Principios del colado en arena

La fundición o colado, es el proceso de formar objetos vertiendo liquido o ma¬terial viscoso en un molde o forma preparados. Un colado es un objeto formado al permitir que el material se solidifique. Una fundición es la colección de los mate¬riales necesarios y el equipo para producir un colado. Prácticamente todo metal de manera inicial se cuela. El lingote del cual se produce un metal dulce primero se cuela en un molde de lingote. Un molde es un recipiente que tiene la cavidad (o cavida¬des) de la forma que va a colarse. Pueden verterse líquidos; algunos líquidos y todos los materiales plásticos viscosos se introducen por presión en los moldes.

La fundición es una de las industrias más antiguas en el campo del trabajo de los metales y se fecha aproximadamente en 4000 A.C. Desde tan temprana época se han empleado muchos métodos para colar diversos materiales. El colado en arena y sus ramificaciones reciben primera atención ya que son los que mas se usan; más de 90% de todos los colados son colados en arena. El colado en arena es muy adecuado para el hierro y el acero a sus altas temperaturas de fusión, pero también predomina para el aluminio, latón, bronce y magnesio.

PRINCIPIOS DEL COLADO EN ARENA

Los colados tienen propiedades específicas importantes en la ingeniería; estas pro¬piedades pueden ser metalúrgicas, físicas o económicas. Los colados con frecuencia son más baratos que las forjas o las soldaduras, dependiendo de la cantidad, el tipo de material y el costo de los modelos en comparación con el costo de los dados para forja y el costo de monturas y dispositivos de fijación para las soldaduras. Como es el caso, hay elecciones lógicas para las partes y estructuras de ingeniería.

Algunas de las características de interés especial que han de tomarse en cuenta para obtener colados diseñados de manera adecuada son las siguientes. Los colados apropiadamente diseñados y producidos no tienen propiedades direccionales. No existe estructura laminada o segregada como sucede cuando el metal se trabaja después de la solidificación. Por ejemplo, esto significa que la resistencia es la misma en todas las direcciones, y esta característica es muy útil en algunos engranes, anillos de pis¬ton, camisas de cilindros de motores. etc. La capacidad del metal fundido para fluir dentro de secciones estrechas de diseño complicado es una característica muy desea¬ble. El hierro colado es único ya que tiene buenas características de amortiguación que son deseables en la producción de bases para maquinas herramientas, bastidores de motor y otras aplicaciones donde es deseable minimizar la vibración.

El molde. Los buenos colados no pueden producirse sin buenos moldes. Dada la importancia del molde, los procesos del colado se describen por el material y el método empleado para el molde. Por tanto los colados en arena pueden hacerse en (1)moldes de arena verde, (2)moldes de arena seca, (3)moldes de corazón de arena, (4)moldes de arcilla, (5) moldes de cáscara y (6) moldes ligados con cemento. Los principales métodos para hacer estos moldes se llaman (1) moldeo en banco, (2) moldeo en máquina, (3) moldeo en el piso y (4) moldeo en fosa.

En la producción de un molde en arena, es de gran valor la habilidad del mol¬deador. Debe saber como preparar un molde con las siguientes características:

1.- El molde debe ser lo suficientemente fuerte para sostener el peso del metal.

2.- El molde debe resistir la acción de la erosión del metal que fluye con rapidez durante colado.

3.- El molde debe generar una cantidad mínima de gas cuando se llena con el metal fundido. Los gases contaminan el metal y pueden alterar el molde.

4. El molde de be construirse de modo que cualquier gas que se forme pueda pa¬sar a través del cuerpo del molde mismo, mas bien que penetrar el metal.

5. El molde debe ser suficientemente refractario para soportar la alta temperatura del metal y poderse desprender con limpieza del colado después del enfriamiento.

6. El corazón debe ceder lo suficiente para permitir la contracción del colado después de la solidificación.

Una caja de moldear es un bastidor de madera o metal en el cual se hace un molde. Debe ser fuerte y rígida para que no se distorsione cuando se manipule o cuan¬do se apisone arena dentro de ella. Debe resistir también la presión del metal fundido durante el colado. Los pasadores y herrajes alinean y fijan las secciones de la caja de moldeo. Se desgastan en servicio y deben ser vigilados para evitar moldes corridos o cambiados de lugar.

Una caja de moldeo esta hecha de dos partes principales, la semicaja superior y la semicaja inferior. Cuando son necesarias más de dos secciones de una caja de moldeo para aumentar la profundidad de la semicaja superior y/o la semicaja infe¬rior, se usan secciones intermedias en la caja de moldeo conocida como cachetes. En la figura 8-1 se muestra un diagrama de un molde típico y sus partes princi¬pales. Las características y funciones de las partes se explicaran conforme corres¬ponda en el texto.

El comportamiento del metal colado. Cuando se vierte metal fundido en un molde, el colado empieza a enfriarse desde el interior a las superficies limitantes, de¬bido a que el calor puede fluir solo hacia afuera a través del molde. El metal en la superficie se enfría ya que al principio el molde esta relativamente frió. Si el enfria¬miento es severo, la superficie puede endurecerse en forma apreciable. En las condi¬ciones usuales se produce una estructura de grano fino cerrado cerca de la superficie y granos más gruesos hacia el centro donde el enfriamiento es más lento. Si una sección es gruesa, puede retirarse suficiente metal por contracción del centro antes de que enfríe y deje un vacío o cavidad. Tal defecto en el colado puede evitarse proporcionando una masa su¬plementaria de metal, llamada rebosadero, adyacente al colado, El propósito del rebosadero es alimentar metal liquido por gravedad dentro del cuerpo del colado para mantenerlo lleno. El rebosadero se corta después de que ha enfriado el colado.

Las secciones delgadas se enfrían con más rapidez que las gruesas. Un resulta¬do es que les beneficia más un "efecto de enfriamiento brusco y pueden ser mas fuertes y con grano mas fino. Esto se indica para un tipo de material en la figura 8-3. En el otro extremo, si una sección es demasiado delgada, el metal que fluye en el pasaje estrecho puede solidificarse antes de que tenga oportunidad de llenar por completo en la pared. El límite mas bajo practico del espesor de la sección depende del diseño del colado y la fluidez del metal. El hierro puede

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