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FABRICACIN DE CAMISAS PARA MOTORES DIESEL

Susana de Elo de Bengy

Enrique Tremps Guerra

Daniel Fernndez Segovia

Jos Luis Enrquez

E.T.S. de Ingenieros de Minas

Universidad Politcnica de Madrid

Diciembre 2012

El presente trabajo fue publicado en 13 partes en la revista FUNDI Press entre septiembre de 2010 y septiembre de 2011.

Reunimos ahora en un solo documento todos estos artculos para su publicacin en el repositorio de la UPM.

Para contactar con los autores:

Jos Luis Enrquez: [email protected]

Enrique Tremps: [email protected]

Introduccin

Con el presente artculo iniciamos una serie en laque se intentarn revisar los procedimientos de fa-bricacin de piezas cilndricas, tanto huecas comomacizas. Estas piezas se obtienen por conforma-cin en estado lquido (moldeo y colada) o slido(laminacin y soldadura). En este conjunto se tra-tarn, entre otras piezas, algunas como:

Camisas de motores Diesel de potencia media oalta, moldeadas en arena, as como piezas hue-cas (columnas, farolas, tubos y accesorios) noobtenibles por centrifugacin.

Camisas de motores pequeos y compresores,tubos de fundicin destinados a aguas potableso a desage, todo ello obtenido en molde met-lico, bien atmosfrico o bien por centrifugacin.

Cilindros de laminacin, trapiches de azcar yrodillos de molino colados en molde de arena,metlico, mixto o por refusin bajo electroesco-ria.

Tubos con costura obtenidos por cilindrado ysoldadura de chapa y tubos sin costura obte-nidos por laminacin o extrusin seguidas delaminacin.

En la fabricacin de camisas de motores puedenemplearse los tres mtodos clsicos de moldeo, esdecir, en arena, coquilla o centrifugacin. El moldeoen arena es el adecuado para camisas de motoresDiesel de potencia media o alta, de dos o cuatrotiempos. A continuacin, se describen los sistemasa emplear para estas camisas.

1. COLADA HORIZONTAL O VERTICAL

Las camisas estn sometidas a severos controlesde recepcin y han de ser perfectamente hermti-cas, ausentes de cualquier poro o rechupe que ori-gine prdidas de presin. Al principio, las piezas secolaban horizontalmente (FIGURAS 1, 2, 3, 4 y 5),empleando arena slice aglutinada con bentonitacomo material de molde. Las entradas de caldo es-taban en un extremo de la camisa, mientras queen el otro extremo se encontraban los respiros degases y rebosaderos del primer hierro que atravie-sa la cavidad de molde. Algunos tubos unitarios ode series cortas se fabrican todava por este mto-do (FIGURA 6).

Este sistema de moldeo horizontal, frente a una re-lativa sencillez del modelaje y proceso de moldeo, a-dolece de falta de calidad y sanidad de las piezasfundidas. Efectivamente, al colarse la pieza con su e-je de simetra en posicin horizontal, las impurezas(tierra, escoria, xidos metlicos) arrastradas por elcaldo flotan en l hasta llegar a la generatriz supe-rior, a lo largo de la cual quedan retenidas. Al meca-nizar la pieza aparece una lnea en esa zona de la ca-misa, que no "limpia" y precisa de grandes creces demecanizado lo que, a su vez, repercute desfavora-blemente en los costos de esta operacin. Tambinse complica la alimentacin, compacidad y estan-queidad de las camisas. El resultado de este sistemade moldeo y llenado se muestra en la FIGURA 7.

La disposicin horizontal presenta una desventajaadicional: Al quedar el macho enteramente sumer-gido en el caldo, tiende a flotar, con lo que la cami-

Informacin / Septiembre 2010

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Fabricacin de camisaspara motores disel (Parte 1)PPoorr SSuussaannaa ddee EElloo ddee BBeennggyy;; EEnnrriiqquuee TTrreemmppss GGuueerrrraa;; DDaanniieell FFeerrnnnnddeezz SSeeggoovviiaayy JJooss LLuuiiss EEnnrrqquueezz

Si algn lector necesita alguna imagen ampliada, comunquenoslo [email protected]

y se le enviar a mayor tamao.

sa puede salir descentrada y con espesores de pa-red desiguales. Si el macho no lleva armadura pue-de llegar a romperse, lo cual dara lugar a entradade caldo en el "viento" del macho y sopladura delmismo. Con toda seguridad, pieza defectuosa.

La solucin adecuada para estas dificultades es lacolada vertical, es decir, con el eje geomtrico de lacamisa dispuesto en posicin vertical. Se derivanalgunas ventajas:

Al pasar todo el caldo por la zona superior de ali-mentacin (mazarota) la recalienta, obtenindoseas un gradiente trmico favorable. Esta circuns-tancia mejora la calidad interna y estanqueidadde la pieza. Se tiene caldo caliente y cavidad ca-liente en la parte superior alimentadora y caldofro en cavidad fra en la parte inferior, ali-mentada, del molde. La resultante de ambas cir-cunstancias es una alimentacin ptima y efi-ciente, con la consiguiente repercusin favorablesobre la sanidad de las piezas fundidas.

La mazarota, adems de sobrecalentada, est to-da ella por encima del nivel superior de la pieza,

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Figura 1.

Figura 2.

Figura 3.


32

Figura 4. Figura 5.

con lo que la accin de carga ferrosttica y el ren-dimiento de alimentacin tambin se ven favore-cidos. Se consigue una eficaz accin alimentadoracon el mnimo desperdicio de caldo, lo que, a suvez, redunda en menores costos de produccin.

Se suprime el uso de bebederos, respiros, etc.,que son sustitudos por una mazarota fcil decortar en el torno. Esto reduce los tiempos y cos-tos de rebarba.

La FIGURA 8 ilustra la solucin verti-cal conjunta para una camisa de ta-mao pequeo. El sistema de llenadopara una pieza relativamente peque-a como es sta comprende un bebe-dero de 22 mm de dimetro, que llevael hierro lquido por un conducto has-ta un canal distribuidor anular colo-cado en la portada (asiento) del ma-cho central. Cuatro ataques de colada,cada uno de 4 mm de espesor y 20mm de longitud, llevan el hierro lqui-do desde el canal anular hasta la ma-zarota situada bajo l.

Figura 6.

Figura 7.


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Figura 8.

El dimetro de la parte superior del macho centralse aumenta ligeramente para que los ataques decolada se proyecten sobre un dimetro que corres-ponde al punto medio del espesor de la cavidad demolde de la pieza. As se evita que durante la cola-

da el chorro baje lamiendo el macho central y lasparedes del molde.

Hay tambin enfriadores externos con la forma ydimensiones vistas en la figura. Es preciso tomar

Detalles a tener en cuenta en la fabricacin se danen los captulos que siguen.

2.1. Cajas de moldeo

Ha de tenerse presente que todas las operacionesdel moldeo se hacen en posicin horizontal, perola colada se efecta con el molde colocado vertical-mente, lo que supone el peligro de fugas por la jun-ta de unin entre ambos semimoldes. Por ello lascajas han ser indeformables y tener un cierre loms hermtico y seguro posible, cerrando la juntapor medio de cuas (chavetas) y/o tornillos. Las ca-jas son rectangulares y alargadas, estando abiertaspor el extremo donde se ubica la artesa de colada

precauciones con ellos antes, durante y despus desu utilizacin; mantenindolos limpios, secos y de-soxidados.

Hace aos se hizo un estudio analtico de la reper-cusin que tiene el diseo del sistema de coladasobre el porcentaje de rechazos en camisas coladasde tres formas distintas. El estudio estadstico lleva las siguientes conclusiones:

Camisas coladas verticalmente por el fondo, ensifn (FIGURA 9), con caudales de hasta 1.000 kgpor minuto presentaron un 90 % de rechazospor poros y rechupes.

Piezas coladas a travs de ataques escalonados,tal como se ver ms adelante, tuvieron 50 % derechazos.

El rechazo colando por arriba fue de slo un 3 - 5%.

En el caso de camisas de motores de dos tiempos laexistencia de las lumbreras puede plantear algnproblema cuando se cuela por arriba. El choque delmetal en cada contra los machos de las lumbreraspuede arrastrar material de molde y machos pro-vocando arrastre de tierra, poros e inclusiones. Pa-ra obviar eso se recurre a un sistema mixto: Se co-mienza entrando por el fondo (ataque en cuerno)con sifn para tener llenado tranquilo sin turbu-lencia ni erosin, hasta superar el nivel de los ma-chos de lumbreras; al llegar a este nivel se comple-ta el llenado colando en lluvia por arriba paratener gradiente trmico favorable.

2. MOLDEO DE CAMISAS GRANDES

Cuando se fabrican camisas mayores para propul-sores de buques, el moldeo se hace en arena qumi-


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Figura 9.

Figura 10.

ca por las razones que ya se han dado anteriormen-te y la pieza se cuela en posicin vertical (FIGURA10). Se acenta el gradiente trmico favorable de so-lidificacin mediante el empleo de enfriadores me-tlicos externos, incrustados en la pared del molde,en la parte inferior de la cavidad de fusin.


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(FIGURA 11). Deben tener puos, mangones y en-ganches que faciliten su manejo por el puente-gra u otros medios de manutencin para prepara-cin, cierre y posicionamiento en vertical en elfoso de colada. A veces, se utilizan cajas de moldeode seccin semicircular, de forma que entre doscajas configuran un cilindro. Esto facilita el manejodel conjunto, reducindose la ocupacin de gra ypescante para las maniobras de volteo; as se me-jora la organizacin del taller (FIGURAS 12 y 13) yse reduce la cantidad de arena utilizada.

Figura 11.

Figura 12.

Figura 13.

Figura 14.

2.2. Modelos

En comparacin con otras piezas de tamao simi-lar, los modelos son relativamente baratos, ya queson cuerpos de revolucin que slo precisan traba-jo de torno para su construccin; esto facilita quesean metlicos o de material sinttico en lugar demadera. En el caso de motores de dos tiempos, lacosa se complica debido a la colocacin de las por-

tadas de los machos de las lumbreras de admisiny escape y, en algunos casos, cmaras de agua.

Lo ideal es colocar los modelos (FIGURAS 14 y 15)sobre placas provistas de casquillos y espigas degua que facilitan su ajuste a las cajas de moldeo yevitan la obtencin de piezas variadas.

Figura 15.


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En la FIGURA 16 se puede ver un conjunto de placamodelo y caja, con unos salientes adosados quetras el desmodelado van a dejar en la cavidad demolde las portadas para implantacin de los en-friadores externos. Estos enfriadores son anularessiempre que sea posible.

Figura 16.

Camisas de tamao muy grande o piezas cilndricaso tronco-cnicas de calderera, hidrulica o siderur-gia obligan al empleo de herramental (modelos y ca-jas) de tamao excesivo para una manipulacin c-moda y eficiente. En estos casos suele recurrirse almoldeo a terraja, casi siempre en fosa, segn unasolucin similar a la adoptada para la fabricacin decampanas, cucharones de escoria, carcasas y roto-res de turbinas, hlices de barco, etc. La FIGURA 9 yavista, muestra una camisa moldeada en foso me-diante este sistema de terraja.

Las FIGURAS 17, 18, 19, 20 y 21 muestran el equipopara moldeo a terraja. Entre otros componentes setienen, rangua, rbol, collarn, abanico, bandera y ta-bla. En la FIGURA 22 puede verse el foso donde se e-fecta el moldeo a terraja y la colada de piezas nava-les de gran tamao, una hlice de buque en este caso.

2.3. Arenas de moldeo y machos

Las mezclas para moldeo en arena se dividen endos grandes grupos, segn propusieron AlbertoMuro e Ignacio Fernndez de Aguirre, de la Compa-a Euskalduna de Construccin y Reparacin deBuques, hace aos en su serie de artculos Arenasde Moldeo publicados en la desaparecida revistaFundicin. stos son las arenas aglutinadas ylas aglomeradas.

La arena base es el componente fundamental delos materiales para moldeo y machera. En la pre-

Figura 17.

Figura 18.

paracin de estos dos grupos de arenas las ecua-ciones fundamentales podran escribirse as:

arena base + aglutinante + aditivos arena aglutinada

arena base + aglomerante + aditivos arena aglomerada

La mayora de las arenas base para fundicin son si-lceas (SiO2). En algunos casos los granos de slice es-tn asociados con diminutas cantidades de feldes-pato, mica y otros minerales comunes. Muchasarenas de fundicin contienen tambin pequeascantidades de minerales tales como ilmenita(FeO)(TiO2), circn (ZrSiO4) u olivino (MgO)(FeO)(SiO2).

El olivino es una roca natural que consta de una so-lucin slida de ortosilicato de magnesio (Mg2SiO4forsterita) y ortosilicato de hierro (Fe2 SiO4 fayalita).La composicin del olivino puede variar, y slo elque tiene un elevado contenido de forsterita, es tilcomo arena base para fundicin. Las arenas de cir-cn (ZrSiO4), normalmente llamadas de circonioen el lenguaje coloquial de taller, contienen peque-as cantidades de ilmenita, rutilo, granate y otrosminerales de peso especfico elevado. Se estn em-pleando en gran escala para moldes y machos espe-ciales. Lo mismo ocurre con la cromita, siderocro-mo o espinela de cromo-hierro (Cr2O3)(FeO),tambin empleada en moldeos de piezas especiales.


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Figura 19.

Figura 20.

Figura 21.

2.3.1. Arenas aglutinadas

El primero de los grupos lo constituyen las a-renas aglutinadas compuestas por la combi-nacin de una arena base de slice, cromita,circn u olivino, y un aglutinante, casi siem-pre una arcilla del grupo de las montmorilloni-tas (bentonitas). Cuando en el malaxador se a-diciona agua (lquido polar y con orientacin) ala mezcla, entre el aglutinante y el agua se ori-ginan atracciones electrostticas. Estas fuer-zas son responsables de la cohesin entre losgranos de la arena base. Esta cohesin es decarcter fsico y no muy fuerte, razn por lacual las caractersticas mecnicas de las are-nas no son muy satisfactorias de cara a su em-pleo para piezas de gran responsabilidad.

Las arenas base empleadas son de granulo-metra 60 80 AFS (Sociedad de FundidoresAmericanos). En la FIGURA 23 se tiene la ho-ja de caractersticas de una arena base deprimera calidad extrada de canteras de lazona de Arcos de la Frontera (Cdiz). Durantemuchos aos esta arena la tom la Asocia-cin Tcnica de Fundicin, por su calidad,como Arena Tipo para ser material base deensayos de aglutinantes y aglomerantes. Enmachos con poca penetracin de caldo la a-rena es 40 AFS, es decir, menos fina.

(Continuar)


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Figura 22.

Figura 23.

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Suelen emplearse, adems de la bentonita, aditi-vos que mejoran el comportamiento de las mez-clas aglutinadas en la colada. Uno de ellos, el msempleado para piezas de fundicin, es el polvo decarbn, que mejora las propiedades de la arena a laque comunica un color negro caracterstico.

Cuando el hierro lquido penetra en la cavidad delmolde, el calor del metal provoca una especie decracking de la hulla, generando hidrocarburos queforman una finsima capa gaseosa entre el metal yel molde. Esta capa impide el contacto fsico entrela fundicin lquida y los granos de arena de con-tacto. Se derivan dos ventajas: Se evita la penetra-cin de caldo entre los granos de arena y se mejorael acabado superficial de la pieza obtenida.

Por ello esta arena, en el lenguaje coloquial de ta-ller, recibe tambin el nombre de arena negra.Como se usa slo para elaboracin de moldes tam-bin recibe el nombre de arena de moldeo.

Ha de tenerse tambin en cuenta que es muy usualla utilizacin de mezclas con arenas base completa-mente nuevas en la zona adyacente al modelo (are-nas de cara o de contacto), completndose elmolde con arenas recicladas (arenas de relleno)que reciben pequea o nula aportacin de arena ba-se nueva. En instalaciones muy mecanizadas, y porrazones de diseo y productividad, no se emplea ladualidad contacto-relleno sino que se recurre a loque se llama arena nica, de calidad intermedia.

La proporcin de aglutinantes, que se da refirin-dose a 100 kg de arena base, tiene unos mrgenes

que dependen de su calidad, compatible con la ob-tencin de unas caractersticas aceptables. Las ci-fras que se dan estn basadas en experiencia prc-tica o en datos encontrados en la documentacinmanejada. Caso de prepararse una mezcla con o-tros productos debe ensayarse previamente hastadar con la mezcla ptima.

Ha de tenerse presente tambin que en las mez-clas cuya formulacin se da a continuacin, la ben-tonita utilizada fu la bentonita sdica americana(Western bentonite, bentonita de Wyoming) cuyonombre comercial era el de bentonita Volclay. Lasmezclas pueden elaborarse tambin con otros ti-pos de bentonitas sdicas que no sean americanas.Si se han explicitado aqu ha sido porque en su dase consider aglutinante de gran calidad y uso uni-versal. Otras bentonitas sdicas de importacin yalgn tipo nacional han proporcionado caracters-ticas tan elevadas como la citada.

Algunas composiciones sugeridas y sus respecti-vas caractersticas mecnicas, son:

ACS. Arena de contacto (1) para seco (estufado) deacero:

Arena 65 - 70 AFS 100

Bentonita 5

Arcilla de Alcaiz 5

Cereal 0,8

Leja de bisulfito (Goma Evans) 0,5

Agua 7-8

Permeabilidad en verde 120

Resistencia a compresin en verde 6 N/cm2




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Bentonita 0,5% sobre arena de retorno, 7% sobrearena nueva.

Cereal 0,25% sobre arena de retorno, 1% sobre are-na nueva.

ACO. Arena de contacto de olivino para aceros es-peciales:

Arena de olivino 100

Bentonita 6

Agua 5

HCS. Arena de contacto para seco (estufado) dehierro:

Arena 65 - 70 AFS 100

Bentonita 5

Arcilla de Alcaiz 5

Hulla en polvo 5

Melaza 1,5

Agua 8 9

HUS. Arena nica para seco (estufado) de hierro:Arena 65 - 70 AFS > 20

Arena de retorno < 80

Cereal 0,25

Arcilla de Alcaiz 2

Bentonita marroqu 3

Brea 0,25

Agua 6,5



Permeabilidad en seco 120

Resistencia a compresin en seco 130 N/cm2

Resistencia a cizalla 35 N/cm2

Deformacin 0,6 - 0,8 mm

HCV. Arena de contacto para verde de hierro:Arena 65 - 70 AFS 100

Bentonita 7

Cereal 1

Hulla 5

Agua 4,5


Resistencia a compresin en verde 6,5 N/cm2


HRV. Arena de relleno para verde de hierro:Arena nueva 65 - 70 AFS >20


Cereal 0,25

Arcilla de Alcaiz 2

Bentonita marroqu 3

Permeabilidad en seco > 150




ACS. Arena de contacto (2) para seco (estufado) deacero:

Arena 65 - 70 AFS 100

Bentonita 5

Arcilla de Alcaiz 5

Melaza 1,5

Agua 8 - 9

ARS. Arena de relleno para seco (estufado) de ace-ro:

Arena 65 - 70 AFS > 20


Arcilla de Alcaiz 1,6

Cereal 0,2

Glutrn en polvo 0,1

Agua 6,5



Permeabilidad en seco 130



Deformacin 0,4 mm

ACV. Arena de contacto para verde de acero:Arena 65 - 70 AFS 100

Bentonita 7

Cereal 1

Agua 4,5




ARV. Arena de relleno para verde de acero:Arena 65 - 70 AFS >20


Arcilla de Alcaiz 1,6

Cereal 0,2

Glutrn en polvo 0,1

Agua 4,5



Deformacin 0,40 mm

AUV. Arena nica para verde de acero:Arena nueva 65 - 70 AFS >20



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Brea 0,25

Agua 4,5



Deformacin 0,4 mm

HUV. Arena nica para verde de hierro:Arena nueva 65 - 70 AFS >20


Bentonita 0,5% sobre arena de retorno, 7% sobrearena nueva.

Cereal 0,25% sobre arena de retorno, 1% sobre are-na nueva.

Hulla 0,5 % sobre arena de retorno, 5% sobre arenanueva.

Observaciones

En algn caso puede parecer excesiva la propor-cin de bentonita utilizada en las mezclas. Estas ci-fras, basadas en experiencia de taller, pueden re-ducirse en los casos siguientes:

1) Que se utilicen arenas de bajos coeficientes deangulosidad.

2) Que los malaxadores de mezclado sean ms efi-cientes.

3) Que el tipo de piezas a fundir no exija elevadascaractersticas mecnicas.

4) Una arena demasiado fuerte puede apelma-zarse en los sistemas de elevacin y enfria-miento (los antiguamente llamados cooleva-yors), llegando a originar averas graves en losmismos. Por ello, la resistencia a compresin(porcentaje de bentonita) ha de ser la mximaque no d lugar a estas anomalas.

A veces, en moldeo en verde (no estufado) se em-plean bentonitas clcicas que producen mejorescaractersticas en verde con porcentajes inferioresde humedad. Hay que tener en cuenta, sin embar-go, que la menor hinchabilidad de estas bentonitasdebe compensarse con aditivos adecuados.

La preparacin de las mezclas se hace en los equi-pos representados en las FIGURAS 24, 25 y 26. Losimpropiamente llamados molinos de arena reali-zan la funcin denominada malaxado, que es laresultante de las acciones de amasar, voltear y re-volver. El malaxador de la planta elemental repre-sentada en la FIGURA 25 tiene el rulo que amasa, eldisco que voltea la arena y la estrella revolvedoraque la revuelve y homogeneiza. Esta accin de ma-

Figura 24.

Figura 26.

Figura 25.


54

cermica) se puso de nuevo de actualidad en lasplantas de arena lquida (silicatos sdico yclcico) desarrollada en la antigua Unin Sovi-tica.

2) De eje vertical, con dos o tres aspas onduladasque hacen tambin de rascadores. Unas estrasen las paredes o unas palas fijas a media alturaimpiden que la arena gire como un bloque. Unejemplo es la Rapidmix TAF vista en la FIGURA27. En las FIGURAS 28, 29 y 30 se esquematizandispositivos de alimentacin de arena a estasmquinas.

3) De cabezal mezclador a contracorriente, provis-to de palas mviles y fijas, rascadoras y revol-vedoras, que arrastran parcialmente a la cuba,libre de seguir a la arena en su movimiento.

4) Mquinas cuyas paletas giran segn un eje verti-cal, pero cuyo conjunto es abatible (Zyklos-Sus-pecar). La arena est en una cuba cilndrica depoca altura y provista de ruedas para su despla-zamiento. El cabezal agitador est sujeto a unapared o columna y bascula hasta entrar en la cu-

laxado se complementa con la disgregacin de gru-mos efectuada por el giro muy rpido de la ruedade barras del aireador-desintegrador emplazado ala salida del malaxador.

Las solicitaciones que sufren los moldes y machos,en conjuncin con las exigencias de calidad im-puestas en la actualidad a las piezas objeto de esteartculo han reducido drsticamente el empleo dearenas aglutinadas con bentonita. Se mantienenslo en contados casos en que el moldeo se efectacon mquinas de moldeo mecnico o proyectorassandslinger (stas casi desaparecidas hoy da),que se tratarn ms adelante en el presente estu-dio.

2.3.2. Arenas aglomeradas

El segundo grupo fundamental lo constituyen lasmezclas de arenas aglomeradas, compuestas porla misma arena base que en el grupo anterior y unaglomerante que se adiciona a la arena base enun mezclador hasta envolver todos y cada uno delos granos de arena. Despus de atacar el moldecon esta mezcla de arena el aglomerante sufre unareaccin qumica que le hace fraguar. En conse-cuencia, el aglomerante acaba quedando como uncemento o retculo que recubre los granos de arenay hace de unin entre los mismos. El mecanismode la aglomeracin consiste pues, en una reaccinqumica que, a diferencia de la aglutinacin que e-ra un fenmeno puramente fsico, confiere granconsistencia al molde o macho fabricado.

Estas arenas aglomeradas, dadas su gran resisten-cia y fiabilidad, se utilizaron inicialmente para fa-bricar machos; de ah el nombre coloquial de are-nas de machos que recibieron en el lenguaje detaller. Sin embargo, con el paso del tiempo encon-traron un gran campo de utilizacin para elabora-cin de moldes de piezas unitarias o series cortasen tamao medio, grande o muy grande. As handesplazado a las arenas aglutinadas, tanto en ver-de como estufado. Es lo que se ha dado en llamarmoldeo qumico.

Los tipos ms importantes de mezcladores para lasdistintas clases y aplicaciones de arenas aglomera-das son:

1) De eje horizontal (Albertus), provisto de dos se-ries de paletas que serpentean en la cuba al gi-rar el eje, al modo en que se disea y se mueveun cigeal de motor. Este tipo, que haba cadoen desuso (antigua mezcladora de barro para Figura 27.


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ba, efectuando el mezclado de arena y aglome-rantes. Una vez completada la operacin se ele-va el cabezal a su posicin de reposo en esperade otra cuba mvil, mientras que la arena prepa-rada en la cuba anterior se reparte en la mismapor los puntos de consumo repartidos por el ta-ller.

5) De mezclado continuo mediante tornillos sinfn(tornillos de Arqumedes) metlicos. La apari-cin de estas mquinas marc un hito en lasfundiciones de piezas con machos abundantes,voluminosos y de tipo vario, mecanizando eltrabajo de machera hasta extremos insospe-chados. En la FIGURA 31 se ve el esquema de u-na de esas mquinas. En ella, hay la tolva de a-rena siliciosa seca; el depsito del aditivo oacelerante en polvo; las dosificaciones corres-pondientes, controladas desde el panel de man-do; la bomba que riega la arena con la propor-cin exacta y deseada del aglomerante, bombay dosificador de catalizador lquido; los torni-llos mezcladores, que en algunas mquinas

Figura 28.

Figura 30.

Figura 31.Figura 29.


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Basndose en su adecuacin al moldeo de camisasse describirn aqu, de forma somera, tres gruposde mezclas de arenas:

Arena aglomerada con cemento.

Arena aglomerada con silicato.

Arena aglomerada con resinas sintticas.

2.3.2.1. Arena al cemento

Descubierto por Moldenke hace aproximadamenteun siglo, el moldeo con este aglomerante fu unsistema barato y sencillo que permiti fabricarhasta la dcada de los 70 moldes de piezas grandescapaces de resistir las fuertes agresiones que sufr-an en su manipuleo y colada, sustituyendo al en-gorroso y caro procedimiento de moldear con are-nas aglutinadas con bentonita y estufar despuslos moldes elaborados.

El sistema consiste en atacar contra el modelo unamezcla cuya composicin aproximada es: 90 kg dearena base slice, 8 a 12 kg de cemento Portland, 4 a8 litros de agua y, a veces, aditivos de mejora. Elmaterial de molde comienza a fraguar antes de e-fectuar la operacin de desmodelado (lifting).El endurecimiento se completa en un plazo que de-pende de las condiciones atmosfricas, especial-mente temperatura y humedad.

Los moldes y machos atacados con este tipo de a-rena deben secarse espontneamente antes de ex-traer el modelo, y completarse el secado por airedurante ms de 72 horas antes de cerrar el moldepara colar.

Los resultados obtenidos en ensayos de algunas a-renas al cemento se dan a continuacin:

Mezcla n 1: Arena 41 AFS, con 12,5% de cementoPortland, 6% de humedad antes del fraguado, 72horas de secado, 370 de permeabilidad y 140 N/cm2

de resistencia a compresin.





Mezcla n 4: Arena 40 AFS, con 12,5% de cementoPortland, 6% de humedad antes del fraguado, 72

quedan reducidos a uno solo; y el cabezal extre-mo, que puede ser un simple vertedero o un ca-bezal proyector (mixer-slinger).

En la FIGURA 32 se tiene el esquema de esta mismamquina adaptada a proceso de tres componentes,como el Pep-Set de Ashland. En la FIGURA 33 setiene el esquema y caractersticas de una turbo-mezcladora sencilla, de un solo brazo.

Figura 32.

Figura 33.

La arena base puede cargarse manualmente, caerde una tolva con dosificador de carga (FIGURAS 28,29 y 30 citadas) o hacerse llegar con una pala car-gadora o skip elevador (FIGURA 26 citada).


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horas de secado, 400 de permeabilidad y 80 N/cm2


Las mezclas de arena mixta se preparan segn lacomposicin: 47% de arena base nueva de 50 60de finura AFS, 47% de arena recuperada de compo-siciones anteriores, 6% de cemento Portland y 7%de agua sobre el total. Los ndices medios de finuraobtenidos estn entre 50 y 60 AFS y las resistenciasa compresin van de 60 160 N/cm2.

La arena al cemento desarrolla alta dureza y resis-tencia de molde, propiedades que mantiene hasta1.100 C. Tambin mantiene las formas agudas ytolerancias dimensionales incluso en el caso demoldes muy grandes.

Es aplicable al moldeo de piezas medias o grandes deacero, hierro fundido y bronce. La utilizacin msfrecuente es para aleaciones frricas (hierro y acero).La contraccin de fraguado del material de moldeo (yconsiguiente aumento de volumen de la cavidad demolde) compensan la contraccin de solidificacin yenfriamiento de la pieza colada. Esta circunstanciafavorece la obtencin de piezas con tolerancias di-mensionales muy estrechas, adems de producirbuen acabado superficial. El desprendimiento de gases bastante bajo y la permeabilidad del molde satis-factoria. No se precisan modelos especiales y las con-tracciones de solidificacin, como se ha dicho, secompensan por la dilatacin del modelo y molde.

Si los modelos son de madera es conveniente queestn bien pintados para que no les afecte la hume-dad de la arena durante el fraguado. Como ventajase puede citar que el atacado a mano es rpido. Elsecado puede acelerarse mediante ventiladoresque soplan aire caliente a travs de los agujeros demazarotas y bebederos.

En contraposicin con los mtodos imperantes entiempos pretritos se elimina la necesidad de estu-fado. La evolucin de gas en la colada es escasa. Elmolde tiene resistencia elevada, lo que redunda enestabilidad dimensional y resistencia adicional adefectos de contraccin provocados por hincha-miento del molde durante la solidificacin.

La misma circunstancia de la lentitud del fraguadopuede ser una ventaja sustancial en al caso demoldes muy grandes, ya que concede el tiemponecesario para atacado antes que comience a pro-ducirse el endurecimiento parcial del molde.

Se puede decir que su costo es algo superior al delmoldeo en verde con arena aglutinada con bento-

nita, aunque es inferior al del moldeo estufado.Frente a estos dos mtodos presenta la ventaja, en-tre otras, de no precisar engorrosas instalacionesde preparacin y movimiento de arenas. Para can-tidades pequeas puede valer una batidora de ma-chos discontinua (batch), comn a todas las are-nas aglomeradas, tal como la que se ve en la TAFRapidmix de la FIGURA 27. En algunos casos bastacon una simple hormigonera.

No hay limitaciones en lo que a dimensiones o pesode las piezas respecta, y de hecho se emple profu-samente para piezas de tamao considerable comohlices, turbinas y rotores de generacin elctrica,rodillos de laminacin y molienda, grandes compre-sores y bombas, bancadas de mquinas herramien-ta, y todos los componentes de grandes motoresmarinos y piezas de astillero (bloques, cilindros, ca-misas, culatas, anclas, codastes, escobenes, etc).

En cuanto a la necesidad de equipos de taller, se eli-minaron las costosas estufas de secado para moldesde arena aglutinada y las voluminosas instalacionesde preparacin de arenas; de hecho, la preparacinde las mezclas se ha hecho en algunos sitios, comose ha dicho en prrafo anterior, con sencillas hormi-goneras de la construccin o bricolaje. Por el contra-rio, se necesitaban cinceles neumticos potentespara el desmoldeo y desterronado subsiguiente a lacolada, as como molinos de martillos para el ma-chaqueo de los terrones previo al reciclado de losmismos.

En resumen, se obtenan piezas muy grandes conestrechas tolerancias dimensionales y buen acaba-do superficial gracias a la ausencia de erosin delmolde en la colada. Como ventaja econmica adi-cional puede citarse la escasa cuanta de las crecesde molde y, por consiguiente, baratura del mecani-zado.

Se pueden hacer algunas recomendaciones:

Debe evitarse la presencia de carbonatos en laarena base (no utilizar arenas de playa).

La adicin de agua debe calcularse escrupulosa-mente en funcin de la proporcin de cementoen la mezcla.

En invierno, la temperatura ambiente no debeser menor de 10 C para evitar fraguado lento,ni superar los 30 C en verano para que no se dun fraguado muy rpido.

A pesar de la buena permeabilidad de estasmezclas es conveniente prever respiros devientos.


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La aparicin de los aglomerantes basados en resinasautoendurecibles (caja fra) desplaz a la arena alcemento. Con ello se frustr la posibilidad de desa-rrollar mtodos ms eficientes de recuperacin dela arena que abarataran los costos. De todas formas,no hay que descartar que la creciente presin del e-cologismo vuelva a poner de actualidad este proce-dimiento de moldeo, mxime si se tiene en cuentaque hoy da se dispone de equipos de fabricacin ycontrol ms afinados que los existentes en aquellostiempos. Por ello se ha descrito aqu, aunque sinprofundizar demasiado en su estudio.

2.3.2.2. Silicato-CO2

Procedimiento descubierto por Pretzela en Polonia.En el silicato Na2SiO3 se llama mdulo a la relacinque existe entre el contenido de SiO2 y el de Na2O,supuesto tericamente el silicato como la combina-cin de ambos xidos. Un rango adecuado de estamagnitud para empleo en moldeo y machera es 2,1- 3,1 aunque el ms utilizado es 2,2 2,4. La arenaendurece, despus del moldeo, mediante gaseo conanhdrido carbnico. Se produce la reaccin:

Na2O.SiO2 + C O2 Na2O.CO2 + SiO2

O escrita de otra forma:

Na2Si O3 + CO2 Na2CO3 + Si O2

En virtud de ella precipita carbonato sdico Na2CO3y deja gel de slice SiO2 que hace de cemento deunin entre los granos de arena. El proceso Nishi-yama emplea una mezcla autofraguante de silicatosdico con ferrosilicio como inductor del fraguado.Puede haber problemas por desprendimiento dehidrgeno que en algunos casos ha originado ex-plosiones. Tambin se han empleado como catali-zadores de fraguado el silicato biclcico anhidro,steres orgnicos e incluso cemento. Es un proce-dimiento cmodo y sencillo, vlido para la produc-cin de piezas de cualquier tamao en aleacionesferrosas, no ferrosas, ligeras y ultraligeras.

Los procesos basados en silicato sdico son proba-blemente los ms antiguos procesos de fraguadoen fro utilizados en la actualidad. Hace ya muchossiglos los chinos usaban materiales similares, peroen trminos modernos su empleo en fundicin co-menz a mitad del siglo XX. Todava se emplea enmuchas fundiciones para producir piezas cuyo pe-so va desde unos gramos a muchas toneladas, encualquier composicin de metal.

Para favorecer la colapsabilidad y desarenado,especialmente en el caso de machos internos,es conveniente intercalar trozos de coque enzonas de grandes espesores de molde o macho.

Las partes de moldes o machos ms expuestasa la agresin trmica en la colada pueden ha-cerse con arena base de circonio, olivino o cro-mita en lugar de slice.

En los aos 70, una empresa finlandesa fabricante depiezas pesadas para construccin mecnica monten su planta de fundicin una nueva seccin paramoldeo al cemento. Constaba de tolvas de almace-naje de arena nueva y arena recuperada, depsitosde aglomerantes y aditivos slidos y lquidos, mez-cladores de arena y equipo de recuperacin. El mol-deo se haca por medio de mquina sandslinger, conun brazo articulado de 10 m, desplazndose sobrerales a lo largo del taller y barriendo casi toda su su-perficie. La turbina de la slinger tiene dos velocida-des, una para atacado de arena de contacto y otrapara atacado de arena de relleno.

En esta instalacin las operaciones de moldeo hanseguido tres etapas:

Proyeccin de la arena de contacto, a baja velo-cidad. La composicin en peso de esta mezclaes de 4%, o ms, de cemento Portland normal,3% de melaza y 3% de agua.

Proyeccin de la capa intermedia. Se hace agran velocidad, y la mezcla est constituda s-lo por arena y agua. Esta arena nueva contribu-ye a restituir la de circuito que se pierde en eldesmoldeo de las piezas.

Proyeccin de la capa exterior, tambin a gran ve-locidad. La mezcla tiene 5% de cemento y no se a-diciona melaza. Para moldes cuyo fraguado es delarga duracin el porcentaje de cemento es del 4%.

La gran rigidez de los moldes as elaborados reducefuertemente la aparicin de defectos de contrac-cin, lo cual resulta especialmente importante enel caso de piezas de fundicin nodular.

La arena procedente del desmoldeo se pasa por unmolino de martillos que reduce los trozos al tama-o de granos y separa las partculas de aglomeran-te de las de arena. La arena se descarga previo pasopor tamices de 3 mm de malla; y por un Venturi vaal separador. ste, por un sistema de cicln, retienelas fracciones gruesas, que son elevadas hasta unsilo de 100 t. Los polvos y los muy finos, despus deeliminar los gruesos que an contengan, se retiranmediante despolvoreado por va hmeda.

(transporte neumtico, turbomezcladoras, etc.). A-dems de producir piezas de excelente acabadosuperficial, la calcinacin de las resinas en la cola-da por el calor del metal lquido permite un satis-factorio desmoldeo y desarenado.

Por trmino medio, la proporcin a emplear en lasmezclas es:

100 de arena base, 1,5 2 de resina furnica y 40de catalizador (cido fosfrico) sobre resina.

100 de arena base, 2,5 3 de resina fenlica y 0,6 1 de catalizador.

Aqu son aplicables, de manera general, las conside-raciones sobre ventajas, desventajas y precaucionesenunciadas para la arena al cemento y al silicato. Sepuede aadir que la arena base debe estar suficien-temente fra, ya que el calor acelera peligrosamentela velocidad de fraguado. Lo mismo ocurre si la tem-peratura aumenta despus de extraer el modelo.

A continuacin, y a ttulo informativo, se aaden u-nos datos prcticos sobre resinas furnicas Chem-Rez 209, tomados de hojas informativas aportadasen su da por Iberia Ashland Chemical, S.A. (actual-mente ASK Chemicals).

Descripcin:

El Chem-Rez 209 es una resina furnica con un con-tenido medio de nitrgeno, que fragua a tempera-tura ambiente en presencia de un catalizador cido(Catalizador Ashland Chem-Rez 2005 o Chem-Rez2011). La eleccin del catalizador depende de la ve-locidad de curado y economa que se desee.

El Chem-Rez 209 da excelentes resultados parapiezas grandes de hierro gris, y se adapta perfecta-mente a cualquier aplicacin excepto donde se ne-cesita un producto de bajo contenido de nitrgenocomo, por ejemplo, en moldeo de piezas de acero.Combina las ventajas de una resina autofraguantede bajo costo con la excelente fluidez de la arena,tiempos cortos de curado y buena resistencia.

Propiedades fsicas tpicas:

Viscosidad: 40-50 cps

Densidad: 1,19 g/cm3

pH 7

Color: Marrn

% Nitrgeno: < 5

% H2O

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Procedimiento de mezcla:

Las mezclas con Chem-Rez 209 se pueden prepararen mezcladores discontinuos (FIGURA 27 ya vista) ocontinuos (de los que se hablar ms adelante), de-pendiendo del equipo disponible, volumen del mol-de, cadencia de trabajo y vida de banco deseada. Lamezcla discontinua se lleva a cabo aadiendo pri-mero el catalizador a la arena nueva o recuperada.A continuacin se mezcla durante 2 minutos apro-ximadamente o el mnimo tiempo requerido paraconseguir una mezcla, homognea y libre de gru-mos, de arena y catalizador. Finalmente se aade laresina y se mezcla hasta que quede uniformemen-te repartida.

La arena preparada discontinuamente deber u-sarse tan pronto como sea posible, para que se de-sarrolle su resistencia final mxima.

La preparacin en mezclador continuo se lleva acabo introduciendo el catalizador tan cerca de laentrada de arena como sea posible. La resina se a-ade aproximadamente unos 150 a 300 mm des-pus de la incorporacin del catalizador. Para unfuncionamiento ptimo de sta o cualquier otra re-sina autofraguante hay que comprobar la resina yel catalizador, adems de calibrar la arena.

Mezcla de arena aconsejada:

La composicin siguiente se indica como referen-cia. Las necesidades individuales de cada fundi-cin determinarn las proporciones finales de lamezcla. Puede ser:

Arena 50 - 70 AFS 100

Resina Chem-Rez 209 1,5

Catalizador 50% sobre resina

Propiedades tpicas con 17 C de temperatura:

Tipo de resina Chem-Rez 209

% de resina 1,5

% de catalizador 2011 50% sobre resina

Vida de banco 26 minutos

Tiempo de desmodelado 50 minutos

2.4. Sistemas de colada

Es uno de los factores fundamentales en lo que acalidad se refiere. Para la colada en posicin verti-cal de camisas moldeadas en arena hay varios sis-temas fundamentales:

1) Colada por la parte baja de la pieza:

Presenta la ventaja de evitar (FIGURA 34) los fen-menos de turbulencia, aspiracin y erosin, quedan lugar a arrastres de tierra y otros defectos en lapieza. Presenta la desventaja de dar lugar a unpunto caliente en la zona inferior de la pieza, cre-ndose un gradiente trmico desfavorable. Por otraparte, el caldo que va a la mazarota se enfra en sucamino a lo largo de la pieza, lo que repercute enfalta de sanidad de la misma.

Para obviar esto se recurre a la colada por etapas(FIGURA 35) con ataques de colada a distintas altu-ras, de forma que el caldo entra a la cavidad de




Figura 34.

Figura 37. Figura 39.Figura 38.

Figura 36.Figura 35.

ha dado resultados demasiado buenos, adems decomplicar y encarecer el rebarbado.

2) Colada por la parte alta de la pieza:

Es mucho ms ventajosa desde el punto de vistatrmico (promueve gradiente trmico favorable) yde alimentacin, si bien presenta problemas deturbulencia, erosin y aspiracin. Estas dificulta-des se solventan por el empleo de arenas fuertes,tales como las aglomeradas, en combinacin conla utilizacin de la artesa con tapn (la cual puede

molde por el ataque inferior. Cuando enrasa coneste ataque entra por el inmediato superior y des-pus por los siguientes hasta completar el llenado.As se evita tanto la turbulencia como el punto ca-liente inferior. Sin embargo, esto que tericamenteparece tan sencillo no lo es tanto, ya que el hierrolquido tiende a seguir entrando a la cavidad delmolde preferentemente por el ataque ms bajo. Seha intentado remediar esta circunstancia utilizan-do artificios de frenado como bebederos cnicos(FIGURA 36) o ataques con inclinacin inversa (FI-GURA 37). A pesar de estas mejoras, el mtodo no

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tener forma de herradura) en combinacin con sis-temas de lluvia o de cortina (FIGURA 38).

En la FIGURA 10 ya se vi el sistema de colada ver-tical para una camisa de tamao medio o grande.En el semimolde, que se aprecia listo para cerrar,puede verse el macho central, macho-filtro paracolada en cortina, anillos de ajuste y artesa de co-lada. En la FIGURA 39 se muestra cmo quedara elconjunto de la camisa fundida, una vez solidifica-da, desmoldeada y desarenada. En la FIGURA 40puede verse la artesa de colada en el supuesto deque se hubiera llenado hasta arriba de caldo y stehubiera solidificado.

2.5. Operaciones del moldeo

A continuacin se describe de forma somera la fa-bricacin de una camisa, partiendo de la base deque todas las operaciones se hicieran de formamanual. Despus se intentarn describir los equi-pos que contribuyen a mecanizar estas operacio-nes manuales. En las FIGURAS 1, 2, 3, 4, 5 y 6 se pu-dieron ver grficamente las operaciones quecomponen la elaboracin manual de un molde.

1) Colocacin de placa porta-modelo y cajas:

Por medio de espigas de cierre, se ajustan las doscajas a la placa modelo y se atornillan o acuan

Figura 40.

Figura 41.

Figura 42.

entre s estos tres elementos del conjunto. La posi-cin es tal, que las cajas quedan adheridas a am-bos lados de la placa porta-modelos (FIGURA 41).

2) Atacado de la arena:

El moldeador va llenando de arena el semimoldesuperior (A) a pala o mecnicamente; a vecesse dispone previamente una capa de arena de con-tacto cubriendo el modelo.

Simultneamente con la adicin de arena se efec-ta el atacado de la misma, operacin cuya inten-sidad depende del tipo de mezcla que se trate. Hade ser mxima en el caso de arenas aglutinadascon bentonita, menor con arena al cemento y casinula con arenas aglomeradas con resinas furni-cas (FIGURA 42).

Puede hacerse manualmente, ayudndose con ata-cadores neumticos o por medio de mquinassandslinger o de sacudidas (caso de arenas agluti-nadas y algunas aglomeradas de fraguado lento) ymixerslinger (arenas aglomeradas).

Una vez completado el atacado se pinchan los respi-ros que evacuarn los gases del molde en el momen-to de la colada, se rasca y rasea la arena sobrante y seponen las tapas. Las cuales tapas son necesariascuando el tipo de arena empleada (caso de arena alcemento) haga que sta no frage a tiempo de podermanipular el molde sin riesgo de que se desfonde.

A continuacin se voltea el conjunto, con lo que elsemimolde inferior (B) quedar por encima. Sellena de arena y se opera igual que se hizo con elsemimolde A, (FIGURA 43) con lo que ambos se-mimoldes han quedado atacados y en espera defraguado. La disposicin final resultante es la quese ve en la FIGURA 44.

3) Fraguado de la arena:

Es muy importante dosificar los aglomerantes y a-celeradores de acuerdo al tiempo de espera. En elcaso de arenas al cemento hay que prever una zonade almacenaje de moldes en espera de fraguado,preparacin y cierre (remoldeo). Como se dichoanteriormente, el tiempo de espera de fraguado enel caso de cemento depende de la proporcin de a-gua en la mezcla y de las condiciones ambientalesdel taller de moldeo. En cualquier caso, nunca esmenor de 72 horas. Si la forma y distribucin de sis-temas de llenado y alimentacin (bebederos, maza-rotas) lo permiten pueden instalarse soplantes deviento caliente que aceleran el fraguado y secado.

4) Extraccin de las placas porta-modelos:

Es lo que en lenguaje coloquial de taller se llamadesmodelado (lifting). Una vez fraguado el mol-de se sueltan grapas, chavetas y tornillos y, pormedio del puente-gra, pescante o polipasto demoldeo, se levanta uno de los dos semimoldes, quese voltea y deposita sobre el suelo con la cavidadde molde hacia arriba. Despus se extrae cuidado-samente la placa porta-modelos, evitndose en lo

Figura 43. Figura 44. Figura 45.

posible las roturas de arena del molde. Si se traba-ja con arena al cemento ha de verificarse el secadocompleto del molde antes de continuar operando.

La extraccin de la placa con sus dos semimodelosno debe plantear problemas especiales puesto quela forma de los modelos de camisas les da buenasalida incluso con arenas fuertes. Si hubiera difi-cultades, stas se solventan golpeando con una ma-za mientras el puente gra, prtico o pescante ha-lan de los elementos (semimoldes y placa) aseparar. Algunas placas modelo cuentan con dispo-sitivos de sujecin de vibradores neumticos o elc-tricos que facilitan el desmodelado y evitan roturasde molde, especialmente en aristas o esquinas.

Estas operaciones, y las que les siguen, son muyprolijas y exigen tiempo. La ocupacin prolongadadel puente gra principal es perjudicial para la or-ganizacin y productividad del taller de moldeo;por ello es conveniente mecanizar individualmen-te los puestos de trabajo con puentes gra ligeros anivel inferior al de los principales, prticos, plumaso pescantes (FIGURAS 45, 46 y 47).

Con esto ya se tienen los dos semimoldes libres yla placa portamodelos lista para llevarla a moldearotra pieza.

Si el material de molde es arena aglutinada conbentonita y estufado posterior (cosa harto infre-cuente hoy da) hay que introducir los dos semi-moldes en una estufa, dibujo esquemtico de lacual se puede ver en la FIGURA 48.

5) Arreglo y pintado del molde:

Se reparan las roturas que pudieran haberse produ-cido y se pinta el molde con pinturas flameables decirconio o grafito al alcohol isoproplico. Adems delos componentes refractarios estas pinturas tienenuna laca que se carameliza por el calor del flameadoy deja una capa hermtica protectora. La pintura se


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aplica a brocha, moa o pistola-spray de aire com-primido. Despus de pintar se prende la pintura y secompleta el secado de sta por medio de un meche-ro de gas o hisopando ms alcohol sobre el molde.

Figura 46.

Figura 47.

Figura 48.

Paralelamente se pinta y flamea bien el macho, de-jando sin pintar las portadas o asientos de ste parano quitar permeabilidad. Se pintan y flamean las"galletas" y machos que van a constituir el sistemade colada en cortina o lluvia. Finalmente, en elsemimolde inferior B se coloca y soporta el machocentral y los del sistema de colada (galleta-filtro,etc), casquillos de hierro de bebederos, etc., con loque el molde ya est listo para cerrar.

6) Cierre del molde:

Se voltea el semimolde superior A y se cierra, in-vertido, sobre el inferior B. Es conveniente utili-zar mastique, masilla o cordones de cierre paraasegurar hermeticidad del molde y evitar fugas delcaldo, especialmente temibles en el caso de coladavertical. Se engrapan, acuan y atornillan ambossemimoldes. La operacin se completa cuando lagra transporta el molde y lo coloca, en posicinvertical segura, en el foso de colada. Se termina es-ta operacin instalando los tapones-buza y su me-canismo de accionamiento por palanca, quedandoya el molde listo para ser colado. La operacin decolada es ms sencilla si los moldes cerrados sedisponen en un foso lo suficientemente profundo,para no tener que elevar la cuchara hasta una posi-cin tan alta que dificultara e hiciera incmoda ypeligrosa la operacin de colada.

7) Colada:

Se calcula la capacidad (peso) de la pieza, de formaque no falte caldo, pero tampoco sobre demasiado,llenando algo ms la cuchara para mayor garantay seguridad en caso de emergencia (fugas, perfora-ciones). Una vez llena la artesa y retirada la cucha-ra se abren los tapones despegndolos de los ani-llos de ajuste. Este sistema es bastante parecido alde buza y tapn de las cucharas de colada de ace-ra. Cuando comiencen a salir gases se les prendefuego para facilitar su salida tranquila. Se deja salirpor el respiro el caldo sobrante, disponiendo lascosas para que no haya proyecciones.

8) Desmoldeo:

Una vez fra la pieza se sueltan grapas y tornillos,se abren las semimoldes y se separan.

De la zona de colada se lleva a la de desmoldeo. Es-ta operacin puede hacerse mediante un balancndotado de un vibrador (avin se le llamaba en lafundicin en que trabaj uno de los autores) quedescarga la pieza y arena sobre una parrilla fija (FI-

GURA 49) o sacudiendo en una gran parrilla dotadade aspiracin de polvo (FIGURA 50).

Se completa el desarenado. De esta forma la piezay su sistema de llenado y alimentacin quedan li-bres. Se parten a martillazos las bajadas de los be-

bederos y respiros para facilitar el corte posteriorde la mazarota.

9) Limpieza y rebarba:

Por chorro de arena, agua o granalla se elimina to-da la arena adherida. Para finalizar, se lleva a untorno, en el que se corta la mazarota y se hace elmecanizado de desbaste de la camisa si fuera exi-gido por el cliente. El sistema de colada en bloquese enva al parque de materiales de carga del hor-no de fusin para ser refundido en pieza similar.

2.6. Mecanizacin de operacionesdel moldeo

Los avances en la industria de fundicin se hanproducido gracias a la aplicacin de mquinas paradiferentes trabajos. La mayora de las mquinas(entre ellas las de moldeo) comenzaron a desarro-llarse a partir de 1900. Muchas operaciones ante-riormente manuales se llevan a cabo ms rpida-mente y con mayor calidad con mquinas (siemprese ha dicho que la mquina es superior al hombre,que para eso la ha diseado y construdo). El mol-deo manual suele ser lento, laborioso y no unifor-me. Los moldes hechos a mquina son ms lisos ylas piezas resultantes ms uniformes. Se alcanzams productividad y se disminuyen los defectos.

A lo largo de este estudio se ha dicho varias vecesque nos encontramos ante la fabricacin de unaspiezas cuyas dimensiones considerables obligan aque las operaciones unitarias sean manuales. Sinembargo, hay facetas del proceso que pueden me-canizarse como, por ejemplo, el transporte de cajasy moldes, el llenado de arena e, incluso, el atacadode la misma. As, hay mquinas que slo realizanel atacado, como las de sacudidas, otras slo des-modelan. Hay mquinas que llenan el molde de a-rena y lo atacan, como las sandslingers y otras quemezclan la arena y la lanzan al molde, como lasmixerslingers o turbomezcladoras. Estas solucio-nes de mecanizacin se tratarn a continuacin.

El atacado mecnico de la arena en equipos con-vencionales puede ser por proyeccin, sacudidas,prensado, soplado y golpe de ariete; otras mqui-nas realizan la inversin del molde o el desmode-lado. La mayora efectan tambin la combinacinde ellas. Adems del moldeo tambin se mecani-zan otras operaciones como el transporte de la are-na y la manipulacin de cajas y moldes, llegndoseincluso a automatizar algunas operaciones.

Figura 49.

Figura 50.


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de la mquina va por la cinta del brazo inicial hastala articulacin con el brazo segundo donde vierte laarena de moldeo en este brazo. En l, otra cinta lalleva hasta el cabezal con la turbina proyectora. Al-gunas marcas tpicas han sido Beardsley-Piper, Ba-dische Maschinenfabrik Durlach o Femwick, entreotras.

El principio de funcionamiento del cabezal proyec-tor de la mquina se puede ver en las FIGURAS 52 y53. El cabezal consiste en una carcasa en cuyo inte-rior hay una turbina que gira a gran velocidad(1.200 1.800 rpm). La arena de moldeo llega me-diante una cinta transportadora a travs de una a-bertura practicada en una de sus dos caras. Cae so-bre la paleta de la turbina y es proyectada a granvelocidad en forma de grumos aislados, a travs dela abertura perifrica tangencial, contra el modeloque est dentro de la caja de moldeo.

El conjunto sufre un gran desgaste por abrasin, ypara minimizarlo se dispone una camisa de chaparevestida de cromo duro de gran resistencia al des-gaste, adherida a la banda interior del cabezal. Loscazos proyectores se fabrican aparte, en fundicinde gran serie (moldeo mecnico o shell-moulding)con acero alto en carbono como material constitu-tivo. Aqu se plantea la disyuntiva de hacerlos muyresistentes (ms caros) o muy baratos, aunque du-re slo unas horas cada cazo.

2.6.1. Mquinas sandslinger

Estas mquinas estuvieron en su da entre las msrentables empleadas en taller de moldeo.

Pueden llenar cajas de cualquier tamao y compac-tar la arena de moldeo, emplendose en produccinde piezas en serie o unitarias, en tamao medio,grande o muy grande. Operan con alto rendimiento,llenando y atacando los moldes en caudales de 60m3/h de arena aglutinada con bentonita. Existe ladesventaja de que la mquina slo llena y ataca, sindesmodelar ni manipular los moldes elaborados. Enalgunos casos se emplea con arena al cemento,aunque este sistema obliga a limpiar todas las par-tes de la mquina para no dejar que frage arena enella.

La mquina sandslinger tiene un brazo grande, u-no de cuyos extremos est articulado al eje princi-pal de la mquina. En el extremo contrario de esebrazo se articula otro pequeo dotado tambin demovimiento de giro. El conjunto se instala sobre u-na bancada en la cual puede girar en el plano hori-zontal el brazo grande. En el extremo del brazogrande puede girar, tambin en un plano horizon-tal, el brazo pequeo, que tiene en su final el cabe-zal proyector (FIGURA 51).

Cada uno de los dos brazos tiene una cinta trans-portadora. La arena de la tolva emplazada en el eje

Figura 51.

El mando puede efectuarse a mano, desde tierra,accionando dos palancas, o desde un asiento fijadoa la turbina; en los tipos ms grandes, con un panel

de maniobra y, en los modelos ms sofisticadosautomticamente segn un orden programado. Enmquinas muy grandes el maquinista est sentadoen un asiento solidario con el cabezal de atacado,en el que sobrevuela el molde en vas de atacado,a la vez que maneja los mandos.

El operario maneja una palanca con sistema hi-drulico de mando, similar al que tienen las avio-netas, de forma que el conjunto del cabezal repro-duce exactamente los movimientos que efecta lapalanca.

En lo que concierne a diseo, caractersticas y fun-cionamiento de las mquinas sandslinger puedenhacerse algunas puntualizaciones:

La inercia de la arena de moldeo lanzada por elimpulsor al impactar contra el modelo realiza elefecto compactador.

Esta homogeneidad es independiente de la pro-fundidad de la caja y de la altura del cabezal pro-yector sobre ella.

La intensidad de atacado viene controlada porla velocidad de rotacin de la turbina impulso-ra, unas 1.200 1.800 rpm (a veces ms).

La sandslinger est adaptada especialmente amoldes de piezas desde medias hasta muy gran-des. El rendimiento y tamao de la mquina de-pende de que sta sea estacionaria o mvil y delvolumen de los moldes a atacar.

La capacidad de proyeccin de estas mqui-nas es de 200 280 dm3 de arena por minuto,(alrededor de 15 20 t/h). La arena se proyectaa una velocidad lineal aproximada de 3.000m/min.

Aunque la mquina sandslinger fue diseadaespecficamente para ser empleada con are-nas aglutinadas, arenas de buena fluidez (ce-mento, por ejemplo) tambin son vlidas parasu empleo en slingers. Hay que mantener laprecaucin de limpiarla despus del trabajopara evitar que frage arena en piezas mvi-les.

En el caso de las arenas aglutinadas, la bentonitasdica tiene una propiedad conocida como tixotro-pa, que se define como la tendencia en un gel devolver a estado de suspensin slida cuando se a-gita (en el cabezal proyector) y vuelve a ser gelcuando descansa, lo cual favorece la fluidez y, porconsiguiente, el efecto de atacado.

(Continuar)

Figura 52.

Figura 53.


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Las mquinas sandslinger pueden ser estaciona-rias o mviles. En las estacionarias es el molde (detamao pequeo o medio) el que se traslada a ydesde la mquina. La arena llega a la tolva de lamquina proyectora por una cinta transportadoradirectamente de la planta de preparacin de are-nas. Si los moldes son de gran tamao la mquinaes mvil, autotransportada, desplazndose por ra-les a lo largo del taller. Se alimenta de arena conte-nida en tolvas recambiables que se llenan en unaestacin alimentada por cintas que vienen desdela planta de preparacin de arenas.

Las cabezas de atacado van montadas en un brazoque gira alrededor de un eje vertical, lo que permitedirigir el chorro de arena contra cualquier parte delmolde. Las cajas a rellenar se disponen a ambos la-dos de la va por la que se desplaza la mquina.

Aunque se trata de un proceso de moldeo casi ma-nual, pueden mecanizarse sus movimientos si sedispone una lnea de trabajo y movimiento de ma-teriales. Una lnea clsica de este tipo, llamadaHydra-Mold, de Beardsley-Piper consta de los si-guientes equipos:

La proyectora sandslinger propiamente dicha.

Carrusel Roto-Mold, que es una mesa giratoria(Turntable). Esta mesa es de barras para que nose acumule arena en ella (FIGURA 54). Sobre ellase colocan las placas modelo y cajas que se vana moldear. Sobre su vertical se mueve el cabe-zal de la proyectora de arena.

En la mesa se inserta la inversora Roll-a-Draw

(vista en detalle en la FIGURA 55) que efecta eldesmodelado de los moldes.

La inversora-volteadora est conectada con los ca-minos de rodillos, comandados o locos, o bandejassobre rales, en los que se efecta la preparacin,cierre, colada, enfriamiento y desmoldeo, as comoel retorno de cajas vacas (FIGURAS 56 y 57). Puedehaber una instalacin para secado de los moldes(si se trabaja en estufado). Las placas, cajas y semi-moldes se trasladan en un transportador. ste pue-de ser de rodillos comandados por motores elctri-cos o de bandejas movidas por accionamientoshidrulicos o elctricos sobre carriles.

El conjunto trabaja as:

En la posicin de partida de la mesa giratoria se co-loca la placa modelo sobre una plancha o bandejalisa; se aplica al modelo un despegante que faciliteel desmodelado. Despus se cubre con una capa dearena de contacto. Estas operaciones atendidas porun pescante o puente gra ligero de maniobra. Acontinuacin se cuelgan los ganchos, si fueran ne-cesarios, de los nervios de las cajas; se ataca la are-na de contacto, si la hay. En la posicin siguientede la rueda la sandslinger proyecta la arena de re-lleno. Despus se ataca adicionalmente la superfi-cie superior del semimolde, se rasea y quita el so-brante de arena, se practican con una aguja losrespiros y se extraen los modelos de bebederos ymazarotas, si no hay que esperar a fraguado.

Despus, mediante la mquina inversora Roll-a-Draw se invierte el semimolde y se extraen del




Figura 54.

Figura 57.

Figura 55. Figura 56.

ms operaciones que constituyen lo que se llamapreparacin y cierre. El molde cerrado queda enespera de colada, enfriamiento, desmoldeo y retor-no de cajas, cada etapa en su zona respectiva.

En estas lneas se pueden moldear cajas de unalongitud de hasta: 2.000 3.000 mm, 1.000 2.500mm de anchura y 300 900 mm de altura. La masamxima del semimolde es de unos 2.000 kg, aun-que instalaciones especialmente diseadas pue-den superar estas cifras. La carrera de extraccindel modelo (con una altura de la caja de moldeo de900 mm) es de 630 mm. El rendimiento de la lneaviene a ser de cuatro semimoldes por hora, depen-diendo del grado de mecanizacin de las operacio-nes auxiliares.

Cuando el moldeo es con arena aglomerada concemento los tiempos de espera de fraguado im-puestos por esta composicin no permiten un em-pleo eficiente del conjunto Hydra-Mold, por lo queel atacado de los moldes se hace en el suelo, en elcual quedan hasta completar el fraguado. Todaslas operaciones suelen ser realizadas por transpor-tadores areos.

Si se moldea en arena al cemento puede emplearseuna hormigonera para preparar la mezcla y des-cargarla en el molde. Previamente hay que rellenara mano perfectamente todos los recovecos quetenga el modelo, para evitar ulteriores penetracio-nes del caldo en la arena. Se ataca la arena hastaenrasar todas las salidas de gases y se colocan lastapas de las ventanas de atacado, si las hay, tal co-mo se vi en las FIGURAS 42, 43 y 44. Despus sevoltean las cajas, invirtiendo su posicin; esta ope-racin se facilita con cajas cilndricas, que haceninnecesario el puente-gra o pescante para el vol-teo. La caja an no atacada queda encima. Se ope-ra como en la caja anterior hasta enrasar. Es preci-

mismo los modelos. El semimolde girado abando-na el camino de rodillos de esta mquina y llega alsistema transportador de rodillos o bandejas haciael camino de rodillos mecanizado. All se le dan lostoques de acabado a los semimoldes y se preparanpara el secado, si lo hay. En las posiciones siguien-tes se secan los moldes si es preciso (a extinguir).Ayudndose de los equipos de manutencin sepintan y flamean molde y machos, se colocan s-tos y sus soportes, se arreglan desperfectos y de-

Junio 2011 / Informacin

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so tener la precaucin de insertar previamente pie-zas desmontables que una vez extradas dejarnlos huecos para los canales de evacuacin de gasesy caldo sobrante.

En algunas fundiciones se ahorra arena y aglome-rantes intercalando trozos de otros moldes o ma-chos anteriores entre la arena fresca. En otras elrelleno se hace con trozos de coque, de forma quese aumenta la permeabilidad y capacidad de disi-par gases en la colada. Slo se ataca con arena a-glomerada fresca la capa de contacto con el mode-lo. Puede decirse que el conjunto queda como unmolde de cscara de gran tamao; el resto del mol-de se rellena, hasta completar la capacidad de lascajas, con bloques desmoldeados, coque, granza ocantos rodados del tamao aproximado de una al-mendra.

Al desmoldear el molde colado, una vez fundido yfro, la costra se manda al escombro (si no hay re-cuperacin de arena) y las piedrecillas se recupe-ran para volver a utilizar en moldes posteriores.Este sistema presenta mltiples ventajas, entre lasque se pueden citar las siguientes:

Bajo consumo, de arena nueva y aglomerantes.

Reduccin del tiempo de atacado del molde.

Permeabilidad del molde y disipacin de gasesen la colada.

Las piedras redondas son ms fciles de manipular(llenado o vaciado del molde con ellas) que el co-que o los trozos de machos.

Los machos suelen hacerse en la misma seccindonde se moldean, preparan y cuelan los moldes.Cada seccin tiene su mezclador propio con su dis-positivo de carga y dosificacin de ingredientes. Encada mezclador hay una tabla de mezclas con dosisexactas. Los machos pequeos (en silicato, resinasfurnicas, caja caliente, cscara) se hacen en ma-chera aparte. Algunas fundiciones los encargan alexterior para no diversificar innecesariamente lascomposiciones y equipos de preparacin de arenas.

Los enfriadores, armaduras y otros accesorios me-tlicos se construyen bajo plano en talleres apartede forma que los moldeadores y macheros slotengan que realizar su propio trabajo especializa-do. Los enfriadores internos han de estar perfecta-mente granallados, lijados e incluso pulidos. El es-taado de los accesorios (soportes de machos,enfriadores internos) que van a quedar sumergidosen el caldo ha de ser de gran calidad.

Las camisas llevan enfriadores de contacto (enfria-dores externos, FIGURA 16 ya vista) en forma decoronas circulares o segmentos circulares dispues-tos alrededor de las partes masivas que quedan enlas zonas inferiores. El objeto de los enfriadores esacelerar el enfriamiento de las zonas masivas de lapieza para tener solidificacin uniforme y exentade defectos de contraccin. Estos enfriadores seclavan al molde por medio de barrenos. Las cami-sas de dos tiempos llevan entre los machos de laslumbreras unas barras corrugadas muy bien suje-tas que hacen de enfriadores (enfriadores internos,FIGURA 58). Estos enfriadores externos evitan omitigan el efecto desfavorable de ltima solidifica-cin en los cruces de nervios entre lumbreras.

2.6.2. Mquinas de moldeo por sacudidas

Una mquina de moldeo se puede definir como unsistema que consta de varias piezas interrelaciona-das cuya funcin es transmitir y modificar variasfuerzas y movimientos que coadyuven a la cons-truccin de un molde de arena. Las caractersticasde la mquina son:

La mesa de la mquina tiene atornillada a ella (a-randelas Grover) la placa modelo. Sobre la placa secoloca la caja de moldeo que se llena con la arenaque cae de una tolva emplazada sobre la mquina.El fundamento de movimiento del conjunto es encierto modo como el de un cilindro de motor dedos tiempos (FIGURAS 59 y 60). La mesa de la m-quina, y la placa solidaria con ella, se elevan con laayuda de aire comprimido a 0,6 MPa (6 Kg/cm2)hasta que el mbolo de la mesa descubre la lum-brera de escape. En ese momento cesa la presin yel mbolo con el conjunto de la mesa caen contrael yunque de la mquina, repitindose el ciclo ele-vacin-cada. Al chocar, la fuerza viva de la arenase amortigua y tiene lugar la compresin de la are-na en la caja. Con sucesivos golpes se alcanza lacompresin requerida de la arena en la caja.

Las operaciones bsicas realizadas por una mqui-na de moldeo tpica incluyen, de una forma gene-ral, atacado de la arena, inversin del molde ataca-do (en algunas mquinas) y separacin del modelo.As, las mquinas de moldeo se nombran segn lasoperaciones especficas que van a realizar.

El atacado o compactacin de la arena es quiz lafuncin bsica ms importante de la mquina. Elsistema de sacudidas es una de las diferentes solu-ciones que la mquina escoge para el atacado de laarena.


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Como se ha dicho, como resultado del apisonadopor percusin se obtiene una compresin irregularde la mezcla de moldeo en la caja; la mxima com-presin se alcanza en la capa que se encuentra al-rededor del modelo, ya que en ella con los choquesacta la fuerza de inercia de toda la masa del ma-terial de moldeo que se encuentra por encima.

En las zonas ms lejanas del modelo el grado dedensidad de la arena se reduce, ya que la capa su-perior de arena no se comprime. Para comprimirlas capas superiores de arena se suele utilizar, enlas cajas de tamao pequeo o medio, un prensadoadicional, y para las cajas medias y grandes el api-sonado a mano o con pisn neumtico, as como lapercusin con un peso en forma de plancha colo-cada encima de la arena.

En la FIGURA 61 puede verse una mquina de sa-cudidas de grandes dimensiones Badische Maschi-nenfabrik Durlach. En su tiempo esa mquina reci-bi en taller el nombre coloquial de la mquina delas baeras.

En la FIGURA 62 puede verse la solucin mecnicade sujecin y gua de las piezas componentes delmoldeo: Mesa de la mquina, placa modelo y cajade moldeo. Ha de tenerse en cuenta que esta suje-cin debe ser a prueba de golpes y vibraciones.

La forma de la camisa hace que sea una pieza dedos mitades idnticas, lo que facilita el modelaje,ya que basta tener un semimodelo con el que se

La operacin es as:

El conjunto de la caja se eleva y deja caer inter-mitentemente para aprovechar la inercia de lamasa de arena.

El grado de atacado de la arena es mximo en elnivel en que el modelo y la arena estn en con-tacto, es decir, la interfase modelo-arena

En cierto modo el grado de atacado vara con laaltura de cada y la profundidad de la arena enla caja de moldeo.

Slo una parte del molde se maneja en cadamomento cuando se emplea moldeo por sacu-didas.

Puede emplearse el mtodo de sacudidas solo oen combinacin con otras operaciones comoson las mquinas jolt-squeeze (sacudidas yprensado), jolt-pin-lift (sacudidas y elevacinpor velas), jolt-rollover-draw (sacudidas yvolteo) y otras.

Una mquina de sacudidas hace que la mesa de lamquina se sacuda a una velocidad que puede va-riar entre 10 y 200 impactos por minuto, con unacarrera de 30 100 mm, para atacar la arena enmoldes de hasta 800 mm de altura.

Estas mquinas son de funcionamiento duro parael equipo; la densidad de atacado no es homog-nea en toda la masa del molde, lo que las hace msaptas para moldeo de superficies horizontales quepara piezas profundas e intrincadas.


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hacen ambos semimoldes. Esto hace tambin queen contra de lo que sucede normalmente se nece-site una sola mquina, la cual va elaborando alter-nativamente partes bajas y partes altas.

En estas mquinas se coloca la caja y se echa mate-rial despegante sobre el modelo. Despus se cubreste con arena de contacto para mejorar la calidadsuperficial de las piezas. Se abre la boca de tolvapara que caiga la arena de relleno sobre el molde, a

la vez que se acciona el mando de atacado de lamquina. En la parte superior del semimolde secompleta el atacado con un pisn o atacador neu-mtico; despus se rasca la arena sobrante y se ra-sea el molde. Si fuera parte alta se extraen losmodelos de bebederos, respiros y mazarotas queestuvieran incrustados en la arena del molde.

Para el desmodelado la mquina tiene unas velasque suben y efectan el desmodelado o separacindel semimolde elaborado de su placa modelo.Cuando se ha elevado el semimolde se transportapor el puente gra hasta la estufa (si an se trabajacon arena seca) o a la zona de preparacin y cierreque debe estar dotada de elevadores (plumas, pes-cantes, puentes gra ligeros) para ayudar a las o-peraciones de remoldeo. Se pinta, flamea, se co-locan machos y piezas del sistema de colada y setermina cerrando el molde y llevndolo al foso decolada.

Algunas de estas mquinas de grandes dimensio-nes tienen, adems del sistema de extraccin delmolde, otro de volteo, de forma que despus dedesmodelar, el semimolde se voltea y queda sobrela mesa de la mquina en posicin hacia arriba, lis-to para las operaciones de preparacin y cierre.Son las mquinas llamadas reversibles, especial-mente indicadas para piezas profundas e intrinca-das. Lo que asciende en el desmodelado es la placamodelo, con lo que se evitan roturas en el semi-molde.

Es conveniente complementar el transporte areo,con gra y dems, citado varias veces, con un sis-tema de caminos de rodillos o bandejas sobre ra-les, dotados ambos de medios mecnicos de co-mando, carros transfer y otros equipos auxiliares.

2.6.3. Mquinas mixer-slinger:

Tambin reciben los nombres de turbomezclado-res o mezcladores continuos. Se utilizan casisiempre con resinas. A diferencia de las sandslin-gers, las mixer-slinger son siempre fijas; son lascajas y moldes quienes se desplazan, a y desde lamquina.

La preparacin de mezclas de endurecimiento enfro con resinas sintticas se efecta en estas m-quinas que tienen ejes provistos de paletas o heli-coidales (tornillo de Arqumedes) que giran a unavelocidad de 30 36 rpm. En las FIGURAS 31, 32 y33 se vieron esquemas de la mquina y sus carac-tersticas.


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Figura 61.

Figura 62.

Ordinariamente las mezclas se preparan segn lasiguiente secuencia:

En la seccin inicial de la mezcladora, donde cae laarena base desde su tolva, llega esta arena y el ca-talizador dosificado y se mezclan minuciosamentedurante 2 2,5 min. Despus, se carga la resina a-glomerante con el dosificador en el extremo finalde esta seccin primera de la mezcladora de la cualse descarga a la seccin segunda. Finalmente, lamezcla se prepara en la seccin segunda de lamezcladora, donde tiene lugar el mezclado de la a-rena, el catalizador y el aglomerante durante 1,5 2 min. La mezcla preparada va cayendo sobre laplaca modelo o caja de machos.

El transporte de placas modelo, cajas de moldeo ysemimoldes es muy variable en lo que respecta asu grado de complejidad y mecanizacin. Lo mssencillo es transportar con la gra el semimolde a-tacado hasta la zona de preparacin y cierre. Pue-


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Figura 63.

den emplearse tambin equipos parecidos a losdescritos para la proyectora sandslinger, como me-sas rotativas, caminos de rodillos o bandejas sobrerales, todos ellos comandado por sistemas elctri-cos o hidrulicos. En las FIGURAS 63 y 64 se ve unesquema de planta para trabajo con resina as co-mo el diagrama de proceso, movimientos e identi-ficacin de puestos de trabajo. Esta planta, con al-gunas variaciones de detalle, es susceptible deaplicarse al moldeo de camisas.

En las FIGURAS 65, 66, 67, 68, 69 y 70 se tienen es-quemas de regeneradoras de arena aglomerada, Lonormal es hacer la capa de contacto con mezclabasada en arena nueva y el relleno con mezcla pre-parada con arena recuperada. Esto implica que so-bre la mquina mixerslinger hay dos tolvas, unapara arena base nueva y otra para arena recupera-da, con vlvulas de tajadera, accionadas a mano oreumticamente, para que caiga uno u otro tipo dearena.


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Figura 64.

Figura 65. Figura 66.

(Continuar)


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Fabricacin de camisaspara motores disel (y Parte 5)PPoorr SSuussaannaa ddee EElloo ddee BBeennggyy;; EEnnrriiqquuee TTrreemmppss GGuueerrrraa;; DDaanniieell FFeerrnnnnddeezz SSeeggoovviiaayy JJooss LLuuiiss EEnnrrqquueezz

Si algn lector necesita alguna imagen ampliada, comunquenoslo a [email protected] se le enviar a mayor tamao.

Figura 67.

Figura 70.

Figura 68.

Figura 69.

2.7. Variantes del mtodo para camisasgrandes

En su tiempo, las fundiciones alemanas y centro-europeas contaban con excelentes arenas natura-les para el moldeo, por lo que no necesitaban utili-zar en gran escala el moldeo con arenas msfuertes. Estos materiales (que no precisan de sacu-didas para extraer la placa modelo) tienen unabuena constancia de medidas. Los machos para ca-misas muy grandes se hacan de barro o de arena

se vi que la placa modelo tiene los salientes quedejarn en el molde los huecos en los que se hande alojar estos enfriadores externos.

En la FIGURA 71 se describe la tcnica empleada pa-ra una camisa M.A.N. de 300 kg de peso neto. Moldede arena aglutinada estufado posteriormente; ma-cho de arena autofraguante de estufado. Como se hadicho en epgrafe anterior, hoy da estas composicio-nes de arena han sido sustitudas por las aglomera-das basadas en resinas de caja fra. La pintura utili-zada es grafitada de alta calidad. Para evitararrastres, las bajadas del bebedero y los respiros sehacen insertando tubos de material cermico refrac-tario de 60 mm de dimetro para el bebedero y de 40mm de dimetro para los respiros. Los ataques estndispuestos en cortina, y el peso de la mazarota dealimentacin para esta camisa es de unos 100 kg, loque indica un buen rendimiento de alimentacin.

La FIGURA 72 describe una camisa tipo M.A.N., de1.000 kg de peso neto y 900 kg de mazarotaje; las a-renas utilizadas son similares a la anterior. El siste-ma de colada empleado ahora es de artesa con unpocillo central del que, por rebose, fluye el caldo aunos orificios (sistema de lluvia) que vierten direc-tamente a la mazarota sin que haya canal distribui-dor. El moldeo se hace, dadas sus grandes dimen-siones y la excelente salida del modelo, en cajassuperpuestas en lugar de hacerlo longitudinalmen-te en semicajas; esto se debe a que las cajas seran

al cemento. Se cuidaba mucho la calidad de las a-renas, el estaado o pulido de los soportes del ma-cho, etc. En general, trabajaban con una gran cali-dad de materiales y procesos. Un ejemplo tpicoera la casa M.A.N. de Augsburgo.

Las camisas se moldean de forma similar al procesohasta ahora descrito, es decir, en dos semimoldesque se cierran y se cuelan despus en posicin verti-cal. La placa portamodelos lleva el modelo de la pie-za propiamente dicho junto con los modelos corres-pondientes a portadas de machos, anillo distribuidory bajadas de los bebederos, esta ltimas diametral-mente opuestas entre s. La holgura que hay entre elmacho central y la "galleta" o macho filtro para cola-da en cortina oscila entre 3 mm en camisas peque-as y 8 mm en camisas grandes. La artesa de coladatiene forma de media corona circular, teniendo lasbajadas de los bebederos posicionadas en los extre-mos del dimetro tal como puede apreciarse en lasFIGURAS 38, 39 y 40 anteriormente vistas.

Se sigue la prctica de llenar la artesa con todo elpeso de caldo calculado para la pieza, ms el co-rrespondiente a su sistema de llenado y alimenta-cin. Cuando todo el caldo ha llenado la artesa seabren los tapones por medio de un mecanismo ar-ticulado y mando seguro. Estas camisas presentanformas masivas en su parte inferior, que tienden asalir rechupadas. Para obviar esta dificultad se em-plean enfriadores externos de forma anular, que sesujetan al molde por pinchos. En la FIGURA 15 ya


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Figura 71. Figura 73.Figura 72.

carsimas y a que habra, por otra parte, riesgo deque por la elevada presin ferrosttica se reventarael molde y se fugara el caldo.

En la FIGURA 73 se puede ver el molde de una cami-sa inferior, de 700 kg de peso y 600 kg de mazarotaje.Se funde tambin en cajas mltiples superpuestas.Molde y macho de arena autofraguante para estufa.

En todos estos casos resulta por lo menos sorpren-dente que se trabaje con tanto peso de mazarotajeen comparacin con el peso de pieza neta, pocofrecuente en piezas de fundicin gris coladas verti-calmente; Esto parece deberse al objetivo primor-dial que es garantizar la sanidad de la pieza y laausencia de poros o defectos de contraccin que sedescubriran al mecanizar.

En el caso de motores de dos tiempos, las cosas secomplican. Las culatas de motores de dos tiemposson ms fciles de moldear y fundir que las de cua-tro tiempos, mientras que hay ms dificultad en elmoldeo de camisas de dos tiempos debido a la nece-sidad de practicar las lumbreras de admisin y esca-pe. Es decir, lo que se simplifica en la culata se com-plica en la camisa. Las lumbreras salen en bruto decolada mediante machos que pueden montarse in-crustados en el central y solidarios con l (FIGURA74) o sujetarse a la pared del molde (FIGURA 75).

Se toman precauciones extremas para la coloca-cin de estos machos. Es preciso sujetar perfecta-mente el conjunto de machos al central o a la pareddel molde para evitar penetracin del caldo por lasjuntas; este defecto, adems de encarecer el meca-nizado, dara lugar a filetes de enfriamiento y aris-tas templadas. Por otra parte, hay que asegurar laestanqueidad de los conductos de escape de gasesde estos machos, ya que su defectuosidad dara lu-gar a poros y sopladuras que inutilizaran la pieza odaran lugar a prdidas en la prueba de presin. Lascamisas Sulzer, fueron en su da ejemplo de difcil ydelicada fabricacin.


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Figura 76.

Figura 77.Figura 74. Figura 75.


33

Figura 78.

Figura 79.

Figura 80.

Figura 81.

Figura 82.

Figura 83.

Otro problema originado por las lumbreras es el deacumulacin de calor en puntos calientes de lti-ma solidificacin. Para solucionarlo se hace uso delos enfriadores internos, que igualan las velocida-des de enfriamiento de toda la masa metlica quesolidifica, en la cual quedan embebidos, llegando afundirse con ella (FIGURA 58, ya vista). Hay que to-mar precauciones; los enfriadores deben estar per-fectamente pulidos, desoxidados y exentos de hu-medad. Con esta tcnica se evitan rechupes y otrosdefectos de contraccin.

2.8. Trabajo en una fundicin britnica

A continuacin se revisan los mtodos en una fun-dicin britnica de piezas para construccin naval,especialmente motores marinos de hasta 20.000HP de potencia (2.900 HP por cilindro) con camisasde 360 a 950 mm de dimetro interiors, fundidasen moldes elaborados con resina furnica con ci-do fosfrico como catalizador. En la FIGURA 76puede verse que el macho se ha atacado en posi-cin vertical en una caja en dos mitades. En sucentro el macho lleva un tubo de refuerzo con agu-jeros para venteo.

Con la sustitucin de arena aglutinada por aglome-rada el tiempo de fabricacin del macho pas de sertres o cuatro das a reducirse a unas pocas horas.

Para no frenar el trabajo de otras secciones por ocu-pacin de puentes-gra, los machos se hacen en ta-ller aparte y se trasladan hasta la zona de cierre ylos fosos de colada mediante un carro transfer.

Las camisas fabricadas pesan, en bruto de colada ycon su sistema de alimentacin (3 t), unas 9,5 t, conla composicin siguiente: 3,4 % carbono, 0,9 % sili-cio, 0,6 % manganeso, 0,12 % azufre, 0,25 % fsforo,1,00 % cobre y 0,15 % vanadio.

La pieza (FIGURA 77) se hace con una mazarota su-perior muy alta y otra inferior que garantiza sani-dad y ausencia de contraccin en la zona de lum-


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Figura 84.

Tabla 1.

3. FUSIN Y COLADA

3.1. Composicin qumica

La eleccin de los materiales para la construccinde motores Diesel es tanto ms delicada en cuan-to que las presiones, temperaturas y contenido deazufre de los gases producidos en la combustin

breras. Se disponen tambin enfriadores que en al-gunos casos se refrigeran por circulacin de agua.En la FIGURA 78 puede verse la pieza, una vez cor-tada la mazarota y con los enfriadores an sin se-parar. Despus se cambi el diseo y las cmarasse mecanizan a partir de metal macizo (FIGURA79). Una vez mecanizada totalmente, la camisa tie-ne el aspecto que muestra la FIGURA 80.

Ms recientemente se han simplificado los mto-dos de trabajo y sistemas de colada. As se han su-primido las mazarotas situadas bajo las lumbrerasy en lugar de combinacin de canales de llenadopor arriba y por abajo, ahora hay una artesa de co-lada cuya capacidad permite contener todo el cal-do que se va a llevar la pieza y el sistema de ali-mentacin. Las FIGURAS 81, 82 y 83 muestran tresfases de la fabricacin segn este procedimiento.

El caldo sale de la artesa a travs de dos orificioscuyos tapones se abren simultneamente con unsolo mando. Se mantiene una altura en exceso decaldo que se cubre con polvo exotrmico para alar-gar en lo posible el tiempo de solidificacin y ali-mentacin eficiente. Las zonas bajo lumbreras su-jetas a recalentamiento tienen cerca enfriadoresde carburo de silicio o de grafito.

En la FIGURA 84 se tiene una camisa cuyas lumbre-ras no salen de colada sino que se mecanizan pos-teriormente a partir de la pieza ciega. La camisa pe-sa unas 4,2 t de las que unas 0,8 son de mazarotaje.De 3,6 m de longitud y 600 m de dimetro interior,se cuela verticalmente, con un clareo de 5 mm en-tre el macho y la artesa de colada. Para ahorrar are-na, las cajas son redondas, dejando slo un espesorde 100 mm entre ellas y la cavidad de molde.


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Figura 88.

son bastante superiores a las que prevalecen enlos motores de gasolina. Aparte que en los moto-res Diesel el desgaste mecnico y la corrosin sonsuperiores a los que se dan en los motores de ga-solina, es normal que se exija una mayor dura-cin a los motores Diesel. No resulta extrao, portanto, que para resolver este problema se hayanpropuesto y ensayado numerosos composicionesde fundicin. La TABLA 1 (Composiciones de lasfundiciones para motores Diesel) aporta algunascomposiciones que han dado buenos resultadosprcticos.

Adems de mejorarse la resistencia al desgaste y ala corrosin (o ms exactamente al desgaste bajocorrosin), el cobre contribuye a aumentar la resis-tencia a la deformacin permanente en el caso desolicitaciones muy elevadas y permite por tantoconservar la forma buscada.

La FIGURA 85 presenta, a ttulo de ejemplo, unaculata de fundicin gris (composicin B2 de la TA-BLA 1), cuya microestructura se ve en la FIGURA86, con 1,5 % de cobre y 0,3 % de cromo. El peso deesta culata es de casi una tonelada. Estos motoresDiesel marinos han sido fabricados en ACEC Gan-te (Blgica).

Otro ejemplo, no menos tpico, procede de unafundicin italiana. La FIGURA 87 muestra la camisasuperior de un cilindro de motor Diesel marino de758 mm de dimetro interior rectificado. En estecaso la pieza, de 300 kg de peso, se ha colado porcentrifugacin. Es una fundicin con 0,50 1,20 %de cobre y 0,20 0,50 % de cromo de la firma Ansal-do S.p.A., de Gnova Pegli.

La FIGURA

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