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PROCESOS Y OPERACIONES
INDUSTRIALES –
PROCESOS DE SOLIDIFACIÓN
Paul Saavedra P.

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OBJETIVO
GENERAL
Al finalizar la presente
sesión, el participante
estará en capacidad de
entender los procesos de
fundición de metales, de
preparación del vidrio y
de plásticos.

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PROCESOS
DE
FUNDICIÓN
DE
METALES

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La fundición es un proceso de
moldeo con 6.000 años de
antigüedad que consiste en
llenar un material líquido en un
molde con la forma deseada. El
líquido se enfría gradualmente y
se solidifica. La pieza solidificada
se llama fundición.

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FUNDICIÓN EN ARENA

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https://www.youtube.com/watch?v=Dj3IjAE
LAF0

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• La fundición en arena es uno de los pocos procesos disponibles para
metales con temperaturas de fundición altas como los aceros, níquel y
titanio. Debido a su flexibilidad, resistencia al calor y relativamente bajo
costo, la fundición en arena es el proceso de fundición más usado.
• Las piezas de fundición se producen vertiendo metal líquido en una
cavidad del molde. Para que un proceso de fundición sea exitoso, la
cavidad de molde debe retener su forma hasta que el metal se haya
enfríado y solidificado por completo. La arena pura se deshace
fácilmente, pero la fundición de arena contiene material de unión que
incrementa su capacidad de resistir el calor y mantener su forma.
• La arena verde (un agregado de arena, carbón pulverizado, arcilla
bentonita y agua) ha sido utilizada tradicionalmente en la fundición de
arena, sin embargo los sistemas de moldeo moderno por adhesión
química se están volviendo más populares. La arena de fundición más
utilizada es la de sílice (SiO2).

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La fundición en arena tiene tres importantes
ventajas sobre otros materiales de moldeo:
1.Es económica.
2.Es fácilmente reciclable
3.Puede soportar temperaturas extremadamente
altas

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Propiedades de la Arena de Moldeo
Fuerza
La capacidad del molde de arena para mantener su forma geométrica bajo
condiciones de estrés mecánico.
Permeabilidad
La capacidad de un molde de arena permite el escape de gases y vapor
durante el proceso de fundición.
Contenido de Humedad
El contenido de humedad afecta la fuerza y permeabilidad de un molde: un
molde con poca humedad puede romperse, mientas un molde con
demasiada humedad puede causar que burbujas de vapor queden atrapadas
en el proceso de fundición.
Fluidez
La capacidad de la arena para rellenar las pequeñas cavidades del modelo.
Una alta fluidez crea un molde más preciso y, por lo tanto, es útil para las
piezas de fundición detalladas.

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Tamaño del Grano
El tamaño de partículas de arena individuales
Forma del Grano
Esta propiedad evalúa la forma de granos individuales de arena basado en que
tan redondos son. Generalmente, tres categorías de granos son usadas en la
arena de fundición:
1.Las arenas de grano redondos proporcionan una fuerza de adhesión
relativamente escasa, pero una buena fluidez y acabado de la superficie.
2.Los granos angulares tienen una fuerza de adhesión mayor debido al
entrelazamiento, pero una menor fluidez y permeabilidad que los granos de
arena redondos.
3.Los granos subangulares son el término medio. Tienen mayor fuerza y
permeabilidad que los granos redondos, pero menos fuerza y mejor
permeabilidad que los granos angulares.

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Colapsabilidad
La capacidad de la mezcla de arena de colapsar bajo fuerza. Una mayor
colapsabilidad del molde permite que la fundición de metal se contraiga
libremente a medida que se solidifica, sin riesgo de que se desgarre o agriete en
caliente.
Resistencia refractaria
El molde no debe fundirse, quemarse o agrietarse cuando se vierte el metal
fundido en él. La resistencia refractaria mide la capacidad de la arena de
moldeo para soportar el calor extremo.
Reutilización
La capacidad de la arena de moldeo para ser reutilizada (después del
acondicionamiento de la arena) para producir otras piezas de fundición de arena
en operaciones de fabricación posteriores.

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Una caja de moldeo se llena con arena de fundición

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Muchas propiedades de la arena de moldeo dependen del tamaño del
grano y distribución de las partículas de arena: el tamaño de grano
pequeño mejora la fuerza del molde, pero el tamaño grande del grano es
más permeable. La arena de grano fino proporciona a las piezas fundidas
un buen acabado superficial, pero posee una baja permeabilidad, mientras
que la arena de grano grueso proporciona lo contrario.
Los aditivos básicos de arena, arcilla y agua pueden
añadirse aglutinantes especiales para aumentar la cohesión. Estos
aglutinantes pueden ser orgánicos o inorgánicos. Entre los aglutinantes
más comunes se encuentran los cereales, brea molida, carbón marino,
gilsonita, aceite de combustible, harina de madera, la harina de sílice, el
óxido de hierro, la perlita, la melaza, la dextrina y materiales patentados.

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Encontrar la combinación perfecta no es fácil. Algunas
propiedades de un agregado de arena son contradictorias entre sí:
una arena de moldeo con mayor colapsabilidad tiene menos
resistencia, y una con mayor resistencia tiene menos
colapsabilidad.
Frecuentemente es necesario hacer cambios para lograr un
compromiso que proporcione las propiedades adecuadas para la
pieza específica y la aplicación de fundición. El control preciso de
las propiedades de la arena de moldeo es tan esencial que los
laboratorios de arena se han convertido en un elemento habitual
de las fundiciones modernas.

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La forma de una pieza de fundición metálica se debe al molde utilizado
para producirla – un buen molde es un prerrequisito para obtener una
buena pieza de fundición. Los moldes tienen múltiples partes que trabajan
juntas para influenciar el producto final.
La cavidad del molde se forma con el patrón, un modelo de tamaño
completo de la parte que hace una impresión en el molde de arena.
Algunas superficies internas no están incluidas en el patrón y serán
creadas en núcleos separados.
Un núcleo es una forma de arena que se introduce en el molde para dar
forma al interior de la fundición, incluyendo características como agujeros o
pasajes. Los núcleos están usualmente hechos de arena para moldeo y
puede ser sacudidos de la fundición. Una impresión del núcleo es una
región añadida al patrón, al núcleo o al molde para localizar y apoyar el
núcleo dentro del molde.

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Los chaplets son pequeñas piezas metálicas que se fijan entre el núcleo y la
superficie de la cavidad y que proporcionan un apoyo adicional al núcleo.
Para poder mantener este soporte, los chaplets deben estar compuestos de
un metal con la misma o más alta temperatura de fusión que la del metal que
es fundido. Después de la solidificación, los chaplets deberán haber quedado
encajados en la fundición.
Los núcleos de arena pueden ser producidos usando muchos de los mismos
métodos que los moldes de arena: mientras que los moldes son formados con
un patrón, los núcleos de arena son formados por una caja de núcleo; son
similares a un troquel y pueden ser de madera, plástico o metal. Las cajas de
núcleos también pueden contener múltiples cavidades para producir varios
núcleos idénticos.

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Un elevador es un vacío adicional dentro del molde diseñado
para contener el exceso de metal. Evita que se formen huecos
de contracción en la fundición principal alimentando el metal
fundido a la cavidad del molde a medida que se solidifica y se
contrae.
Todo el molde de arena está contenido en una caja llamada
flask. En un molde de dos partes, que es el típico de las
fundiciones en arena, la mitad superior (que contiene la mitad
superior del patrón, la flask y el núcleo) se llama cope. La mitad
inferior se denomina arrastre. La línea de separación es la
línea o superficie que separa el cope y el arrastre.

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La fundición en arena
involucre cuatro pasos
básicos: ensamblar el
molde de arena, verter
metal líquido al molde,
permitir que el metal
se enfríe y después
romper la arena y
remover la fundición

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RECICLANDO ARENA DE MOLDEO
Después de que la arena ha sido sacudida por completo de una
fundición, los grumos se enfrían y destruyen. Todas las partículas y
gránulos de metal son removidos, frecuentemente con la ayuda de un
campo magnético. Toda la arena y los componentes se tamizan con
zarandas, cribas rotativas o cribas vibratorias. La arena limpia puede
reintroducirse al principio del ciclo de producción de arena de moldeo.
Todas las arenas Las arenas de moldeo se preparan en mullidores,
que mezclan la arena, el agente adhesivo y el agua. Se utilizan
aireadores para aflojar la arena y hacerla más fácil de moldea

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MOLDES DE ARENA VERDE
Una mezcla típica de arena verde contiene 89 por ciento arena, 4 por
ciento agua y 7 por ciento arcilla. La arena verde es una favorita de la
industria por su bajo costo y un rendimiento general sólido. El “verde”
de la arena verde se refiere al contenido de humedad presente en la
mezcla durante el vertido.
Los moldes de arena verde tienen la suficiente fuerza para la mayoría
de las aplicaciones de fundición en arena. También proporcionan
buena colapsabilidad, permeabilidad y reutilización. Las principales
dificultades surgen por el contenido de humedad. Mucha humedad
puede causar defectos en la pieza de fundición, ya que la tolerancia de
humedad depende del metal fundido.

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FUNDICIÓN EN MOLDE DE CÁSCARA
La fundición en molde de cáscara es una invención relativamente
reciente en técnicas de molde para producción en masa y un terminado
suave; fue inicialmente usada en Alemania durante la segunda guerra
mundial.
El material de moldeo es una mezcla de arena de sílice fina y seca con
un contenido mínimo de arcilla y un 3-8% de resina termo endurecible
(fenol formaldehído o grasa de silicona). Cuando la mezcla de moldeo
cae sobre la placa de diseño calentada, se forma una cáscara dura de
unos 6 mm de grosor. Para curar la cáscara por completo, hay que
calentarla a una temperatura de entre 440 y 650°F (230 a 350t) durante
varios minutos.

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EL VIDRIO

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EL PLASTICO

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https://youtu.be/ZIqsLguLkEY

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