proyecto de manufactura

PROCESO DE MANUFACTURA DE UN ALICATE POR FUNDICIÓN Procesos Industriales II - ÁREA DE INGENIERÍA –INTEC

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PROYECTO DE MANUFACTURA DE UN ALICANTE POR FUNDICIÓN MANUAL

Procesos Industriales II

Sustentado por:

Jairon Francisco 07-0034


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Introducción A continuación se expondrá el procedimiento experimental para la fundición de los brazos de un alicate de ACERO AISI 1045 de

la marca Truper (Moldeo Slip Joint) en moldes de arena verde.

Para el diseño del procedimiento se produjo una investigación por separado de los procesos de la fundición en arena verde, así

como todos los materiales requeridos para su formulación. Este artículo se fundamentó en la observación de resultados de

experimentos con otras piezas de geometría regular.

El límite del procedimiento de manufactura del alicate en este documento llega a describir qué procesos además de la fundición

conducirían a la obtención del producto deseado. Sin embargo, sólo son descripciones.

El documento enumera los pasos esenciales, así como planifica qué ingredientes y herramientas son recomendables y la razón de

la recomendación. Al final hemos concluido severamente con la misma introducción, y a continuación se justifica la relevancia:

Para fabricar estos elementos sugeridos, puede lograrse con la fundición, sin embargo, requiere más costos de producción que

otros procesos industriales como la forja, por ejemplo. Y esto sucede principalmente por la terminación y diminutiva geometría que

requiere el alicate para su posterior funcionamiento. Antes de decidirse por este tipo de manufactura (que ya comprobamos, es

posible, es mejor calcular cuál es mejor, y por cuanto) :D!


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INVENTARIO DE MATERIALES Y EQUIPOS NECESARIOS PARA LA MANUFACTURA DEL ALICATE

A continuación la lista

de equipos,

herramientas y

elementos que se

usarán en la fabricación

de los brazos del

alicate. No se

contempla la

maquinaria luego del

desmoldeo final. Ni

tratamientos térmicos ni

maquinado u

operaciones de calidad

superficial de

mecanizado.

ELEMENTOS CANTIDAD DESCRIPCIÓN

Madera para tallado 25x8x4cm Cedro estufado

Arena verde para fundición 0.5 pies^3 Arena Sílice en forma pura, 98% SiO2 Punto de fusión 3100F (1705C)

Arena de lago.

Arcilla natural de bentonita sódica

Madera gran espesor 9 tablas Pino (Dos orejas de diámetro interior 1 exterior 2) 8 tablas de

(25X12x5cm) 1 tabla de (28x40x4cm)

Acero 1 litro AISI 1045

Horno de Resistencia

Eléctrica

1 900@C

Polvo de Carbón 1 libra Aditivo aislante que mejora la calidad superficial en el molde

Harina de Maiz 1 libra Proporciona facilidad de colapso

Agua 2-8%(Arena) Mejorar la fluidez de la arena en el molde

Herramientas de tallado Juego de Gubias

Agujas 1 Para generar permeabilidad de la arena

Tornillo hexagonal pasador 2 Sujetar cajas

Tuerca hexagonal para T 2 Apretar tornillo de cajas

Herramientas de taller

mecánico

Desmoldeo, Moldeo, Premoldeo

Software de Diseño y

Simulación

SolidWorks 2009

Cuchara de Colada Transportar la colada hasta el molde Palas de extracción Extraer modelo


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Criterios de la preselección de elementos de materia prima:

Arena verde para fundición:

Esta arena la hemos seleccionado porque es adecuada para la fundición de piezas pequeñas o de geometría

simple. Aunque tenemos a desventaja que no produce un buen acabado superficial, por su porosidad, lo que

afecta considerablemente la tolerancia del diseño. Usaremos una capa delgada de polvo de carbón, además

de los aditivos que se describirán en las etapas del proceso. Es preciso destacar que esta arena puede ser

reutilizable incluso como relleno en otra ocasión. Se puede colar cualquier metal, no limita la forma o peso y el

costo es bajo.

Acero AISI 1045:

Es un acero utilizado cuando la resistencia y dureza son necesarias en condición de suministro. Por su dureza y tenacidad es

adecuado para la fabricación de componentes de maquinaria.

Propiedades mecánicas:

Dureza 163 HB (84 HRb)

Esfuerzo de fluencia 310 MPa (45000 PSI)

Esfuerzo máximo 565 MPa (81900 PSI)

Elongación 16% (en 50 mm)

Reducción de área (40%)

Módulo de elasticidad 200 GPa (29000 KSI)

Maquinabilidad 57% (AISI 1212 = 100%)

Propiedades físicas: Densidad 7.87 g/cm3 (0.284 lb/in3)

Es un acero muy apropiado para piezas de pequeño tamaño que deban templarse a inducción, obteniéndose una dureza

superficial de 54-56 Rc.


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PROCEDIMIENTO

Diseño del modelo Para diseñar el modelo es necesario analizar la pieza, en base a los requerimientos, sus componentes y las operaciones que implica

realizarla. Nuestra pieza se realizará por medio de una operación de fundición y luego será maquinada para obtener la geometría final.

Y conocer eso nos permitirá elegir cómo dimensionar el modelo. Sin embargo, el modelo se fabricará de madera, para ser superpuesto

sobre la arena en la creación del molde.

Este es originalmente el alicate requerido:

Midiendo la pieza con instrumentos de

medición versátiles se rediseñó el siguiente

modelo, compensando una redimensión con

tolerancia de 0.1cm. La sobredimensión se

realizó teniendo en cuenta las propias

contracciones geométricas del material y

contemplando los procesos de acabado

superficial que conllevan maquinado, como

fresado en los dientes, rectificado en toda la superficie de contacto y los redondeos.

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Fabricación del modelo Luego del sobredimensionamiento, realizamos un plano con las nuevas medidas. Estos planos deben estar

presentas a la hora de realizar el modelo con las medidas precisas. El mejor material del que se puede hacer el

modelo es madera, ya especificada en la lista

de equipos, herramientas y elementos de la

primera parte. Se deberá tallar la forma de la

pieza final sobredimensionada en la madera.

Se sugiere, según la investigación mejorar la

superficie del modelo, una vez terminado, con

pintura uniforme en la superficie. Igualmente, se

deberá usar carbón o grafito para evitar que se

pegue del molde y para que facilite su división.


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Moldeo

Primer parte del molde - Capa inferior

1) Después de construir la caja con las dimensiones especificadas, donde el tablero inferior es despegable, se mojan las paredes interiores de la

caja con arcilla disuelta en agua.


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2) Se coloca el modelo en la base de fondo, invertido. Y el canal que comunicará la colada

3) Se cubre con arena el modelo comprimiendo fuertemente con las manos

4) Se llena la caja con arena gruesa

5) Se ataca la arena con una herramienta puntual para generar el flujo normal de la arena sin insistir en el mismo punto


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6) Se añade arena gruesa hasta sobrepasar el límite de la caja

7) Se apisona la arena con un instrumento plano

8) Se allana la superficie de la caja con una rasqueta

9) Se penetra con la aguja


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10) Se levanta la caja y se gira

11) Se descubren los bordes del modelo para su próxima extracción

12) Se espolvorea con el carbón gris el plano de separación del molde

Segunda parte del molde – Capa superior

13) Construida la caja y cubierta de arcilla y agua en las paredes, se coloca sobre la caja inferior y se introducen los canales de alimentación

(bebedero) y de ventilación (respiraderos).


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14) Se repiten los pasos 3,4,5,6,7,8, 9, 1o,12 en el orden respectivamente

Ensamblado de las cajas y desmolde del modelo

15) Se ensamblan las cajas con sus respectivos fijadores, ganchos, armaduras.

16) Se desensamblan las cajas guiándose por los pasadores de registro y se colocan una a la par de la otra.

17) Se extrae el modelo de madera y el canal de alimentación

18) Se extraen el bebedero y las dos mazarotas de la caja superior

19) Se repasan las paredes del molde para rectificar las zonas, se refuerzan con clavos las aristas, y los sitios sujetos a erosión, se barniza la forma

mediante pincel o con negro de estufa (negro de horno)

20) Se ensambla la caja sin los modelos con cautela.


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Vertido Una vez producido el molde se procederá a verter el acero fundido dentro de este. Para obtener

el acero líquido se puede utilizar un horno de resistencia eléctrica con el cual se llevará el acero

de un estado sólido a un estado líquido con una temperatura promedio de 900ºC . Esta

operación implica altos riesgos tanto para el operario, por las altas temperaturas, como para la pieza ya que

si la velocidad es muy alta, generará turbulencias dentro de las cavidades del molde y podría erosionar, y si se

realiza muy lento es posible que el acero se enfríe durante este tiempo y no logre llenar por completo el

interior del molde.

Enfriamiento y solidificación

Previo a un análisis de las fundiciones de acero AISI 1045, donde se estima la duración recomendada de enfriamiento y

solidificación, esta etapa se convierte en una de las más críticas del proceso ya que un enfriamiento muy rápido incurrirá en

tensiones dentro de la pieza en incluso la aparición de grietas, y si es demasiado lento disminuirá la productividad en la fabricación


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de los brazos del alicate, también esos parámetros de la duración y temperatura de solidificación influyen sobre la resistencia del material,

dureza, fragilidad y elasticidad.

Desmoldeo

Ruptura del molde

El desmoldeo implica la rotura del molde y la extracción de nuestra pieza que estará unida a su vez por los canales de

alimentación y ventilación. Es necesario tener cuidado en este procedimiento ya que la pieza aunque está sólida, sigue caliente lo cual es

riesgoso para las personas involucradas. La arena es removida junto con la pieza de la caja de molde. En un proceso de producción esta

arena puede ser utilizada en otras fundiciones.

Remoción del sistema de alimentación

Cuando la pieza alcanza una temperatura de trabajo en frio, se procede a eliminar los conductos de alimentación los cuales son utilizados en

la producción de otras piezas y pueden fundirse otra vez. Puede realizarse fácilmente con herramientas mecánicas de taller como sierras o

mecanismos cortantes que faciliten en la geometría de la pieza.

Limpieza

Para facilitar la manipulación y el proceso de mecanizado de la pieza es necesario retirar los residuos de arena adheridos a la pieza. Este

proceso se puede hacer con líquidos o con herramientas manuales, cepillos, rastrillos de mano, dependiendo la geometría de la pieza, sin

rayarla ni dañar la calidad superficial de la fundición.

Tratamientos Térmicos Los dos procesos de tratamiento térmico identificados como necesarios para nuestro alicate contemplan templado y

revenido. El templado se realiza para disminuir y afinar el tamaño de grano de la aleación de acero 1045, en nuestro caso. Se

pretende llegar lo máximo posible a una estructura totalmente martensítica. Se calienta la pieza en una temperatura de 700 a

1000 grados celsius y se enfría rápidamente controlando el tiempo de calentamiento y enfriamiento. Con esto aumentamos la

dureza, resistencia a esfuerzos y tenacidad del material. Sin embargo deberá realizarse superficial y localizado, par dejar libre

de estos efectos a la parte de las muelas. Que serán trabajadas con maquinado de alta precisión que requiere de una

ductilidad que puede perderse en el templado.


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Luego el revenido, no servirá para reducir las tensiones internas de la pieza, originadas por el temple. Mejora las características mecánicas

reduciendo la fragilidad, disminuyendo ligeramente la dureza. Se calienta entre 150 y 500 grados celsius.

Maquinado Para el maquinado de geometría final de la pieza es necesario medir la pieza fundida y a partir de esas medidas, verificar la

satisfacción dimensional de la pieza requerida, y proceder entonces a operar manual o automáticamente las operaciones

que conllevan a los requerimientos. Las operaciones de maquinado realizadas a esta pieza son: taladrado, fresado y

rectificado o pulido de superficie.

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