Date post: | 23-Jan-2016 |
Category: |
Documents |
Upload: | heliodoro-oliveros |
View: | 237 times |
Download: | 13 times |
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
1
ALIMENTACIÓN DE LAS PIEZAS FUNDIDAS
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
2
Solidificación en el molde.Los principales fenómenos que se desarrollan en el metal desde la colada hasta temperatura ambiente son los siguientes:
Cambios volumétricos: o En estado líquido ;o Durante la solidificación ;o En estado sólido.
Macro y micro segregaciones: Solo en aleaciones.-La composición de los productos fundidos no es homogénea.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
3
Solidificación en el molde.
Aparición de macroestructuras de solidificación.
Caracterizadas por granos grandes orientados de acuerdo a la extracción del calor y con distintas morfologías ( columnar, equiaxial. etc.)
Aparición de micro porosidades.
Asociadas a la morfología de la solidificación dendrítica.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
4
Solidificación en el molde.
Debido a lo anterior debemos considerar que :
Los productos fundidos son MATERIALES DE INGENIERIA.
Debido a que en el proceso de enfriamiento en el molde no hay deformación plástica en estado sólido, no es posible eliminar la microporosidad asociada a las dendritas ni la macro segregación y los macro granos formados en la solidificación .
La estructura de los granos de solidificación dependerá de:
Sistema de aleación ( metal puro, eutécticos, etc.)
Composición química (fases presentes)
Temperatura de colada (gradiente de enfriamiento)
Tipo de molde (extracción de calor)
Tamaño y espesor de la pieza (cantidad de calor)
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
5
Solidificación de las aleaciones
Desde la temperatura de colada hasta temperatura ambiente, las aleaciones experimentan tres contracciones volumétricas:
En estado líquido, desde temperatura de colada hasta temperatura del liquidus.
En estado pastoso, entre temperaturas de liquidus y solidus.
En estado sólido, desde temperatura del solidus a temperatura ambiente.
La contracción sólida debe ser absorbida por sobremedidas en el modelo, mientras que la líquda y pastosa por los montantes.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
6
Contracción en la Solidificación
Nivel inicial de líquido
Contracción en estado sólido
Solidificación inicial en la
pared del molde
Reducción de nivel debido a la
contracción líquida
Metal líquido
Cavidad de contracción (Rechupe)
Reducción de nivel debido a la
contracción durante la
solidificación
Metal líquido
Metal sólido
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
7
Solidificación METALES PUROS Y EUTÉCTICOS
Metal Sólido
º T
Vsólido
VL
Vsolidif.
TS
Metal Líquido
Sobrecalentamiento
Líquido
Isoterma Ts
Solidificación por
CAPAS FINAS (solidificación plana)
Sólido
Los metales puros y los aceros de bajo % de Carbono solidifican de esta forma debido a su pequeño o nulo rango de solidificación.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
8
Solidificación de ALEACIONES SIN EUTÉCTICOS
Sobre-calentamiento
Intervalo deSolidificación
Metal Líquido Metal SólidoMetal
pastoso V
VL
Vsólido
Vsolidif.
TFTC ºT
Metal pastoso
Isoterma Tf
Sólido
Líquido
Isoterma Tc
Solidificación por CAPAS
GRUESAS Todas las
aleaciones que no presentan eutéctico:
Ni-Cu, Cu-Mn, Ag-Pb, etc.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
9
Solidificación de ALEACIONES CON EUTÉCTICOS
Intervalo deSolidificación
Sobre-calentamiento
º TTC TE
Vsolidif.
V sólido
VL
Metal SólidoVMetal
pastosoMetal
Líquido
Líquido
Sólido
Isoterma Tc
Metal pastoso
Isoterma Tf
Solidificación por CAPAS GRUESAS
(las aleaciones que presentan eutéctico pero con intervalo de
solidificación amplio).
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
10
Efecto del Rango de Solidificación
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
11
Efecto del Rango de Solidificación
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
12
Efecto del Rango de Solidificación
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
13
Efecto del Rango de Solidificación
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
14
Rango de Solidificación
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
15
Rango de Solidificación
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
16
Control de los Rechupes
Los rechupes y poros generados en la solidificación de los metales deben ser controlados para obtener una pieza con los requerimientos técnicos solicitados.
Para ello se debe: Llevarlos hacia el montante, con lo que
quedan fuera de la pieza. Minimizarlos y llevarlos a una zona de la
pieza en la que no afecten a sus propiedades.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
17
Control de los Rechupes
Las técnicas mas utilizadas para lograrlo se basan en aprovechar la SOLIDIFICACIÓN DIRECCIONAL:
Se diseña el sistema de llenado y alimentación de manera que los frentes de solidificación confluyan hacia el o los montantes.
Este efecto se puede agudizar con la ayuda de enfriadores y aislantes, como se puede ver en las figuras siguientes:
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
18
Control de los Rechupes
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
19
Control de los Rechupes
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
20
Módulo de Enfriamiento.1.- RELACIÓN DE TEMPERATURAS ENTRE EL MOLDE Y EL METAL.
Siendo:
Tx : Temperatura del molde a una distancia “x”
desde la superficie en contacto con el metal.
To : Temperatura inicial del molde.
T1 : Temperatura inicial del metal = T col.
α : Difusividad térmica del molde.
Km: Conductividad térmica del molde.
t : Tiempo desde el vaciado del molde.
Entonces:
x
Tx
x
Molde Metal
Tx = T0 + (T1 – T0) ( 1 - erf ( a ) ) ) X ( 2 α t
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
21
Módulo de Enfriamiento.
2.- CANTIDAD DE CALOR A DISIPAR.
Q(Me) = ρ V L + ρ V Cp ( Tcol. - Tsolid.)
Calor latente de
solidificación
Calor Sensible hasta alcanzar la temperatura de
solifificación
Calor entregado
por el metal
O sea:
Q(Me) = ρ V [L + Cp ( Tcol. - Tsolid.)] ( b )
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
22
Módulo de Enfriamiento.
3.- TIEMPO DE SOLIDIFICACIÓN.
Desarrollando las expresiones (a) y (b) se obtiene:
ρmetal√ π αmolde [Lmetal + Cpmetal ( Tcol. - Tsolid.)] V
ts =
2 Kmolde ( Tsolid. - T0 ) A
22
1 2
El término ( 1 ) queda determinado para un sistema metal – molde específico a colar, pues quedan fijos los parámetros de la aleación ρmetal, Lmetal, Tsolid., Cpmetal y los del molde αmolde, Kmolde y T0 y se le denomina como
factor “B” .
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
23
Módulo de Enfriamiento.
Para un caso específico, conociéndose además la temperatura de colada Tcol. , B se puede determinar en forma empírica, pues:
Este término ( 2 ) depende exclusivamente de la geometría de la pieza a fundir, o a la parte de ella que se esté considerando.
Corresponde la razón entre el volumen considerado y la superficie que lo limita y que participa en la extracción de calor durante el enfriamiento desde la temperatura de colada.
A esta relación ( V/A ) se le llama MODULO DE ENFRIAMIENTO
V ts = B A
2
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
24
Módulo de Enfriamiento.
Mientras mayor sea el Módulo, mayor será el tiempo de solidificación, debido a una menor velocidad de enfriamiento motivada por una superficie de extracción de calor pequeña en relación al volumen por ella encerrado.
Por lo tanto, el tiempo de solidificación no depende solo del volumen de la pieza, sino de su relación respecto a la superficie que lo circunda y que participa efectivamente en la extracción del calor.
Debido a ello, las piezas mas compactas solidifican mas lentamente que las piezas mas extendidas o con mas superficie respecto a su volumen.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
25
Módulo de Enfriamiento.
El Módulo de Enfriamiento es una herramienta tremendamente eficaz para predecir el orden de solidificación de una pieza dentro del molde, lo que permitirá diseñar el sistema de alimentación de metal líquido necesario para abastecer la disminución de volumen durante el enfriamiento desde la temperatura de colada y su solidificación, de manera de obtener las piezas sanas.
El Módulo de Enfriamiento tiene una dimensión lineal y no tiene ningún valor en si mismo, sino que su utilidad está en la comparación entre los módulos de los distintos sectores de una pieza o con el módulo de los montantes, pues las zonas con mayor módulo solidificarán después que las de menor módulo.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
26
Módulo de Enfriamiento.
Lo anterior quedará manifiesto en el siguiente ejemplo:
Considérese la siguiente pieza :
Con las siguientes medidas:
12
4
A
A
Ø 8 10
60
16
Corte A - A
4
4
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
27
Módulo de Enfriamiento.
Se puede suponer compuesta de tres piezas separadas ( I, II, III ), siempre y cuando no se consideren las superficies de contacto entre ellas en el cálculo de cada módulo individual,ya que obviamente no participan en la extracciónde calor durante el enfriamiento.
Superficies de contacto que no participan en el
enfriamiento
I
II
III
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
28
Módulo de Enfriamiento.
Módulo de los sectores individuales.
Suponiendo medidas en (cm):
1.- Sector I :
V = π/4 x 82 x 10 = 503 [ cm3]
A = π x 8 x 10 + π/4 x 82 = 301.6 [cm2]
MI = 503 / 301.6 = 1.67 [cm]
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
29
Módulo de Enfriamiento.
2.- Sector II : V = 16 x 4 x 60 = 3.840 [ cm3] A = 2x16x60 + 2x4x16 + 2x60x40 - 4x60 - π/4 x 82 =
2237.7 [cm2] MII = 3.840 / 2237.7 = 1.72 [cm]
3.- Sector III : V = 4x12x60 = 2.880 [ cm3] A = 2x4x12 + 4x60 + 2x12x60= 1.776 [cm2]
MIII = 2.880 / 1.776 = 1.62 [cm]
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
30
Módulo de Enfriamiento.
Por lo tanto, termina de solidificar primero el sector III, luego el I y posteriormente el II.
Debido a su geometría, para obtener sana la pieza el sector I debería tener un módulo sobre 1.72, o colocar depósitos de metal líquido (montantes) sobre el sector II para alimentar la contracción, pues solidifica al final.
Dirección de la solidificación
I
II
III
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
31
Módulo de Geometrías Comunes.
a
a
a
Elemento Dimensiones Módulo = V/A
Esfera
Diámetro = a
V = a3/6
A = a2
a/6
Cilindro
Diámetro = altura = a
V = a3/4
A = 3a2/2
a/6
Cubo
Arista = a
V = a3
A = 6a2
a/6
Barra cuadrada, semi - infinita
Sección = a x a
V = a2 x largo
A = 4a x largo
a/4
Barra cilíndrica, semi - infinita
Sección = a2/4
V = largo x a2/4
A = a x largo
a/4
Placa, semi - infinita
Espesor a
V = S a
A = 2S
a/2
S
a
a
a a
a
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
32
Módulo de la Almas
CONTRIBUCIÓN DE LAS ALMAS AL ENFRIAMIENTO El grado de participación de las almas en el
enfriamiento depende de la cantidad de metal líquido que la rodea en relación a su espesor de arena.
Mientras menor sea el espesor de arena y mayor la cantidad de metal que la rodea, menor será la participación del alma en el enfriamiento debido a su mayor aumento de temperatura, pudiendo incluso llegar a retardarlo, provocando problemas en el orden de solidificación que pueden provocar la formación de rechupes y grietas por desgarros en estado pastoso o recién solidificado, situación en la que el metal no tiene la resistencia suficiente para soportar los esfuerzos generados por su contracción.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
33
Módulo de la Almas
El siguiente gráfico da el % de la superficie del alma a considerar en el módulo de enfriamiento, según la relación entre el espesor del alma y el del metal que la rodea ( d/e) :
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
34
Sistemas de Alimentación
El Sistema de Alimentación debe definir el modo de llenado del molde, la ubicación de la canalización que introducirá el metal a la cavidad y la ubicación de los alimentadores o montantes.
Depende de la aleación a colar:Según su modo de solidificar => rango de solidificación.Afinidad con el Oxígeno => Grado de oxidabilidad.
• En el siguiente cuadro se muestran los cuatro sistemas básicos de alimentación:
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
35
Sistemas Básicos de Alimentación
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
36
ALIMENTACIÓN DE LAS PIEZAS FUNDIDAS
Se entiende como ALIMENTACIÓN al suministro de metal líquido una vez llena la cavidad del molde.
Es necesaria para compensar la contracción en volumen que ocurre durante el enfriamiento en estado líquido y luego durante la solidificación.
Sin este suministro, la contracción se presentará en el interior de la pieza en cavidades llamadas RECHUPES que la inutilizará.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
37
MONTANTES (RISERS)
Son los receptáculos de metal líquido dispuestos en el molde para asegurar la Alimentación de la pieza.
Para asegurar su función deben:1. Ubicarse de manera adecuada.- Radio de acción debe
cubrir toda la pieza;
2. Contener suficiente metal para alimentarla.- Volumen de acuerdo a la contracción de la pieza;
3. Solidificar después que la pieza o zona que alimenta.- Módulo adecuado;
4. Tener el mínimo tamaño sin afectar su función ($$$).
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
38
TIPOS de MONTANTES
De arena. Aislados.Rechupe de Contracción
Eficiencia: 10 – 15%
Camisa aislante
(Manguito)
Eficiencia: 70 – 75%
Pueden ser abiertos, cubiertos con Polvos Exotérmicos o ciegos.
Arena del Molde
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
39
EFICIENCIA DE LOS MONTANTES
Como deben solidificar después, la importancia de la aislación queda evidente al comparar los tiempos de solidificación de un cilindro de 250 mm de diámetro y 200 mm de alto moldeado en diferentes condiciones:
Polvo exotérmico y pared de arena
Polvo exotérmico y manguito aislante
minutosminutos
Abierto y pared de arena
Abierto y manguito aislante
minutos minutos
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
40
El Radio de acción de un montante ( F ) es la distancia, desde su diámetro exterior hasta el límite en que puede alimentar la contracción líquida, mas allá de la cual aparecerán los rechupes por haberse cerrado el paso al metal líquido provisto por él.
1.- UBICACIÓN.- RADIO DE ACCIÓN
Montante
F
T
Rechupe
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
41
RADIO DE ACCIÓN
F depende de:
Espesor T de la pieza;
Capacidad de extracción de calor del molde o zona del molde considerada: puede ser alterada por su geometría y por la colocación de enfriadores;
Aleación a fundir: se debe considerar el diferente modo de solidificación de las aleaciones ( su rango de solidificación, dilatación del grafito y presencia de eutécticos ), aplicando un Factor de Corrección a las que se desvían de las de rango estrecho para las que se establecieron las fórmulas (fundiciones grises, nodulares y algunas no ferrosas).
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
42
RADIO DE ACCIÓN Para el cálculo de “F” se consideran cuatro situaciones típicas, las que solas o
combinadas permiten estimar hasta donde será efectivo el sistema de alimentación. En este método, todas las medidas deben estar en (pulgadas), por lo que F también
estará en (in).
En las tablas siguientes, “T” es el espesor mínimo de la pieza y el ancho es
“n x T”.- Los resultados son interpolables para ancho y espesores intermedios.
nT
TTodas las medidas en [ in ]
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
43
A.- Secciones con efecto de borde, sin enfriador.
T Pared del molde
FMontante
T x T 1,33 T x T 1,67 T x T 2 T x T o más.
F = [8,47√ T ] - 5,03 F = [8,71√ T ] - 5,34 F = [10,29√ T ] - 4,65 F = [12,25√ T ] - 6,56
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
44
B.- Secciones sin efecto de borde.
F
T
Montante Montante
T x T 1,33 T x T 1,67 T x T 2 T x T o más.
F = [ 4,16√ T ] - 2,18 F = [ 4,29√ T ] - 2,17 F = [ 4,54√ T ] - 2,42 F = [ 4,60√ T ] - 2,30
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
45
C.- Secciones con efecto de borde y enfriador.
T
2/3 T min.FMontante
Enfriador
T x T 1,33 T x T 1,67 T x T 2 T x T o más.
F =[13,08√ T] - 10,8 F =[14,71√ T ] - 11,21 F =[15,7√ T ] - 10,51 F =[16,97√ T ] - 10,8
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
46
D.- Secciones sin efecto de borde y enfriador.
1/2 T min.Enfriador
1 T min.
T
FMontante Montante
1/2 T min.Enfriador
1 T min.
T
FMontante Montante
T x T 1,33 T x T 1,67 T x T 2 T x T o más.
F =[9,95√ T ] - 7,56 F =[10,28√ T ] - 6,14 F =[10,78√ T ] - 5,44 F =[11,167√ T ] - 4,48
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
47
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
48
FACTOR DE CORRECCIÓN DE “F”
Para Fundición Nodular o dúctil
Para Fundición Gris
Carbono Equivalente
(%)FD
4.1 6.0
4.2 6.5
4.4 7.0
4.6 9.0
Carbono Equivalente
(%)FD
3.0 6.8
3.4 7.7
3.9 8.8
4.3 10.0
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
49
FACTOR DE CORRECCIÓN DE “F”Para Aleaciones No Ferrosas
F corregido = F x FD
Base Cu FD
Latones (al Zn) 1.25
Bronce al Al 1.25
Bronce al Ni-Al 0.5
Bronces (al Sn) 0.75
Base Al FD
Al (99.99%) 2.5
Al 4.4% Cu 1.5
Al 7% Si 1.5
Al 12% Si 2.5
Base Cu FD
Cu (99.9999%) 2.0
Cu 30% Ni 0.5
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
50
1.- Consideremos un bloque de 16x8x4 (in) con un montante de diámetro M.
-Corresponde a una placa T x 2T ( 4 x 8 ) con efecto de borde y sin enfriador (caso A) , por lo cual:
- Esto significa que cualquiera sea el diámetro del montante y su ubicación, la pieza será totalmente alimentada pues queda sobradamente dentro del círculo de diámetro 2x17.9 + M.
EJEMPLO # 1
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
51
EJEMPLO # 1 (cont.)
2.- Si las dimensiones fueran de 16x16x60 (in) con un montante M.:
- Corresponde a una placa T x T ( 16 x 16 ), caso A, por lo cual:
- Tendremos la situación siguiente:
- Por lo que M ≥ 60 – 2 x 28.9 ≥ 2.2 (in).
- Esto significa que cualquier montante de diámetro ≥ 2.2” y ubicado en el centro alimentará la pieza.
-Esta condición es válida sólo si solidifica después y contiene metal suficiente para la contracción, por lo tanto el “F” es una condición necesaria, pero no suficiente.
m
16”
60”
28.9”
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
52
EJEMPLO # 2
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
53
Significa que: n x (2x8+M) = 132
Como el montante no puede tener un > que el ancho del anillo (quedaría fuera): M < 6”
Entonces:
Como las medidas de los montantes por lo general son discretas, se seleccionará 7 montantes de = 3”.
EJEMPLO # 2 ( CONT.)
n M
6 6
7 2.86
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
54
EJEMPLO # 3 Viga Tee
Para determinar la relación espesor / ancho se puede calcular un espesor promedio: (2 x 20 + 60)/ 16 = 6.25”
Por lo que se considerará como una placa de T x (16/6.25) T,
o sea, T x 2.56T (T x 2T o más).
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
55
EJEMPLO # 3 (cont.)
Si consideramos un solo montante, la piezas sería una barra de Tx2T o más, con efecto de borde en los extremos, con los que tendríamos un Radio de Acción de:
Nos quedaría la siguiente situación:
Como el montante tiene un de mas del doble del ancho de la pieza, lo calcularemos con dos montantes.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
56
EJEMPLO # 3 (cont.)
Con dos montantes, la pieza (Tx2T o más) tendrá efecto de borde en ambos extremos, pero no lo tendrá entre los montantes.
Entre los montantes y los extremos, F = 24.1”.
Entre los montantes:
Entonces: 84 = 2 x ( 24.1+ 9.2 + M) => M = 8.7”
Tendremos la siguiente situación:
Usaremos entonces 2 montantes de 9” ubicados según el croquis.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
57
2.- VOLUMEN de los Montantes.Los Montantes deben contener metal
suficiente para compensar la contracción líquida de la pieza.
Para ello, se debe cumplir que:
O sea:
En la que: Vc: Volumen de la cavidad o líquido. r : Coeficiente de contracción del metal. K': Constante del Montante.
Volumen del Montante ≥ Volumen de la Contracción
Vm ≥ K' x r x Vc
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
58
La constante K' depende del tipo de aislación del montante:
Tipo de Montante K'
General, sin aislación 6
Calentado por el ataque 5
Con polvo exotérmico 4
Fierro Fundido en Moldes rígidos 3
Con camisa exotérmica 2
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
59
Valores de “r”Sobrecalentamiento
Aleación 50 ºC 150 ºCBronce común 0,04 0,045
Latón común 0,06 0,065
Latón alta resistencia 0,07 0,075
Cu - 10 Al y Cu-Ni 0,05 0,055
Aleaciones de Mg 0,045 - 0,05 0,05 - 0,06
Al - Si (10<Si<13) 0,045 0,05
Al - Si (5<Si<10) 0,065 - 0,075 0,07 - 0,08
Al - Cu (4<Cu<8) 0,065 - 0,075 0,07 - 0,08
Al - Mg (3<Mg<6) 0,08 0,085 - 0,09
Acero (C=0,8) 0,06 0,07
Acero (C=0,3) 0,05 0,06
Acero media aleación 0.07 0.09
Acero alta aleación 0.08 0.10
Fundiciones Blancas al Cr 0.04 0.06
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
60
Valores de “r”
Para Fundiciones Grises
MOLDE :
SOBRECALENTAMIENTO
50º C 150ºC
RIGIDO NO RIGIDO RIGIDO NO RIGIDO
no inoculado Ce > 4,1 0,005 0,04 0,01 0,05
inoculado Ce > 4,1 0,005 0,05 0,01 0,06
inoculado 3,8 < Ce < 4,1 0,01 0,05 0,02 0,06
inoculado Ce < 3,8 0,02 0,05 0,03 0,06
inoculado Ce > 4,3 0,025 0,06 - 0,08 0,03 0,08 - 0,1
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
61
El Volumen Vc es en estado líquido:
Vc = Vp x ( ds/dq) = P / dq
En la que: Vp: Volumen de la pieza sólida y fría. ds: Densidad del metal sólido y frío. dq: Densidad del metal líquido. P: Peso de la pieza.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
62
Ejemplo de Cálculo de Vm
Consideremos el mismo anillo del ejemplo # 2 anterior:
Se determinó que debería tener mínimo7 montantes equidistantes de 3” de diámetro.
Consideraremos usar montantes con mangosAislantes y polvos exotérmicos ( K’ = 2).
Se fundirá en acero inoxidable con un Sobrecalentamiento de 100 ºC ( r = 0.09%).
Volumen de la pieza: VP= π/4 x ( 482 – 362 ) x 6 = 4.750 [in3]
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
63
Volumen líquido: Vc = Vp x ( ds/dq) = 4.750 x 1,147 = 5.448 [in3]
Como:
Tenemos el volumen de montantes: VM ≥ 2 x 0,09 x 5.448 ≥ 981 [in3]
Como son 7 montantes iguales, cada un deberá tener: Vm≥ 140 [in3]Si usamos un diámetro de 3”, daría una altura de 19.8”
(relación H/D = 6.6), que es excesiva y el montante no alimentaría pues solidificaría antes.
Con una relación H/D = 1: Vm = π/4 x Dm2 x Dm = 140 [in3]
=> Dm = 5.6”
Vm ≥ K' x r x Vc
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
64
La tercera condición que debe cumplir un montante para que pueda cumplir su función de alimentador, es que solidifique después que la pieza o la parte de la pieza que está alimentando.
En otras palabras:
Módulo del montante ≥ Módulo de la pieza o zona alimentada.
Se les debe ubicar siempre en la zonas mas gruesas de la pieza, pues son las de mayor módulo, por lo que son las últimas en solidificar.
Entonces: Mm ≥ K x MP
En la que K es una constante que depende del tipo de aislación del montante.
3.- MÓDULO de los Montantes.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
65
Valores de “ K “
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
66
MÓDULO de Montantes Cilíndricos. Son los montantes mas comúnmente utilizados y se
caracterizan por su relación altura / diámetro ( H/D).
La selección de la relación H/D depende del grado de eficiencia térmica del montante y habitualmente se recomienda elegir según las siguientes situaciones:
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
67
MÓDULO de Montantes Cilíndricos.
H
Ø D
El Módulo para cualquier montante cilíndrico será:
D x H Mm = V / A =
( 4 H + D )
Y para las diferentes relaciones H/D:
H / D Mm
1 0,200 x Dm 1,5 0,214 x Dm 2 0,222 x Dm
2,5 0,227 x Dm
Obsérvese lo poco que aumenta el módulo a pesar del fuerte aumento del volumen.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
68
MÓDULO de Montantes Cilíndricos.
Para Montantes cilíndricos, el diámetro del montantese puede calcular directamente al saber el módulo de la Pieza o zona a alimentar y el tipo de montante a utilizar ( K y relación H/D), usando: Dm = K2 x MP
VALORES DE K2 H / D
K 1.0 1.5 2.0 2.5
1.2 6.0 5.6 5.4 5.3
1.1 5.5 5.1 5.0 4.9
1.0 5.0 4.7 4.5 4.4
0.9 4.5 4.2 4.1 4.0
0.8 4.0 3.7 3.6 3.5
0.7 3.5 3.3 3.2 3.1
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
69
Diseños Típicos de montantes.
Ln ≤ D/2 Dn = Ln + 0.2D
MontanteMontantePieza
Dn Dn
D
Ln D
D
Montante Superior
Ln ≤ D/2
Montantes Laterales
Ln
Pieza MontanteMontante
Ln
Dn
Dn
D
D
Dn = 1.2 Ln + 0.1D
Ln ≤ D/3 ; Hn = 0.6 - 0.8 T ; Wn = 2.5 Ln + 0.18 D
D
Pieza
MontanteMontante
Ln
Ln
Wn
Hn
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
70
Montantes no cilíndricos
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
71
Procedimiento para Cálculo de Montantes.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
72
Procedimiento para Cálculo de Montantes. (Cont.)
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
73
Cálculo de montantes.- Ejemplo # 1
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
74
Cálculo de montantes.- Ejemplo # 1 (cont.)
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
75
Cálculo de montantes.- Ejemplo # 1 (cont.)
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
76
Cálculo de montantes.- Ejemplo # 1 (cont.)
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
77
Cálculo de montantes.- Ejemplo # 2
40
60
Ø200
Ø 400
150
Ø100
50
3.2.- MANGUITO:
Material: Acero SAE-1045.Usar Montantes con camisa aislante y polvos exotérmicos.Todas las medidas en (mm).
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
78
Orden de Solidificación Si separamos la pieza en dos partes I y II,
unidas por una superficie de contacto Sc que no participa en el enfriamiento, tenemos:
D D1 d B b
400 200 100 60 40
En la que:
S I = 2 x S1 - Sc + S2 + S3 x KI
SII = S6 + S5 + S4 x KII
Y:
S5
S2
S6
Ø D
S4
b
Ø D1
Ø d
B
SC
S3I
II
S1
S7
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
79
Orden de Solidificación (Cont.)
eI d/eI KI VI [mm3]SI
[mm2]
M I
[mm]
150 0.67 0 4,712,400 262,324 17.96
Entonces, para la parte superior (I) :
eII d/eII KII VII [mm3]SII
[mm2]
M II
[mm]
50 2.00 0.58 1,413,720 72,194 19.58
Y para la parte inferior (II) :
Como el módulo de la parte (II) es mayor que el de la parte (I), la parte de menor diámetro solidificará después que la de diámetro mayor.
Por lo tanto, la pieza se deberá fundir
Invertida, con el o los montantes sobre
la zona de mayor módulo (ver figura).
La parte (II) alimentará a la parte (I), por lo que hay que determinar el Radio de Acción solo en la parte (II).
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
80
Radio de acción de montantes.
La sección tiene un ancho de 50 mm y un espesor de 60 mm,
por lo que es una barra T x 0.83T, sin efectos de borde.-
El largo de la placa es L = Ømedio x π = (200 + 100) x ½ x π = 471 (mm).
60
50
471,2(18,55")
2,36"
1,97"
Ø200
Ø10050
60
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
81
Radio de acción de montantes.(cont.)
F = 4.16 x (√ 2.36) – 2.18= 4.21 in = 107 (mm).
Calculándola como barra T x T y como 60 mm = 2.36”:
Usando 1 montante, su diámetro sería:
ØM = 471 – (2 x 107) = 257.2 (mm) ¡¡¡¡¡¡!!!!!
Este diámetro es excesivo, pues el ancho de la pieza es solo 50 mm.
Usando 2 montantes, su diámetro mínimo sería:
ØM = (471 – (4 x 107)) x1/2 = 21.6 mm ,
lo que significa que usando dos montantes, la pieza estará completamente alimentada, por lo que usaremos esta alternativa.
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
82
Cálculo de montantes.- Ejemplo # 2 (Cont.)
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
83
Cálculo de montantes.- Ejemplo # 2 (Cont.)
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
84
Cálculo de montantes.- Ejemplo # 2 (Cont.)
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
85
Cálculo de montantes.- Ejemplo # 2 (Cont.)
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
86
Cálculo de montantes.- Ejemplo # 3
1.8” 1.5”
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
87
Cálculo de montantes.- Ejemplo # 3 (Cont.)
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
88
Cálculo de montantes.- Ejemplo # 3 (Cont.)
ALIMENTACIÓN ILC-310 FUNDICIÓN UTFSM
89
Cálculo de montantes.- Ejemplo # 3 (Cont.)