Teoría de la Fundición

1. Fundición

2. Índice
1. Introducción general del tema
2. Breve resumen histórico
3. Clasificación del Proceso
4. Equipos Y Materiales
5. Parámetros relevantes del Proceso
6. Etapas del Proceso
7. Aplicaciones del proceso (productos) y Costos
8. Defectos de los productos obtenidos y control de calidad
9. Disponibilidad del Proceso en el mercado Peruano
10. Ejemplo de la Planificación de este proceso en la producción de un componente
11. Paper asociado

3. 1. Introducción general del tema
El principio de la fundición:
Factores y variables → lograr una
operación de fundido exitosa.
Fundir
el metal
Vertir
en un
molde
Dejar enfriar
hasta
solidificar
El flujo del
metal fundido
dentro de la
cavidad del
molde.
La solidificación y
el enfriamiento
del metal dentro
del molde.
La influencia
del tipo de
material del
molde.

4. 2. Resumen histórico
4000 a.C -
3000 a.C
1500 a.C
1ras fundiciones:
De dar martillazos al
oro → moldes de
piedra y metal para
fundir cobre.
3000 a.C Proceso a la
cera perdida
800 a.C
Fundición en molde de arena
(China)
Fundición por
revestimiento
Antiguos egipcios

5. 1900
1907: 1ra máquina de
fundición con troquel
que utilizó el diseño
de cámara caliente
1940: Moldeo en
cáscara
1960: Fundición por
dado impresor
1970: Formado de
metal semisólido
Edad media
Avances en las técnicas de
fundición y hechura de
moldes: Moldeo en fosa
en un pozo profundo ubicado
frente al horno para simplificar el
proceso de vertido.
Actualidad
- Industrias
- Automatización

6. 3. Clasificación del proceso

7. Proceso de fundición con molde desechable
Moldeo en cáscara
Fundición en arena
Resiste altas
temperaturas
sin fundirse o
degradarse
Casi cualquier
metal fundido
Sin límite en
el tamaño,
forma o peso
de la parte
Bajo costo del
herramental.
Se requiere
algún acabado
superficial
Buena
precisión
dimensional
Alta
capacidad de
producción
Buena
acabado
superficial
Tamaño limitado
de la pieza
Modelo y equipos
costosos
https
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w.yo
utub
e.co
m/w
atch
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80
https
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w.yo
utub
e.co
m/w
atch
?v=4
4R2I
bzTv
t4
Distorsión
del molde es
mayor

8. Moldeo evaporativo (función a la espuma
perdida) - poliestireno
Moldeo de yeso
La mayoría de
los metales
fundidos
Un solo uso
Sin límite en
el tamaño
Parte de
formas
complejas
Modelo baja
resistencia
Costoso para
pequeñas
cantidades
Buena
tolerancia
dimensional
Limitado a
metales no
ferrosos
Buen
acabado
superficial
Baja
porosidad
(espacios vacíos
en el material)
límite al
tamaño de la
parte
tiempo relat.
largo para
fabricar el
molde.
https
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w.yo
utub
e.co
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atch
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1:04
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be.co
m/wat
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hxok
MpsOj
2E

9. Moldeo cerámico Por revestimiento(Proceso a la cera perdida)
Partes de
formas
intrincadas
(complejas)
Tamaño
limitado de la
parte
partes con
tolerancias
cerradas
Buen
acabado
superficial
Proceso
costoso
Partes de
formas
intrincadas
Tamaño
limitado de la
parte
Casi cualquier
metal
fundido.
Buen
acabado
superficial
Moldes y mano
de obras
costosos
https:/
/www.
youtu
be.co
m/wat
ch?v=
FAh5
DTeb
L5
Eliminar la
materia volátil
modelo madera
o metal

10. Proceso de fundición con molde permanente
Fundición de vacío
El vacío reduce la presión del aire dentro del molde a
casi dos tercios de la presión atm
Fundición en molde permanente
Acero, hierro fundido, grafito, etc. (Resistente a la
erosión- desgaste por roce- y fatiga térmica- rotura)
Buen
acabado
superficial
Alto costo del
molde
Buena
tolerancia
dimensional
Baja porosidad
y alta
capacidad de
produccion
Tamaño y
complejidad
limitada
No metales
con punto de
fusión alto.
Formas complejas
con paredes
delgadas con prop.
uniformes
Solidificación
rápida
https://ww
w.youtube
.com/watc
h?v=XvP0
7Kzktzk
2.05

11. Fundición hueca Fundición a presión
Metal fundido se fuerza hacia arriba mediante
presión a gas hasta que el metal se solidifique
Fundiciones
huecas de
paredes
delgada
Pequeños
lotes de
producción
Molde de
grafito o
metálico
Se utiliza
menos
material
https:/
/www.
youtu
be.co
m/wat
ch?v=
31XF
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12. Fundición a presión en matriz ( inyección de materiales)
Excelente
precisión
dimensional
Alto costo de
la matriz
Buen
acabado
alta
capacidad de
producción.
Partes de
tamaño
limitado
Limitado a
metales no
ferrosos
Cámar
a fría:
https://
www.y
outube.
com/w
atch?v
=Pj_mjj
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13. Fundición Centrífuga
Rotación para distribuir el metal fundido
Fundición por dado impresor y formado de
metales semisólidos
Fundición por dado impresor: aleaciones
ferrosas como no ferrosas
Grandes partes
cilíndricas o
tubulares con
buena calidad
Equipo
costoso
Alta
capacidad
de
producción
Partes de forma
limitada
https://www.youtube.co
m/watch?v=Sqi_VTly6
M4 0:2
https://www.youtube.com/wa
tch?v=N0uqYEr0XYc 1:38

14. Operaciones de fundición en molde
compósito: dos o más materiales (como arena,
grafito y metales) y combinan las ventajas de cada
uno.
Formado de metal semisólido
(Procesamiento en estado pastoso)
Las estructuras son homog.,
con prop. uniformes y alta
resistencia
Partes
delgadas
y gruesa
Proceso
costoso
Una parte
permanente y
otra
desechable
Mejor
resistencia
del molde
Controlar las
velocidades
de
enfriamiento

15. 4. Equipos y Materiales

16. Equipos para Fundición
Mezcladora Continua
Permite obtener una
mezcla uniforme
Recuperadora
Mecánica
Elimina el aglomerante

17. Horno de
Fundición
Permite crear metales a partir de
su forma mineral en estado
líquido
Horno de Arco Eléctrico
Horno de Inducción
Horno de Crisol

18. Horno de Arco Eléctrico
El objetivo del horno de arco eléctrico , es
transformar la chatarra en acero industrial
de alto grado.
Ventajas:
- Es el más versátil de todos los hornos
para fabricar acero. No solo puede
proporcionar temperaturas hasta
1930 C, sino que también puede
controlarse eléctricamente con un
alto grado de precisión.
- Debido a que no emplea combustible
alguno, no se introduce ningún tipo
de impurezas.
- Instalación más sencilla y menos
costosa.

19. Horno de Inducción
Es un horno eléctrico en el que el calor es
generado por la inducción eléctrica de un
medio conductivo (un metal) en un crisol,
alrededor del cual se encuentran
enrolladas bobinas magnéticas.
Ventajas:
- Es una tecnología extremadamente
rápida, limpia y uniforme, que
permite omitir la fase de purificación
necesaria con otros métodos.
- El calor uniforme inducido en el
metal también contribuye a un
resultado final de alta calidad

20. Horno de Crisol
Estos hornos utilizan un recipiente o crisol,
hecho de material refractario (arcilla y
grafito) o de acero aleado a alta
temperatura para contener la carga a
fundir. La fuente de energía es el calor de
una llama, generalmente producto de la
combustión de un aceite, gas o carbón
pulverizado. Se utilizan para la fundición
de aleaciones no ferrosas tales como
latón, bronce, aleaciones de zinc, aluminio
y otras más.
Ventajas:
- Proceso más rápido.

21. Puente Grúa Granalladora
Cuchara Trasvase
Máquina que fortalece y pule el
metal

22. Equipos Auxiliares
Cargadores de
Hornos
Rompemazarotas

23. Materiales para Fundición
Materiales para Moldes
● Arena
● Yeso
● Cerámica
● Metal

24. Materiales para el Fundido
●Metales
●Aleaciones
●Chatarra
●Fundentes

25. Combustible para Fundición:
● Gas
● Petróleo
● Electricidad

26. 5. Etapas del Proceso

27. Diseño del Modelo
El modelo es la pieza que se requiere reproducir en el proceso de fundición, con ciertas diferencias
tales como:
- Debe ser ligeramente más grande considerando la contracción del material una vez
solidificado.
- Incluir todos los canales de alimentación
- Sus superficies deberán respetar ángulos mínimos con la dirección de desmoldeo (ángulos de
salida)

28. Moldeo
Operación necesaria para preparar el molde a fin de recibir el material. Consiste en aprisionar la
arena alrededor.
Al sacar el modelo, si la pieza va a ser hueca se colocan los corazones, si no, solo se coloca el
sistema de alimentación

29. Preparación de la Carga
Una mezcla de moldeo en su forma más simple es la unión de diferentes materiales
capaces de producir un material de construcción con el cual se puede elaborar el molde o
sea la cavidad donde se verterá el metal fundido.

30. Esta etapa consiste en preparar el metal con la composición y la temperatura adecuada. Una vez
que el metal es calentado a una temperatura lo suficientemente alta para transformarlo
completamente al estado líquido, se vierte directamente en la cavidad del molde.
Es importante realizar una buena selección del horno.
Fusión

31. Vertido
El vaciado se puede realizar directamente del horno al molde o por medio de una cuchara, que por
lo general es de crisol.
El vertido se realizará con cierto sobrecalentamiento de la aleación por encima de la temperatura de
liquidez, lo que favorece a la fluidez y mejora la capacidad de llenado del molde; sin embargo, el
acero sufre variación en sus propiedades en mayor o menor medida en función de la temperatura,
por lo que cada acero tiene un rango óptimo de temperatura de vertido.

32. Limpieza y Acabado
Una vez que el metal se haya solidificado se procede a realizar lo siguiente:
● Recorte
● Remoción de corazones
● Limpieza de superficie

33. 6. Parámetros del Proceso

34. Temperatura de Fusión de Metales

35. Tiempo de Solidificación

36. Deben evitarse esquinas y ángulos ya que pueden hacer que el metal se
agriete durante la solidificación.
Esquinas y Ángulos

37. Contracción
Para evitar el agrietamiento de la fundición durante el enfriamiento,
debe haber tolerancias a la contracción durante la solidificación.

38. Ángulos de Salida
Es relevante para fundición por arena. Se da un ángulo con el fin de que
se pueda retirar el modelo sin dañar al molde. El ángulo de salida
puede variar entre 0.5° y 2°.

39. 7. Aplicaciones

40. Fundición Gris
Fundición dúctil o esferoidal
La fundición dúctil o esferoidal: Se suele utilizar
para la fabricación de válvulas y engranajes de
alta resistencia, cuerpos de bomba, cigüeñales y
pistones.
Aplicaciones: Se utiliza en bloque de
motores, tambores de freno, cilindros y
pistones de motores.

41. Fundición Blanca Fundición maleable
La fundición blanca:Se suele emplear en tubos
de dirección y engranajes de transmisión,
muelles tubulares y partes de válvulas.
Aplicaciones: Se suele emplear en tubos de
dirección y engranajes de transmisión, muelles
tubulares y partes de válvulas

42. 8. Costos

43. La preparación para la fundición
de un artículo incluye la
producción de moldes y matrices
que requieren materias primas,
tiempo y esfuerzo, todo lo cual
también afecta el costo de los
productos.

44. 9. Defectos

45. Proyecciones metálicas Cavidades
Consisten en aletas, rebabas o
proyecciones, como ampollas y superficies
rugosas.
Consisten en cavidades redondeadas o rugosas,
internas o expuestas, incluyendo sopladuras, puntas
de alfiler y cavidades por contracción

46. Discontinuidades
Grietas, desgarramientos en frío o en caliente,
y puntos frío. Si no se permite que el metal se
contraiga libremente al solidificarse, pueden
presentarse grietas y desgarros.
Superficie Rugosa
Como pliegues, traslapes y cicatrices
superficiales, capas de arena adherida y
escamas de óxido

47. Fundición Incompleta
Las fundiciones incompletas también
pueden provenir de una temperatura
muy baja del metal fundido o de un
vaciado muy lento del mismo.
DImensiones o formas
incorrectas
Debido a factores como tolerancia inapropiada para la
contracción, error de montaje del modelo, contracción
irregular, modelo deformado o fundición alabeada.

48. Inspecciones de Calidad

49. 1) Inspección visual : Para detectar defectos obvios como
llenado incompleto, cortes fríos y grieta severos en la superficie.
2) Microestructura:Se utiliza en piezas de alta exigencia
mecánica, permite observar a nivel microscópico las
características del acero y comprobar la ausencia de óxidos o
carburos en el borde del grano
3) Líquidos penetrantes: reafirmar la sanidad externa de las
piezas para descartar discontinuidades como fisura o porosidades.
4) Rayos X: Considerado el mejor método para ver defectos bajo
la superficie, muestra la parte interna de las piezas metálicas.

50. 10. Ejemplo de la Planificación de este proceso

51. 1. La parte que se muestra en la figura adjunta es una cubierta semiesférica utilizada
como copa acetabular (en forma de hongo) en un reemplazo total de cadera. Seleccione
un proceso de fundición para esta parte y proporcione un esquema de todos los
patrones o herramientas necesarios si se va a producir a partir de una aleación de
cromo cobalto.
Molde utilizado como copas acetabulares para los reemplazos
totales de cadera
En la práctica, esta parte se produce a través de una operación
de fundición de inversión, donde las partes individuales con
corredores se moldean por inyección y luego se unen a un
bebedero central.
Las herramientas que se requerirían incluyen:
(1) un molde para el moldeo por inyección de cera en forma de
copa.
(2) Plantillas para colocar la forma de la copa en el bebedero, a
fin de asegurar un espacio adecuado para un enfriamiento
uniforme y controlado.
(3) Accesorios de mecanizado. Cabe señalar que el patrón de
cera será más grande que el colado deseado, debido a la
contracción, así como a la incorporación de un margen de
contracción.

52. 2. La pieza en bruto para el carrete que se muestra en la figura adjunta debe ser de
fundición de arena de A-319, una aleación de fundición de aluminio. Haz un bosquejo del
patrón de madera para esta parte. Incluya todos los ajustes necesarios para la
contracción y el mecanizado.
El bosquejo para un patrón típico de fundición de
arena verde para el carrete se muestra a
continuación. También se proporciona una vista
en sección transversal para indicar claramente
los márgenes de encogimiento y mecanizado, así
como los ángulos de inclinación. Los elementos
importantes de este patrón son los siguientes
(dimensiones en pulgadas):
(a) Patrón de dos piezas.
(b) Se necesitarán pasadores de ubicación en la
placa del patrón para asegurar que estas
características se alineen correctamente.
(c) Asignación de contracción = 5/32 in./ft.
(d) Capacidad de mecanizado = 1/16 pulg.
(e) Ángulo de inclinación = 3 °.

53. Ahora, suponga que el carrete de aluminio se debe moldear utilizando un modelo de
fundición expandible. Explica las diferencias importantes entre los dos patrones.
A continuación se muestra un boceto para un modelo típico de
fundición expandible. También se proporciona una vista en
sección transversal para mostrar claramente las diferencias
entre la arena verde y los patrones de fundición por
evaporación. Habrá algunas variaciones en los patrones
producidos por los estudiantes dependiendo de las
dimensiones a las que se asigna un margen de mecanizado.
Los elementos importantes de este patrón son los siguientes
(dimensiones en pulgadas):
(a) Patrón de una pieza, hecho de poliestireno.
(b) Asignación de contracción = 5/32 in./ft
(c) Capacidad de mecanizado = 1/16 pulg.
(d) No son necesarios ángulos inclinación.

54. 4. El aluminio puro se vierte en un molde de arena. El nivel de metal en el depósito de
vertido es de 10 pulg. Por encima del nivel de metal en el molde, y el corredor es circular
con un diámetro de 0.4 pulg. ¿Cuál es la velocidad y la velocidad del flujo del metal en el
molde? ¿El flujo es turbulento o laminar?
Suponiendo que la presión no
cambia apreciablemente en el
canal y que no hay fricción en el
bebedero, el flujo es:
La velocidad en la parte inferior
del bebedero es:
El área es:
Entonces la tasa de flujo es:
El número de Reynolds es:
Esta situación
representaría
turbulencia, y la
velocidad y / o el
diámetro deberían
reducirse para llevar
a Re por debajo de
20,000 o menos.

55. 3. Un cilindro con una relación de unidad de altura a diámetro se solidifica en cuatro
minutos en una operación de fundición en arena. ¿Cuál es el tiempo de solidificación si
la altura del cilindro se duplica? ¿Cuál es el tiempo si el diámetro se duplica?
De la regla de Chvorinov, y
suponiendo que n = 2 da:
Despejando C
Si la altura se duplica, entonces
podemos usar d2 = d y h2 = 2h
para obtener:
Si d=h:
Si el diámetro se duplica,
entonces podemos usar d3 = 2d
y h3 = h para obtener:
Si d=h:

56. Para el bebedero descrito en el problema 4, ¿qué diámetro de corredor se necesita para
asegurar un número de Reynolds de 2000? ¿Cuánto tiempo tomará un lanzamiento de 20 in3
para llenarse con tal corredor?
Se puede lograr un número de
Reynolds de 2000 reduciendo el
diámetro del canal, de modo
que:
Para este diámetro, el caudal
inicial sería
Una fundición de 20 in3 tardaría 753 seg
(aproximadamente 12 min) en llenarse y solo si se
pudiera mantener el caudal inicial, lo que
generalmente no es el caso.
Un tiempo de llenado tan largo no es aceptable, ya
que es probable que el metal se solidifique en los
corredores y, por lo tanto, no llene completamente el
molde.
Además, con un corredor tan pequeño y pequeño, se
deben considerar mecanismos adicionales. Por
ejemplo, la tensión superficial y la fricción reducirían
severamente la velocidad en el cálculo del número de
Reynolds anterior.

57. 5. Un molde rectangular con dimensiones de 100 mm x 200 mm x 400 mm se llena con
aluminio sin sobrecalentamiento. Determine las dimensiones finales de la pieza a
medida que se enfríe a temperatura ambiente. Repita el análisis para hierro fundido
gris.
La contracción volumétrica para el aluminio es del
6,6%. Por lo tanto, el volumen de la caja será:
Suponiendo que la caja tenga la misma relación de
aspecto que el molde (1: 2: 4) y que se pueda ignorar
el alabeo, podemos calcular las dimensiones de la
caja después de la solidificación en:
La deformación total en el enfriamiento de 660 °C a
temperatura ambiente (25 °C) es:
Las dimensiones finales de la caja son:
Para la fundición gris:
Las dimensiones finales de la caja son:
Tenga en cuenta que aunque el hierro
fundido tuvo que enfriarse a partir de
una temperatura inicial más alta, está
mucho más cerca de las dimensiones
del molde que el aluminio.

58. 11. PAPER ASOCIADO
Modelo teórico de la tecnología de fundición
continua de acero
Autores:
C Gheorghies
I Crudu
C Teletin
C Spanu

59. Continuous casting line structure with technological stages

60. Modelo para el estudio de los procesos tecnológicos.

61. Estructura de línea de colada continua dividida en etapas.

63. Conclusiones Paper
● La ruta / línea de instalación se ha
dividido en 5 zonas según la acción
específica de los componentes
mecánicos y los requisitos de
enfriamiento.
● La estructura del modelo se puede
aplicar a los estudios según las zonas en
función de los requisitos mecánicos,
térmicos, metalúrgicos y de fiabilidad.
● El modelo presentado se puede aplicar
a otras tecnologías metalúrgicas,
incluida la fundición de metales no
ferrosos.