirve para la salida delaire y gases del molde y para controlar el llenado del molde. Después el metalse solidifica y se enfría, el molde se destruye, y la pieza fundida se saca de laarena de moldeo.Hay diferentes tipos de molde. El más habitual es el molde perdido, queúnicamente se utiliza una sola vez (se destruye al extraer la pieza fundida). Losmoldes para fundición perdidos se elaboran de mezclas de moldeo, cuyocomponente principal es la arena cuarzosa. En calidad de adición aglutinante,se emplea arcilla que le da solidez a la mezcla. La resistencia de estas mezclasno es relativamente muy elevada y la presión de la masa fundida sobre lasparedes es bastante alta, por ese motivo los moldes de mezclas de arena yarcilla se hacen con paredes gruesas. No obstante, si en calidad de aglutinantese utilizan materiales que le dan una gran resistencia a la mezcla de moldeo, elmolde perdido puede convertirse en molde de cáscara (de paredes finas). Estopermite reducir considerablemente el gasto de mezcla de moldeo y también,gracias a sus propiedades especiales, elevar la precisión y disminuir larugosidad de la superficie de las piezas fundidas.Llenado del moldeEl paso del metal líquido del crisol al molde es un paso crítico en la elaboraciónde una pieza, ya que este paso, el cual dura pocos segundos, puede provocar
  5. 5. múltiples fallos. El conjunto de embudos, tuberías y canales que guían al metalpor el molde es conocido por el sistema de llenado. Su diseño es crucial parauna buena elaboración de la pieza, ya que éste debe evitar la entrada deescoria proveniente de la cuchara de la colada, no debe producir escoria ensus propios conductos, no debe absorber gases, debe evitar la erosión delmolde por exceso de velocidad y la formación de defectos por circulación delmetal demasiado lenta. El diseño de un sistema de colada tiene dos aspectos oetapas. El primero es el cálculo de sus dimensiones, de acuerdo conecuaciones de flujo; este cálculo se hace numéricamente o por medio deábacos. El segundo aspecto es la ejecución práctica y elección de la modalidadmás adecuada para las condiciones de la pieza, material de molde, etc.Obtener un buen llenado del molde, generalmente te asegura una buena pieza,por tanto el estudio del llenado y su simulación empieza a tener una granimportancia en su producción. Resistencias durante el llenado: El metal líquido no fluye libremente por los conductos del molde, ya que esta sometido a diferentes resistencias, provenientes de la interacción del metal líquido con las paredes del molde.Estas interacciones se dividen en dos, la tensión superficial del líquido y el acabado superficial del molde. Tensión superficial del líquido: Cuando el metal líquido está entrando en el molde, estásujeto a una continua resistencia producida por la tensión superficial, que tiende a frenar elflujo de metal. Este efecto tiene una gran importancia en moldes con paredes delgadas,ya que puede frenar totalmente el flujo si la presión de llenado no es suficientemente alta.Sistema de llenadoUna de las condiciones más importantes para obtener piezas de calidad es unacorrecta estructura del sistema de llenado. El sistema de llenado sirve para elsuministro suave de la masa fundida a la cavidad del molde para fundición y laalimentación de las piezas durante la solidificación. La elección del sistema dellenado, que asegure la obtención de piezas de elevada calidad es la parte másimportante del diseño de la tecnología de fundición.Un sistema de llenado correctamente construido debe asegurar un buenllenado del molde con la masa fundida y la alimentación de la pieza en elproceso de su solidificación, contribuir a la obtención de una pieza dedimensiones exactas, sin defectos superficiales (atascamientos, inclusiones deescoria y otros) y una solidificación dirigida de la pieza, y además el gasto demetal para el sistema de ataques debe ser mínimo.Al elegir el modo de suministrar el metal fundido al molde y diseñar laestructura del sistema de llenado, se debe tener en cuenta que el metal fundidodebe llegar al molde suavemente, sin chocar con sus paredes ni con las de losmachos, sin remolimos, con una velocidad de ascensión en el moldedeterminada, así como también asegurar una sucesiva expulsión del aire ygases del molde. Además, el modo de suministrar el metal fundido debe
  6. 6. asegurar una solidificación dirigida de la pieza, teniendo en cuenta suestructura y las propiedades de la masa fundida.Al fabricar piezas, generalmente se llena la parte delgada de la pieza paraigualar la velocidad de enfriamiento de sus partes. Pasando a través del lugardelgado de la pieza, la masa fundida calienta el molde en el lugar desuministro, y sus porciones menos calientes pasan a las partes gruesas de lapieza. Las velocidades de enfriamiento de la parte delgada en el lugar calientedel molde y la parte más gruesa de la pieza, que se llena con metal fundido untanto menos caliente se igualan, lo que contribuye a la obtención de una piezade mejor calidad, la reducción de las tensiones internas y deformaciones en lasmismas.No obstante, al fabricar piezas con partes de gran espesor, a la par delsuministro del metal fundido a la parte delgada, se emplea su suministro a laspartes más gruesas, con la utilización de mazarotas, para que el metal fundidoque se halla en la mazarota se conserve durante bastante tiempo en estadolíquido y alimente a la pieza.El metal fundido que entra en el molde no debe penetrar por las portadas de losmachos e impedir la salida de los gases del macho y del molde. La velocidadde elevación de la masa fundida en el molde debe ser suficiente para que elaire y los gases creados que se hallan en la cavidad del molde puedan salirlibremente del mismo. Por otro lado, unacolada lenta del molde con la masafundida puede provocar la pérdida de la fluidez delmetal fundido y no llenar porcompleto el molde.Condiciones del sistema de llenadoLa razón más habitual que hace que un sistema de llenado sea incorrecto es lageneración de turbulencia en el líquido. Esta generación de turbulencia produceen las piezas diversos defectos que hace que estas se desechen. También seproducen múltiples defectos si el sistema de llenado permite la entrada deescoria (exterior o interior), o esta mal dimensionado.Un buen sistema de llenado debe controlar los siguientes factores: En primer lugar debe llenar totalmente la cavidad del molde, ya es ésta es su principal función. La economía del tamaño, ya que el material que queda solidificado en el sistema de llenado, es material que se utilizará en otra pieza y debe reciclarse. Esta condición tiene un gran efecto sobre la economía en la producción. Regular la velocidad del flujo del metal, ya que el sistema de llenado se diseña de forma que en la entrada de la cavidad del molde, esta velocidad no supere una velocidad crítica. La velocidad de entrada se aconseja entre 0.25-0.5 m/s, y el valor límite se sitúa en 1 m/s.Además no hemos de olvidar que una velocidad demasiado lenta también esperjudicial. La entrada de únicamente líquido en la cavidad del molde.
  7. 7. El metal que proviene de la cuchara está lleno de escorias, óxidos e impurezasy burbujas de aire o gas. Estas impurezas deben ser frenadas durante elrecorrido del metal por los diferentes canales que forman el sistema de llenado.Además, debido a la gran turbulencia que tiene el líquido en el inicio delsistema de llenado, éste esta lleno de burbujas de gas que deben sereliminadas. Si el sistema de llenado es incorrecto, estas burbujas pueden llegara entrar en la pieza, provocando diversos defectos.Eliminación de la turbulencia que tiene el líquido, buscando conseguir un flujolaminar.En el estado inicial del sistema de llenado, el metal cae por el canal vertical,hasta el nivel más bajo del molde, aumentando su turbulencia. Esta turbulenciaes la que debe ser eliminada por el resto del sistema de llenado. Además deesta turbulencia que se produce, los conductos del sistema pueden generarescoria al haber desprendimientos en las paredes de los canales debido alchoque del frente del material contra éstos.Fácil de eliminar, ya que el sistema de llenado no forma parte de la pieza, y seha de separar de ésta. Si esta separación es complicada, el coste de la piezaaumenta absurdamente.Si el sistema de llenado comprende varios ataques, el metal debe llegar almismo tiempo y con la misma velocidad a todos ellos. De forma que eldimensionado de los diversos canales debe estar de acuerdo con el número deataques que tenga.Rechupes de contracciónLos rechupes de contracción en las piezas son las cavidades que se creanaconsecuencia de la contracción de las aleaciones durante la solidificación. Laformación del rechupe se produce en diferentes fases durante el llenado ysolidificación de la pieza dentro del molde. Al inicio, las paredes delgadaspueden solidificarse y contraerse parcialmente ya durante el llenado del moldecon metal. En este período la pieza se alimenta con la masa fundida delsistema de bebederos. Luego sigue la contracción de la optimización en elsistema de llenado de un molde de partición vertical del metal líquido dentro dela crosta sólida al enfriarse hasta la temperatura del comienzo de lacristalización o la temperatura del líquidus.La contracción de la masa fundida y la disminución del volumen al pasar delestado líquido al sólido superan la contracción de la crosta, por eso en unmomento determinado la masa fundida se separa, bajo la acción de la fuerzade la gravedad, de la crostasolidificada superior y desciende en el períodosiguiente tiene lugar la solidificación del metal líquido dentro de la crosta dura,durante la cual el metal se contrae y, como resultado, se crea el rechupe.En los rechupes, en las piezas de aleaciones que no contienen gases, se creaenrarecimiento, como resultado de lo cual la crosta delgada puede combarsehacia adentro del rechupe. Para impedir la formación del rechupe decontracción se deben colocar mazarotas en las piezas, de las cuales, bajo laacción de la fuerza de la gravedad, la aleación líquida se desplaza a la pieza
  8. 8. que se solidifica. El rechupe de contracción en este caso se crea sólo en lamazarota, la cual luego se separa de la pieza. Un rechupe de contracciónconcentrado se forma en las piezas fundidas de metales puros y aleacionescon un estrecho intervalo de cristalización y eutécticas.La magnitud del rechupe de contracción es diferente en distintas aleaciones.El volumen del rechupe de contracción depende de los siguientes factores: a) Del factor de contracción del metal o la aleación en estado líquido, el cual depende de la composición química del metal o la aleación. b) De la temperatura del metal o la aleación líquida al comienzo de la solidificación de la pieza; cuanto más elevada es esta temperatura, tanto mayor es el volumen del rechupe de contracción. c) De la magnitud dela contracción durante la solidificación, la cual depende de la composición del material. d) Del grado de grafitización de las fundiciones; cuanto mayor es la cantidad de elementos grafitizables contenidos en la fundición (silicio, carbono y otros), tanto menor es su contracción. e) De la compresibilidad del molde y el macho; cuanto más compresible es el molde y el macho, tanto mayor es la contracción y viceversa.Porosidad de contracciónLa porosidad de contracción es la acumulación de pequeñas oquedades(poros) de forma irregular, los cuales se formaron en la pieza como resultadode la contracción volumétrica al no haber afluencia de metal líquido. Laporosidad de contracción es característica para las aleaciones de ampliointervalo de solidificación.Los poros de contracción aparecen en los espacios interdendríticos cuando lacontracciónvolumétrica aún continúa y se interrumpe el suministro del metallíquido a los poros.Durante la solidificación las dendritas que aparecen se unen. Cuando cesa laalimentación de la masa fundida a las células, se crean pequeñas oquedades,cuyo conjunto forma la porosidad de contracción. Se distingue la porosidaddifusa, axial y local.La porosidad difusa son poros pequeños diseminados uniformemente por unagran parte del volumen de la pieza. La porosidad de contracción difusa sedesarrolla durante la solidificación lenta de piezas gruesas de aleaciones conun gran intervalo de temperatura de solidificación.La porosidad axial se crea en las partes centrales de las piezas, como tambiénen las secciones largas y delgadas. Esto se explica por el hecho de que lacontracción volumétrica de la parte central aún no terminó y disminuyó ointerrumpió el acceso a ésta de la aleación líquida.La porosidad de contracción local se crea en las partes de la pieza, separadasde la aleación líquida por la aleación ya solidificada, que cerró el acceso dealeación líquida a ellas. La porosidad local consta de poros grandes,
  9. 9. concentrados en las partes macizas de las piezas y en los lugares de unión delos bebederos.Métodos para evitar rechupes de contracción y las porosidadesLos rechupes de contracción y la porosidad de contracción alteran y debilitan lasección de la pieza. Generalmente los rechupes de contracción y los porossurgen en aquellos lugares de las piezas que solidifican los últimos. Porconsiguiente, el único procedimiento para obtener piezas sin rechupes decontracción y poros, es el suministro de aleación líquida al molde durante elproceso de solidificación de la aleación en el molde.El suministro del metal líquido al lugar de cristalización debe ser continuo hastala solidificación completa de la pieza. Con este propósito, sobre las piezas secolocan mazarotas, que son recipientes con la reserva necesaria de aleaciónlíquida para alimentar la pieza durante todo el período de cristalización.Para asegurar la alimentación de la pieza con aleación líquida de la mazarotase deben observar las siguientes condiciones:  La reserva de aleación en la mazarota debe ser tal, que sea suficiente para compensar la contracción durante la solidificación de la pieza.  La mazarota debe solidificarse después de la pieza.  La mazarota sobre la pieza se debe disponer en aquel lugar donde ésta asegure el acceso de la aleación líquida a los sectores de la pieza que son los últimos en solidificarse.Para obtener piezas compactas sin rechupes de contracción y porosidades sedeben crear condiciones para una solidificación consecutiva de la aleación, osea, los sectores de la pieza mas alejados de las mazarotas (losalimentadores) deben solidificarse en primer término, luego las partes menosalejadas y en último término los sectores de la pieza dispuestos bajo lasmazarotas y luego la propia mazarota.Durante la solidificación direccional se asegura un acceso continuo de metallíquido de la mazarota a las partes que se solidifican de la pieza, puesto queestas partes están unidas directamente con la aleación líquida que seencuentra en la mazarota.Las condiciones para la solidificación consecutiva de la pieza mejoran alcontrolar laextracción del calor de diversos sectores de la pieza, lo que se logradisponiendoenfriadores en el molde, elementos metálicos macizos que poseenuna elevada capacidad calorífica y conductibilidad térmica.Los enfriadores externos se sitúan en el molde por el lado externo de las partesgruesas de la pieza. A consecuencia de la elevada conductibilidad térmica y lagran capacidad calorífica del enfriador, la extracción del calor de la partegruesa de la pieza transcurre con más intensidad que de la delgada. Estocontribuye a la nivelación de las velocidades de solidificación de las partesgruesas y delgadas, a la reducción del volumen del rechupe de contracción y,en algunos casos, a su eliminación completa. Para eliminar por completo el
  10. 10. rechupe de contracción en las partes macizas a la par de los enfriadores seemplean mazarotas en estos sectores.Los enfriadores internos se sitúan dentro de las cavidades del molde donde seforman las partes macizas de la pieza. Estos enfriadores se elaboran dealeación de la misma composición que la aleación de la pieza. Al llenar elmolde, los enfriadores internos se cubren con aleación y parcialmente sefunden, uniéndose a éste. Sin embargo, a veces, los enfriadores internos sesueldan mal con la aleación básica, por lo que no se recomienda su utilizaciónen las piezas importantes.Durante la solidificación volumétrica la cristalización ocurre por todo el volumende la pieza al mismo tiempo, por esa causa no se crean rechupes concentradosy surge la porosidad de contracción. En cambio durante la solidificaciónintermedia se crea la porosidad concentrada y de contracción en las piezas.Para asegurar las condiciones óptimas de alimentación de las piezas yobtenerlas sin rechupes de contracción y porosidad se emplean losprocedimientos siguientes: la colocación de mazarotas con presión atmosféricay de gas o mazarotas exotérmicas, el calentamiento de las mazarotas, comotambién diversos métodos de solidificación física. Con estos procedimientos esposible en uno u otro grado controlar los procesos de alimentación de laspiezas.

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