Procesos de Fundición y Moldeo

Fundición: Materiales y Características

Materiales comunes: Hierro, acero, aluminio, zinc, bronce.

Ventajas:

1. Permite formas simples o complejas.
2. Reduce costos de producción.
3. Posibilita la creación de piezas muy grandes.
4. Amplia variedad de aleaciones disponibles.
5. Bajas pérdidas de material.
6. Ideal para producción en masa.

Desventajas:

1. Propiedades mecánicas no homogéneas.
2. Posibilidad de porosidad en las piezas.
3. Baja precisión dimensional.
4. Acabado superficial deficiente.
5. Riesgos laborales.
6. Impacto ambiental.

Tolerancia de los Modelos

1. Contracción: Los modelos son más grandes que las medidas finales de la pieza.
2. Extracción: Se considera una holgura para facilitar la extracción del modelo.
3. Acabado: Se realiza mediante pulido o eliminación de material.

Tipos de Moldes

Moldes Desechables

Moldes de Arena

Materiales: Acero, níquel, titanio. Aglutinantes: sílice, arcilla, agua.

• Moldeo en verde: Económico, utiliza arcilla húmeda, adecuado para piezas no compactas.
• Moldeo en arena seca: Utiliza aglutinantes orgánicos (almidón, linaza), endurecidos con soplete.

Moldes en Concha

Arena fina + resina termoestable. Alta calidad, para piezas pequeñas y medianas con alta precisión.

Cera Perdida

Cera + pasta refractaria. Moldeo por inyección en matrices metálicas. La cera se pierde en la colada.

Ventajas:

• Permite piezas complejas.
• Estrecho control dimensional.
• Buen acabado superficial.
• Recuperación de la cera.
• No requiere maquinaria adicional, se hornea antes de la fusión.

Espuma Perdida

Poliestireno expandido. Permite formas complejas, sin ángulo de retiro. Se deja en el molde para que se evapore y funda. Se recubre con lechada refractaria permeable y se respalda con arena.

Moldes de Yeso

Yeso + talco + arena sílice. Se crea y se deja secar. No es permeable, se hace en vacío y no soporta altas temperaturas.

Moldes Cerámicos

Cerámicas refractarias (zirconio fino + óxido de aluminio + sílice fundida). Utilizado en acero, hierro y altas aleaciones.

Moldes Permanentes

Hierro fundido, aceros aleados (carburos estables), molibdeno. Recubrimientos o aprestos (grafito, MoS2, silicio). Diseño limitado, moldes por partes.

Ventajas:

1. Reutilizable.
2. Producción rápida.
3. Buenos acabados superficiales.
4. Bajo desperdicio de material.
5. Buena precisión dimensional.
6. Direccionamiento de la solidificación.
7. Rápido enfriamiento.

Desventajas:

1. No moldea piezas complejas.
2. Costo elevado.
3. Alto tiempo de construcción del molde.

Fundición por Gravedad

Fundición Hueca: Para productos decorativos, buen acabado exterior, interior poroso (plomo, zinc, estaño, bronce).

Fundición a Baja Presión

Ventajas:

1. Flujo pausado del metal.
2. Fácil salida de gases.
3. Buena alimentación del molde.
4. Baja cantidad de material circulante.
5. Mejores condiciones metalúrgicas.
6. Sistema cerrado.
7. Automatizado.
8. Ideal para piezas pequeñas.

Moldeo a Presión o Fundición en Dado

Alta presión, solidificación rápida. Se aplica lubricante (grafito, MoS2, aceitoso). Detalles finos.

Ventajas:

1. Alta velocidad de producción.
2. Económico para alta producción.
3. Tolerancias estrechas (0.076mm).
4. Buen acabado superficial.
5. Secciones delgadas (0.05mm).
6. Enfriamiento rápido (grano pequeño).

Fundición en Dado de Cámara Fría

Alta presión de inyección (2,000 a 20,000 psi). Ciclo lento. Aleaciones (zinc, magnesio, aluminio, latón).

Ventajas: Piezas compactas, menor costo de mantenimiento.

Desventajas: Ciclos largos, menor control de temperatura, la carga se enfría en el inyector, óxidos.

Fundición en Dado de Cámara Caliente

Presiones más bajas (1,000 a 5,000 psi). Fundiciones de alta complejidad. Evita óxido (zinc, estaño, plomo, magnesio).

Ventajas: Ciclos cortos, control de temperatura, control del flujo de material.

Desventajas: Limitaciones con aleaciones Zn-Al, menor precisión, alto costo de mantenimiento.

Fundición Centrífuga

Solidificación de afuera hacia adentro, poca porosidad.

• Centrífuga Real: Tubos sin costura, objetos simétricos, piezas compactas de alto peso.
• Semicentrifuga: Extremos llenos de material, centro poco, luego se maquina el centro.
• Centrifugado: El metal llega por medio de un tallo, para piezas pequeñas.

Costos y Calidad

Costos

• Arena: Herramientas y equipo bajo, mano de obra alta, material de producción bajo, costo de acabado alto.
• Cera Perdida: Herramientas y equipo moderado, equipamiento bajo, mano de obra alta, material de producción bajo.
• Molde Permanente: Herramientas y equipo altos.

Calidad

• Arena: Malas propiedades, defectos.
• Molde Permanente: Tolerancia baja, buenas propiedades mecánicas, excelente acabado superficial.
• Cera Perdida: Buena precisión, superficie excelente.

Velocidad de Producción

• Arena: 2-10 semanas por molde.
• Cera Perdida: 5-16 semanas.
• Molde Permanente: 12-20 semanas (velocidad de enfriamiento más rápida).

Flexibilidad

• Arena: Alta.
• Cera Perdida: Mediana.
• Molde Permanente: Baja.

Procesos de Manufactura

Conceptos Básicos

Manufactura: Actividades organizadas y programadas para la transformación de materiales en objetos, artículos y servicios útiles para la sociedad. Tecnológicamente: alteran la geometría. Económicamente: agregan valor. Hay bienes de consumo y de capital.

Cantidad y Variedad de Producción: La forma en que se organiza el personal, las instalaciones y los procedimientos.

Cantidad vs. Variedad: Alta variedad, baja cantidad y viceversa.

Capacidad de Manufactura: Limitaciones físicas y técnicas.

1. Capacidad y actitud técnica del proceso.
2. Tamaño físico y peso del producto, equipos, materiales, almacenamiento, tamaño de la planta.
3. Capacidad de producción máxima.

Procesos de Manufactura

1. Operaciones de Formado: Fundición, partículas, deformación, remoción de material.
2. Operaciones de Modificación de Propiedades: Laminado, imitación, tratamientos térmicos y químicos.
3. Operaciones de Proceso de Superficies: Limpieza y tratamiento, recubrimiento.

Sistemas de Producción

Instalaciones

• Baja Producción: Taller de trabajo: Fijos, alta flexibilidad de producción. Disposición de procesos: Grupos (tornos, fresadoras), menor eficiencia. Disposición de procesos en grupo: Flujo de producción, celda de producción.
• Mediana Producción: Producción por lotes: Por procesos y celular.
• Alta Producción: Producción en cantidad: Por procesos y celular. Producción en línea de flujo: Transportadores, el producto se mueve, línea de ensamble, ritmo controlado, mecanizado.

Sistemas de Apoyo a la Manufactura

1. Ingeniería de Manufactura: Planea procesos, diseña y ordena máquinas, herramientas y equipos.
2. Planeación y Control de la Producción: Logística, ordena materiales, programa la producción, controla inventarios (JIT).
3. Ingeniería de Planta: Mantenimiento preventivo, reemplazo y suministro de servicios, mantenimiento productivo total (TPM), equipos permanecen en operación.
4. Control de Calidad: Construir productos que satisfagan las especificaciones y expectativas del consumidor.

Ingeniero Industrial

Criterios de Producción Económicos con Finalidad de Beneficio Económico:

1. Costos: Aceptables y competitivos.
2. Rentabilidad: Ganancias superiores a las que ofrecen los bancos.
3. Calidad: Solo la necesaria.

Criterios de Producción Económicos con Finalidad Efectiva:

1. Proyecto: Calculado y controlado.
2. Materiales: Adecuados y económicamente aceptables.
3. Procesos de Manufactura: Calidad adecuada, de manera eficiente y económica.
4. Factor Humano: Motivación, capacitación, seguridad.
5. Procesos Administrativos: Planeación, integración, control.

Vaciado del Metal Fundido

Proceso

Tapón refractario, hornos de volteo, se añaden elementos (Mg o Al). El objetivo es mantener el metal fluyendo y libre de turbulencia.

Factores Determinantes en la Calidad del Líquido

1. Fusión.
2. Refinado.
3. Protección.
4. Desoxidación.
5. Desgasificación.
6. Inoculación.

Factores que Intervienen

1. Temperatura de colado.
2. Velocidad de vaciado.
3. Turbulencia.

Circulación del Metal Líquido

Régimen Turbulento: R: 2,000 a 20,000. R = (V * D * densidad) / viscosidad.

Tiempo de Llenado: Llenado = (Volumen de la pieza / Caudal del líquido). Velocidad = √(2 * g * h). Caudal volumétrico = Área * Velocidad.

Cálculo de las Mazarotas

El volumen del metal líquido debe ser superior a la contracción de la pieza. VSM = Coeficiente de seguridad * Vsp * (Coeficiente de contracción / 100).

Tiempo de Solidificación

Ecuación de Chvorinov: La fundición con relación V/S se enfriará más lento que otra con relación más baja.

Regla de los Módulos: El tiempo de solidificación de la mazarota debe ser superior al de la pieza. Tsm = 1.2 * Tsp. Tsp: tiempo de enfriamiento de la pieza. Tsm: tiempo de enfriamiento de la mazarota.