Fundicin de Aluminio en un Molde de Yeso a la Cera PrdidaIntroduccinLa fundicin a cera perdida es un mtodo para fabricar formas metlicas complejas al crear un molde o patrn de cermica, con el cual se pueden crear ciertas piezas metlicas. Los minerales fundidos son una materia esencial usada en el proceso de construccin de moldes de cermica. El molde de cermica se construye con una variedad de materiales fundidos para permitir que resista la exposicin a temperaturas muy altas por el proceso de caldeo y colada. Luego que se desprende el molde de cermica, la pieza metlica se revela y en muchas ocasiones se necesita pulir o acabar con un material abrasivo. Minerales fundidos, como la mullita, el xido de aluminio y la espinela fundida, se utilizan en la construccin de moldes y en el acabado metlico de la pieza del proceso de fundicin a cera perdida. ObjetivoObtener una pieza metlica a partir de la fundicin de un metal al ser vaciado en un molde hecho de yeso con la tcnica de la cera perdida. Materiales1. 1 Kg de yeso.2. 1 figura hecha totalmente de cera.3. 2 Lt de agua.4. 1 recipiente para molde.5. 1 mufla.6. 1 pinzas para crisol.7. 1 olla de barro de tamao pequeo.8. 1 equipo de proteccin para altas temperaturas.9. 500 gr de aluminio puro.10. 1 broca11. 100 ml de Aceite

Mtodo1. El recipiente donde se llevara a cabo la solidificacin del yeso se prepara previamente, se le vierte el aceite y se verifica que se extienda por todo el recipiente.2. Se prepara el yeso teniendo cuidado de que no est demasiado hmedo ni demasiado seco, debe tener ms yeso que agua para que solidifique rpido pero a su vez deber de ser fluido.3. Una vez preparado el yeso se vaca a la mitad del recipiente y enseguida se le aade la figura de cera previamente aceitada.4. La pieza debe quedar fija a la mitad de su dimensin.5. Con un tiempo de aproximadamente 15 minutos para logar una solidificacin del yeso en el recipiente se repite el paso 2.6. Al recipiente se le vierte otra pequea cantidad de aceite y se verifica que este aceitada toda la parte superior.7. Se le agrega la otra mitad de yeso al recipiente y se deja reposar 20 minutos.8. A los 20 minutos y con el debido cuidado se extrae el molde de yeso del recipiente.9. Dependiendo de la humedad y porcin de agua dentro del molde se deja secar por varios das, es recomendable utilizar una secadora de pelo o exponer a los rayos del sol.10. Una vez totalmente seco el molde se procede a retirar la cera, con una navaja se retira toda cantidad de cera en el molde para no tener problemas a la fundicin.11. Una vez retirado la cera y con una pequea cantidad de yeso preparado se sella el molde, antes dejar marcas por donde se verter la fundicin con sus respectivos respiraderos.12. Una vez totalmente seco, con la broca se le hacen las perforaciones por donde se verter el metal.13. El aluminio se debe de cortar de tal forma que facilite su entrada a la olla de barro.14. Previamente calentada la mufla se llena la olla de metal y se deposita dentro de la mufla.15. Observar peridicamente la fundicin del metal para verificar su estado, una vez fundido totalmente se extrae de la mufla.16. Con el molde preparado y en una posicin segura se procede con el vaciado.17. Una vez vaciado se verifica k el interior del molde all quedado totalmente llenado de la fundicin.18. Se deja pasar 5 minutos para que solidifique el metal y se rompe el molde.19. La pieza de metal queda totalmente terminada.

CostosEl costo del metro de cable puro de aluminio es de $64.15 el metro suponiendo que nos gastamos 2 metros el costo total es: $128.30 El kilo de yeso en total quedo en: $3.00El litro de agua aproximadamente es a $1.00 por lo cual aproximadamente se gasto: $5.00Molde de cera: $4.00Recipiente de plstico desechable: $1.00CFE maneja una tarifa para la industria, la tarifa incrementa en horas pico las cuales comprenden de 6:30 pm a 10:00 pm por lo cual el KW/h: $1.70 Por lo cual el costo total de la fundicin fue de aproximadamente: $150.00 Resultados La pieza sali mal debido a el molde aun presentaba humedad y tenia rechupes. A continuacin se presenta que era lo que se debera de llevar acabo para que la pieza saliera bien.

Aluminio estructural

Caractersticas fsicasEl aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, slo aventajado por el silicio y el oxgeno. Se trata de un metal ligero, con una densidad de 2700 kg/m3, y con un bajo punto de fusin (660 C). Su color es blanco y refleja bien la radiacin electromagntica del espectro visible y el trmico. Es buen conductor elctrico (entre 34 y 38 m/( mm2)) y trmico (80 a 230 W/(mK)).

Caractersticas mecnicasMecnicamente es un material blando y maleable. En estado puro tiene un lmite de resistencia en traccin de 160-200 N/mm2 (160-200 MPa). Todo ello le hace adecuado para la fabricacin de cables elctricos y lminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre l operaciones de fundicin y forja, as como la extrusin del material. Tambin de esta forma se utiliza como soldadura.

El moldeLa pieza fundida se obtiene al llenar con metal fundido, la cavidad del molde para fundicin, su enfriamiento en el molde y posterior endurecimiento. En el proceso de llenado, o colada, la masa fundida penetra en la cavidad del molde por los canales de colada. El sistema de canales por los cuales el metal llega al molde se llama de llenado.El sistema de llenado se compone del embudo de colada, el bebedero, los canales y los ataques, por los cuales la masa fundida pasa al molde. Pertenece tambin al sistema de llenado el respiradero. ste ltimo sirve para la salida del aire y gases del molde y para controlar el llenado del molde. Despus el metal se solidifica y se enfra, el molde se destruye, y la pieza fundida se saca de la arena de moldeo.

Hay diferentes tipos de molde. El ms habitual es el molde perdido, que nicamente se utiliza una sola vez (se destruye al extraer la pieza fundida). Los moldes para fundicin perdidos se elaboran de mezclas de moldeo, cuyo componente principal es la arena cuarzosa. En calidad de adicin aglutinante, se emplea arcilla que le da solidez a la mezcla. La resistencia de estas mezclas no es relativamente muy elevada y la presin de la masa fundida sobre las paredes es bastante alta, por ese motivo los moldes de mezclas de arena y arcilla se hacen con paredes gruesas. No obstante, si en calidad de aglutinante se utilizan materiales que le dan una gran resistencia a la mezcla de moldeo, el molde perdido puede convertirse en molde de cscara (de paredes finas). Esto permite reducir considerablemente el gasto de mezcla de moldeo y tambin, gracias a sus propiedades especiales, elevar la precisin y disminuir la rugosidad de la superficie de las piezas fundidas.

Llenado del molde

El paso del metal lquido del crisol al molde es un paso crtico en la elaboracin de una pieza, ya que este paso, el cual dura pocos segundos, puede provocar mltiples fallos. El conjunto de embudos, tuberas y canales que guan al metal por el molde es conocido por el sistema de llenado. Su diseo es crucial para una buena elaboracin de la pieza, ya que ste debe evitar la entrada de escoria proveniente de la cuchara de la colada, no debe producir escoria en sus propios conductos, no debe absorber gases, debe evitar la erosin del molde por exceso de velocidad y la formacin de defectos por circulacin del metal demasiado lenta. El diseo de un sistema de colada tiene dos aspectos o etapas. El primero es el clculo de sus dimensiones, de acuerdo con ecuaciones de flujo; este clculo se hace numricamente o por medio de bacos. El segundo aspecto es la ejecucin prctica y eleccin de la modalidad ms adecuada para las condiciones de la pieza, material de molde, etc.

Obtener un buen llenado del molde, generalmente te asegura una buena pieza, por tanto el estudio del llenado y su simulacin empieza a tener una gran importancia en su produccin.

Resistencias durante el llenado: El metal lquido no fluye libremente por los conductos del molde, ya que esta sometido a diferentes resistencias, provenientes de la interaccin del metal lquido con las paredes del molde. Estas interacciones se dividen en dos, la tensin superficial del lquido y el acabado superficial del molde.

Tensin superficial del lquido: Cuando el metal lquido est entrando en el molde, est sujeto a una continua resistencia producida por la tensin superficial, que tiende a frenar el flujo de metal. Este efecto tiene una gran importancia en moldes con paredes delgadas, ya que puede frenar totalmente el flujo si la presin de llenado no es suficientemente alta.

Sistema de llenado

Una de las condiciones ms importantes para obtener piezas de calidad es una correcta estructura del sistema de llenado. El sistema de llenado sirve para el suministro suave de la masa fundida a la cavidad del molde para fundicin y la alimentacin de las piezas durante la solidificacin. La eleccin del sistema de llenado, que asegure la obtencin de piezas de elevada calidad es la parte ms importante del diseo de la tecnologa de fundicin.

Un sistema de llenado correctamente construido debe asegurar un buen llenado del molde con la masa fundida y la alimentacin de la pieza en el proceso de su solidificacin, contribuir a la obtencin de una pieza de dimensiones exactas, sin defectos superficiales (atascamientos, inclusiones de escoria y otros) y una solidificacin dirigida de la pieza, y adems el gasto de metal para el sistema de ataques debe ser mnimo.

Al elegir el modo de suministrar el metal fundido al molde y disear la estructura del sistema de llenado, se debe tener en cuenta que el metal fundido debe llegar al molde suavemente, sin chocar con sus paredes ni con las de los machos, sin remolimos, con una velocidad de ascensin en el molde determinada, as como tambin asegurar una sucesiva expulsin del aire y gases del molde. Adems, el modo de suministrar el metal fundido debe asegurar una solidificacin dirigida de la pieza, teniendo en cuenta su estructura y las propiedades de la masa fundida.

Al fabricar piezas, generalmente se llena la parte delgada de la pieza para igualar la velocidad de enfriamiento de sus partes. Pasando a travs del lugar delgado de la pieza, la masa fundida calienta el molde en el lugar de suministro, y sus porciones menos calientes pasan a las partes gruesas de la pieza. Las velocidades de enfriamiento de la parte delgada en el lugar caliente del molde y la parte ms gruesa de la pieza, que se llena con metal fundido un tanto menos caliente se igualan, lo que contribuye a la obtencin de una pieza de mejor calidad, la reduccin de las tensiones internas y deformaciones en las mismas.

No obstante, al fabricar piezas con partes de gran espesor, a la par del suministro del metal fundido a la parte delgada, se emplea su suministro a las partes ms gruesas, con la utilizacin de mazarotas, para que el metal fundido que se halla en la mazarota se conserve durante bastante tiempo en estado lquido y alimente a la pieza.El metal fundido que entra en el molde no debe penetrar por las portadas de los machos e impedir la salida de los gases del macho y del molde. La velocidad de elevacin de la masa fundida en el molde debe ser suficiente para que el aire y los gases creados que se hallan en la cavidad del molde puedan salir libremente del mismo. Por otro lado, una colada lenta del molde con la masa fundida puede provocar la prdida de la fluidez del metal fundido y no llenar por completo el molde.

Condiciones del sistema de llenado

La razn ms habitual que hace que un sistema de llenado sea incorrecto es la generacin de turbulencia en el lquido. Esta generacin de turbulencia produce en las piezas diversos defectos que hace que estas se desechen. Tambin se producen mltiples defectos si el sistema de llenado permite la entrada de escoria (exterior o interior), o esta mal dimensionado.

Un buen sistema de llenado debe controlar los siguientes factores: En primer lugar debe llenar totalmente la cavidad del molde, ya es sta es su principal funcin. La economa del tamao, ya que el material que queda solidificado en el sistema de llenado, es material que se utilizar en otra pieza y debe reciclarse. Esta condicin tiene un gran efecto sobre la economa en la produccin. Regular la velocidad del flujo del metal, ya que el sistema de llenado se disea de forma que en la entrada de la cavidad del molde, esta velocidad no supere una velocidad crtica. La velocidad de entrada se aconseja entre 0.25-0.5 m/s, y el valor lmite se sita en 1 m/s.Adems no hemos de olvidar que una velocidad demasiado lenta tambin es perjudicial. La entrada de nicamente lquido en la cavidad del molde.

El metal que proviene de la cuchara est lleno de escorias, xidos e impurezas y burbujas de aire o gas. Estas impurezas deben ser frenadas durante el recorrido del metal por los diferentes canales que forman el sistema de llenado. Adems, debido a la gran turbulencia que tiene el lquido en el inicio del sistema de llenado, ste esta lleno de burbujas de gas que deben ser eliminadas. Si el sistema de llenado es incorrecto, estas burbujas pueden llegar a entrar en la pieza, provocando diversos defectos.

Eliminacin de la turbulencia que tiene el lquido, buscando conseguir un flujo laminar. En el estado inicial del sistema de llenado, el metal cae por el canal vertical, hasta el nivel ms bajo del molde, aumentando su turbulencia. Esta turbulencia es la que debe ser eliminada por el resto del sistema de llenado. Adems de esta turbulencia que se produce, los conductos del sistema pueden generar escoria al haber desprendimientos en las paredes de los canales debido al choque del frente del material contra stos.Fcil de eliminar, ya que el sistema de llenado no forma parte de la pieza, y se ha de separar de sta. Si esta separacin es complicada, el coste de la pieza aumenta absurdamente.Si el sistema de llenado comprende varios ataques, el metal debe llegar al mismo tiempo y con la misma velocidad a todos ellos. De forma que el dimensionado de los diversos canales debe estar de acuerdo con el nmero de ataques que tenga.

Rechupes de contraccin

Los rechupes de contraccin en las piezas son las cavidades que se crean a consecuencia de la contraccin de las aleaciones durante la solidificacin. La formacin del rechupe se produce en diferentes fases durante el llenado y solidificacin de la pieza dentro del molde. Al inicio, las paredes delgadas pueden solidificarse y contraerse parcialmente ya durante el llenado del molde con metal. En este perodo la pieza se alimenta con la masa fundida del sistema de bebederos. Luego sigue la contraccin de la optimizacin en el sistema de llenado de un molde de particin vertical del metal lquido dentro de la crosta slida al enfriarse hasta la temperatura del comienzo de la cristalizacin o la temperatura del lquidus.

La contraccin de la masa fundida y la disminucin del volumen al pasar del estado lquido al slido superan la contraccin de la crosta, por eso en un momento determinado la masa fundida se separa, bajo la accin de la fuerza de la gravedad, de la crosta solidificada superior y desciende en el perodo siguiente tiene lugar la solidificacin del metal lquido dentro de la crosta dura, durante la cual el metal se contrae y, como resultado, se crea el rechupe.

En los rechupes, en las piezas de aleaciones que no contienen gases, se crea enrarecimiento, como resultado de lo cual la crosta delgada puede combarse hacia adentro del rechupe. Para impedir la formacin del rechupe de contraccin se deben colocar mazarotas en las piezas, de las cuales, bajo la accin de la fuerza de la gravedad, la aleacin lquida se desplaza a la pieza que se solidifica. El rechupe de contraccin en este caso se crea slo en la mazarota, la cual luego se separa de la pieza. Un rechupe de contraccin concentrado se forma en las piezas fundidas de metales puros y aleaciones con un estrecho intervalo de cristalizacin y eutcticas.La magnitud del rechupe de contraccin es diferente en distintas aleaciones.

El volumen del rechupe de contraccin depende de los siguientes factores: a) Del factor de contraccin del metal o la aleacin en estado lquido, el cual depende de la composicin qumica del metal o la aleacin. b) De la temperatura del metal o la aleacin lquida al comienzo de la solidificacin de la pieza; cuanto ms elevada es esta temperatura, tanto mayor es el volumen del rechupe de contraccin. c) De la magnitud dela contraccin durante la solidificacin, la cual depende de la composicin del material. d) Del grado de grafitizacin de las fundiciones; cuanto mayor es la cantidad de elementos grafitizables contenidos en la fundicin (silicio, carbono y otros), tanto menor es su contraccin.e) De la compresibilidad del molde y el macho; cuanto ms compresible es el molde y el macho, tanto mayor es la contraccin y viceversa.

Porosidad de contraccin

La porosidad de contraccin es la acumulacin de pequeas oquedades (poros) de forma irregular, los cuales se formaron en la pieza como resultado de la contraccin volumtrica al no haber afluencia de metal lquido. La porosidad de contraccin es caracterstica para las aleaciones de amplio intervalo de solidificacin.

Los poros de contraccin aparecen en los espacios interdendrticos cuando la contraccin volumtrica an contina y se interrumpe el suministro del metal lquido a los poros.

Durante la solidificacin las dendritas que aparecen se unen. Cuando cesa la alimentacin de la masa fundida a las clulas, se crean pequeas oquedades, cuyo conjunto forma la porosidad de contraccin. Se distingue la porosidad difusa, axial y local.

La porosidad difusa son poros pequeos diseminados uniformemente por una gran parte del volumen de la pieza. La porosidad de contraccin difusa se desarrolla durante la solidificacin lenta de piezas gruesas de aleaciones con un gran intervalo de temperatura de solidificacin.

La porosidad axial se crea en las partes centrales de las piezas, como tambin en las secciones largas y delgadas. Esto se explica por el hecho de que la contraccin volumtrica de la parte central an no termin y disminuy o interrumpi el acceso a sta de la aleacin lquida.

La porosidad de contraccin local se crea en las partes de la pieza, separadas de la aleacin lquida por la aleacin ya solidificada, que cerr el acceso de aleacin lquida a ellas. La porosidad local consta de poros grandes, concentrados en las partes macizas de las piezas y en los lugares de unin de los bebederos.

Mtodos para evitar rechupes de contraccin y las porosidades

Los rechupes de contraccin y la porosidad de contraccin alteran y debilitan la seccin de la pieza. Generalmente los rechupes de contraccin y los poros surgen en aquellos lugares de las piezas que solidifican los ltimos. Por consiguiente, el nico procedimiento para obtener piezas sin rechupes de contraccin y poros, es el suministro de aleacin lquida al molde durante el proceso de solidificacin de la aleacin en el molde.

El suministro del metal lquido al lugar de cristalizacin debe ser continuo hasta la solidificacin completa de la pieza. Con este propsito, sobre las piezas se colocan mazarotas, que son recipientes con la reserva necesaria de aleacin lquida para alimentar la pieza durante todo el perodo de cristalizacin.Para asegurar la alimentacin de la pieza con aleacin lquida de la mazarota se deben observar las siguientes condiciones: La reserva de aleacin en la mazarota debe ser tal, que sea suficiente para compensar la contraccin durante la solidificacin de la pieza. La mazarota debe solidificarse despus de la pieza. La mazarota sobre la pieza se debe disponer en aquel lugar donde sta asegure el acceso de la aleacin lquida a los sectores de la pieza que son los ltimos en solidificarse.

Para obtener piezas compactas sin rechupes de contraccin y porosidades se deben crear condiciones para una solidificacin consecutiva de la aleacin, o sea, los sectores de la pieza mas alejados de las mazarotas (los alimentadores) deben solidificarse en primer trmino, luego las partes menos alejadas y en ltimo trmino los sectores de la pieza dispuestos bajo las mazarotas y luego la propia mazarota.

Durante la solidificacin direccional se asegura un acceso continuo de metal lquido de la mazarota a las partes que se solidifican de la pieza, puesto que estas partes estn unidas directamente con la aleacin lquida que se encuentra en la mazarota.

Las condiciones para la solidificacin consecutiva de la pieza mejoran al controlar la extraccin del calor de diversos sectores de la pieza, lo que se logra disponiendo enfriadores en el molde, elementos metlicos macizos que poseen una elevada capacidad calorfica y conductibilidad trmica.

Los enfriadores externos se sitan en el molde por el lado externo de las partes gruesas de la pieza. A consecuencia de la elevada conductibilidad trmica y la gran capacidad calorfica del enfriador, la extraccin del calor de la parte gruesa de la pieza transcurre con ms intensidad que de la delgada. Esto contribuye a la nivelacin de las velocidades de solidificacin de las partes gruesas y delgadas, a la reduccin del volumen del rechupe de contraccin y, en algunos casos, a su eliminacin completa. Para eliminar por completo el rechupe de contraccin en las partes macizas a la par de los enfriadores se emplean mazarotas en estos sectores.

Los enfriadores internos se sitan dentro de las cavidades del molde donde se forman las partes macizas de la pieza. Estos enfriadores se elaboran de aleacin de la misma composicin que la aleacin de la pieza. Al llenar el molde, los enfriadores internos se cubren con aleacin y parcialmente se funden, unindose a ste. Sin embargo, a veces, los enfriadores internos se sueldan mal con la aleacin bsica, por lo que no se recomienda su utilizacin en las piezas importantes.

Durante la solidificacin volumtrica la cristalizacin ocurre por todo el volumen de la pieza al mismo tiempo, por esa causa no se crean rechupes concentrados y surge la porosidad de contraccin. En cambio durante la solidificacin intermedia se crea la porosidad concentrada y de contraccin en las piezas.

Para asegurar las condiciones ptimas de alimentacin de las piezas y obtenerlas sin rechupes de contraccin y porosidad se emplean los procedimientos siguientes: la colocacin de mazarotas con presin atmosfrica y de gas o mazarotas exotrmicas, el calentamiento de las mazarotas, como tambin diversos mtodos de solidificacin fsica. Con estos procedimientos es posible en uno u otro grado controlar los procesos de alimentacin de las piezas.