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INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS DE CONFORMADO POR FUNDICIÓN (III) FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 2 Clasificación general de procesos de moldeo MOLDE DESECHABLE (NO METALICO) MODELO RECUPERABLE MOLDEO EN ARENA MOLDEO EN CASCARA MOLDEO AL CO2 MOLDEO EN CEMENTO MOLDEO EN ESCAYOLA (YESO) MOLDEO EN CERAMICA │Proc. SHAW │Proc. UNICAST MODELO DESECHABLE O PERDIDO MOLDEO A LA CERA PERDIDA (y Proc. MERCAST) MOLDEO AL MOLDE LLENO MOLDE PERMANENTE (METALICO) EN COQUILLA COLADA POR GRAVEDAD EN MATRIZ COLADA A PRESION O INYECTADA FUNDICION CENTRIFUGA FUNDICION SEMICENTRIFUGA COLADA CENTRIFUGADA Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 3 Para la obtención de los moldes se emplean arenas de moldeo, básicamente mezclas de sílice y arcilla, con la ayuda del modelo previamente obtenido Sílice Arcilla Huecos Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 4 Arena: Cuarzo puro ó sílice (SiO2). 80 – 90% Tf ≈ 1723ºC -> 2400 ºC Arcilla: Silicato de alúmina hidratado. ≈ 10% Treblandecimiento ≈ 1250 - 1400 ºC Humedad max. 10%, óptima ≈ 5 – 7% Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 5 Proceso de construcción del molde: Sobre un tablero de moldeo se aplica desmoldeante y se posiciona medio modelo (a) y caja de moldeo (U). Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 6 Proceso de construcción del molde: Se aplica desmoldeante de nuevo, una primera capa de arena de moldeo (d) y se completa con arena de relleno (e) compactando hasta enrasar la caja de moldeo. Se “pincha” para generar “vientos” (f). Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 7 Proceso de construcción del molde: El compactado es una operación crítica para obtener un equilibrio adecuado entre consistencia y permebilidad. Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 8 Proceso de construcción del molde: Con un tablero sobre la parte superior se voltea el conjunto. Se retira el tablero inicial y se aplica desmoldeante de nuevo a la superficie (g). Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 9 Proceso de construcción del molde: Se repite el proceso con el otro medio modelo (b), caja de moldeo (O) añadiendo los elementos del sistema de distribución (bebederos (h), mazarotas (i), etc…) Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 10 Proceso de construcción del molde: El molde esta construido pero en su interior está el modelo. Se procede al desmoldeo del modelo. Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 11 Proceso de construcción del molde: Se separan las dos medias cajas y se extrae cada medio modelo. Es una operación delicada que requiere habilidad y cuya facilidad depende del diseño y ejecución del modelo, así como del compactado previo de la arena. Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 12 Proceso de construcción del molde: Se aplican elementos de revestimiento, se introducen los “machos” apoyados en las correspondientes portadas y se cierra el conjunto. Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 13 Proceso de construcción del molde: Se añaden elementos para compensar la presión metalostática durante la colada. Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 14 Tipos de moldes/arenas: Moldeo en verde. Arenas con arcilla con alto % de humedad. Arenas secas o de estufa. El molde se seca antes de utilizarlo para aumentar su cohesión y permeabilidad. Sílice Arcilla Huecos Sílice Arcilla Huecos Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 15 Proceso de construcción del molde: Ejemplo. Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 16 Colada: Ejemplos Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 17 CARACTERÍSTICAS DEL MOLDEO EN ARENA (Referencia de comparación) Ventajas Amplia variedad de tamaños Geometrías de complejidad media Válido para cualquier aleación corriente Piezas sin tensiones residuales*. Económico para series cortas o prototipos (inversión inicial reducida) Rápido y flexible para series cortas o prototipos. (tiempos de primer artículo cortos) * Arena poco conductora térmica => enfriamiento lento (más lento en arenas estufadas, más rápido en verde) => microestructuras de grano grueso. Moldeo en Arena. FUNDICIÓN Fabricación Aeroespacial 18 CARACTERÍSTICAS DEL MOLDEO EN ARENA (Referencia de comparación) Inconvenientes Tolerancias dimensionales amplias. Aspecto y calidad superficial pobre. Piezas con resistencia mecánica reducida*. Cierta probabilidad de defectos. Mano de obra cualificada y especializada. Cadencias de producción bajas (artesanal). Almacenaje de moldes limitado (p. ej. arcilla higroscópica) * Arena poco conductora térmica => enfriamiento lento (más lento en arenas estufadas, más rápido en verde) => microestructuras de grano grueso. FUNDICIÓN Moldeo en Cáscara Sílice Resina Fabricación Aeroespacial 19 (Shell molding, Procedimiento Cröning) Se emplean arenas de moldeo preparadas a base de sílice con resinas, típicamente fenólicas, a modo de aglutinante que curan en contacto con el modelo (metálico y caliente). FUNDICIÓN Moldeo en Cáscara Modelo Tablero Fabricación Aeroespacial 20 Se emplean equipos con tablero de moldeo metálico sobre los que se montan las partes de modelo también metálicas. Durante el proceso tablero y modelo están a una temperatura en el rango de los 180 a los 300ºC. Proceso de obtención del molde: FUNDICIÓN Moldeo en Cáscara Fabricación Aeroespacial 21 Se aplica desmoldeante (aceites de silicona) y se deposita la arena preparada (con la resina sin curar). Proceso de obtención del molde: En la resina de la arena que vaya alcanzando la temperatura adecuada se producirá la reacción de curado. En función de la temperatura y del tiempo (minutos) se generará una cáscara sólida de cierto espesor (6-10mm). t FUNDICIÓN Moldeo en Cáscara Fabricación Aeroespacial 22 Volteando el conjunto se recupera la arena que no ha sido afectada térmicamente. Proceso de obtención del molde: FUNDICIÓN Moldeo en Cáscara Fabricación Aeroespacial 23 Un sistema eyector separa la cáscara (medio molde) del modelo y tablero. Posteriormente se mantiene en horno para completar el curado de la resina y conferir la consistencia definitiva a las cáscaras. Proceso de obtención del molde: FUNDICIÓN Moldeo en Cáscara Fabricación Aeroespacial 24 Uniendo las dos medias cáscaras correspondientes se tienen los moldes. Los sistemas de alimentación y distribución (bebederos, mazarotas, etc…) suelen realizarse en el plano de desmoldeo y para la colada éste último se posiciona en vertical. Proceso de obtención del molde: FUNDICIÓN Moldeo en Cáscara Fabricación Aeroespacial 25 Ejemplos: FUNDICIÓN Moldeo en Cáscara Fabricación Aeroespacial 26 Ejemplos: FUNDICIÓN Moldeo en Cáscara Fabricación Aeroespacial 27 Ventajas • Mayor precisión dimensional (reducción de operaciones de mecanizado posteriores) • Disminución de defectos superficiales (homogeneidad y permeabilidad del molde) • Limpieza de superficies mínima o innecesaria. • Baja capacidad calorífica de la cáscara (enfriamiento lento, disminución en dimensiones de conductos de alimentación y distribución) • Aplicable a todo tipo de aleaciones corrientes (férreas y no férreas) CARACTERÍSTICAS DEL MOLDEO EN CÁSCARA (Relativas a moldeo en arena) FUNDICIÓN Moldeo en Cáscara Fabricación Aeroespacial 28 Ventajas (cont.) • Permite un alto grado de automatización • Empleo de mano de obra menos cualificada • Menor porcentaje de rechazos por piezas defectuosas • Elevada cadencia de producción de moldes (típicamente 30 - 40 cáscaras/día) • Estabilidad de los moldes (posibilidad de fabricarse en serie y ser almacenados) • Requisitos de espacio en planta limitados • Moldes y machos más ligeros y manipulables (Puede ser innecesario el uso de cajas de moldeo) CARACTERÍSTICAS DEL MOLDEO EN CÁSCARA (Relativas amoldeo en arena) FUNDICIÓN Moldeo en Cáscara Fabricación Aeroespacial 29 Inconvenientes • Tamaño de piezas limitado (límite normal alrededor de los 50 kg) • Características mecánicas pobres en las piezas. • Necesidad de modelos metálicos (no pueden emplearse modelos de madera, yeso, etc, por no ser conductores térmicos) • Sólo resulta económico en la fabricación de series suficientemente elevadas para permitir amortizar los equipos y los modelos. • Arenas menos económicas que en el moldeo en arena (aunque parcialmente recuperables) CARACTERÍSTICAS DEL MOLDEO EN CÁSCARA (Relativas a moldeo en arena)