En la fundición , un patrón es una réplica del objeto que se va a fundir, que se utiliza para preparar la cavidad en la que se verterá el material fundido durante el proceso de fundición. [1] [2]
Los patrones utilizados en la fundición en arena pueden estar hechos de madera, metal, plásticos u otros materiales. Los patrones se fabrican con exigentes estándares de construcción, de modo que puedan durar un período de tiempo razonable, de acuerdo con el grado de calidad del patrón que se está construyendo, y para que proporcionen repetidamente una fundición dimensionalmente aceptable. [3]
Haciendo patrones
La fabricación de patrones, llamado patronaje (a veces de estilo patronaje o la toma de patrón ), es un comercio especializado que está relacionado con los oficios de herramienta y la toma de troquel y la fabricación de moldes , pero también a menudo incorpora elementos de carpintería fina . Patrones (a veces de estilo patronistas o creadores de patrones ) aprenden sus habilidades a través del aprendizaje y las escuelas de comercio durante muchos años de experiencia. Aunque un ingeniero puede ayudar a diseñar el patrón, generalmente es un creador de patrones quien ejecuta el diseño [4]
Materiales usados
Normalmente, los materiales utilizados para la elaboración de patrones son madera, metal o plásticos. También se utilizan Cera y Yeso de París , pero solo para aplicaciones especializadas. El pino de azúcar es el material más utilizado para los patrones, principalmente porque es suave, liviano y fácil de trabajar. La caoba de Honduras se utilizó para más piezas de producción porque es más dura y duraría más que el pino. Una vez curada correctamente, es tan estable como cualquier madera disponible, no sujeta a deformaciones ni rizos. Una vez que se construye el patrón, la fundición no quiere que cambie de forma. La verdadera caoba de Honduras es más difícil de encontrar ahora debido a la destrucción de las selvas tropicales, por lo que ahora hay una variedad de maderas comercializadas como caoba. Los patrones de fibra de vidrio y plástico han ganado popularidad en los últimos años porque son resistentes al agua y muy duraderos. Los patrones de metal son duraderos y no sucumben a la humedad, pero son más pesados, más caros y difíciles de reparar una vez dañados. [5]
Los patrones de cera se utilizan en un proceso de fundición llamado fundición de inversión . Para ello se utiliza una combinación de cera de parafina , cera de abejas y cera de carnauba . [5]
El yeso de París se usa generalmente en la fabricación de matrices y moldes maestros, ya que gana dureza rápidamente, con mucha flexibilidad en la etapa de fraguado. [5]
Diseño
Bebederos, compuertas, elevadores, núcleos y escalofríos o no
El patrón o ingeniero de fundición decide dónde se colocan los bebederos , los sistemas de compuerta y las contrahuellas con respecto al patrón. Cuando se desee un agujero en una pieza fundida, se puede usar un núcleo que defina un volumen o ubicación en una pieza fundida donde el metal no fluirá hacia adentro. A veces, se pueden colocar escalofríos en una superficie de patrón antes del moldeado, que luego se forman en el molde de arena. Los escalofríos son disipadores de calor que permiten un enfriamiento rápido localizado. El enfriamiento rápido puede ser deseable para refinar la estructura del grano o determinar la secuencia de congelación del metal fundido que se vierte en el molde. Debido a que están a una temperatura mucho más fría y, a menudo, son de un metal diferente del que se vierte, no se adhieren a la pieza fundida cuando la pieza se enfría. Los escalofríos se pueden recuperar y reutilizar.
El diseño del sistema de alimentación y gating que normalmente se conoce como methoding o métodos de diseño . Puede llevarse a cabo de forma manual o interactiva utilizando un software CAD de uso general, o semiautomáticamente utilizando un software de propósito especial (como AutoCAST ).
Tipos de patrones
Los patrones están hechos de madera, metal, cerámica o plásticos duros y varían en complejidad.
Un patrón de una sola pieza, o patrón suelto, es el más simple. Es una réplica de la pieza de fundición deseada, por lo general en un tamaño un poco más grande para compensar la contracción del metal deseado. Los patrones cerrados conectan una serie de patrones sueltos junto con una serie de corredores que se separarán después de la sacudida. Los patrones segmentados o de varias piezas crean una fundición en varias piezas para unirlas en el posprocesamiento.
Los patrones de placa coincidente son patrones con las partes superior e inferior del patrón, también conocidas como las porciones de capa y arrastre, montadas en lados opuestos de una tabla. Esta adaptación permite que los patrones se moldeen rápidamente a partir del material de moldeo. Una técnica similar llamada patrón de capa y arrastre se usa a menudo para fundiciones grandes o grandes series de producción: en esta variación, los dos lados del patrón se montan en placas de patrón separadas que se pueden conectar a máquinas horizontales o verticales y moldear con el material de moldeo. Cuando las líneas divisorias entre la cofia y el arrastre son irregulares, se puede usar una tabla de seguimiento para soportar patrones sueltos de forma irregular.
Los patrones de barrido se utilizan para moldes simétricos, que son formas contorneadas que giran alrededor de un eje central o un poste a través del material de moldeo. Un patrón de barrido es una forma de patrón de esqueleto: cualquier patrón geométrico que crea un molde moviéndose a través del material de moldeo.
El patrón de esqueleto entra en juego cuando toda la configuración hecha de madera o metal es más costosa. Por lo general, se fabrica como una pieza dejando algunos huecos sin rellenar y esas partes sin rellenar se rellenan o cubren con arena franca o arcillas. La tabla Strickle o Strike-off se utiliza para raspar el exceso de arcilla si se aplica a los huecos. Por ejemplo, caja de turbina, codos de tubería de suelo y agua, cuerpos de válvula y cajas.
Subsidios
Para compensar cualquier cambio dimensional que ocurra durante el proceso de enfriamiento (sólido), generalmente se hacen concesiones en el patrón. [6]
Contracción líquida
Casi todos los metales se contraen volumétricamente durante la solidificación, esto se conoce como contracción líquida. Otra forma de decirlo es que casi todos los metales experimentan un aumento de volumen al derretirse, o temperatura de liquidez. La "contracción volumétrica" típica se encuentra en el intervalo entre 3,5% y 10,0%, dependiendo de la aleación. Algunos hierros colados de grafito, cuando se moldean en secciones más pesadas, en condiciones bien controladas, pueden exhibir un ligero rendimiento positivo. Type Metal también se conoce y se utiliza por su capacidad para sujetar un molde real y afilado, y retener las dimensiones correctas después del enfriamiento. Normalmente, cuando se fabrican piezas de fundición de ingeniería, el "método" se diseña junto con el patrón, siendo el tamaño de la contrahuella, el número de contrahuellas y la ubicación de las contrahuellas. Además, el (los) bebedero (s), la (s) barra (s) de corredor y la (s) compuerta (s) también están diseñados en "el método". El "método" asegura así que se entrega el metal fundido, el molde se llena correctamente y los elevadores se llenan para "alimentar" el "volumen de contracción" de líquido a la pieza fundida durante la solidificación. Este "método" lo realiza un "ingeniero de métodos", que puede ser un creador de patrones (con capacitación adicional), un ingeniero fundador o un metalúrgico que esté familiarizado con el concepto de aumento / pérdida de volumen asociado con la fusión y la fundición / solidificación. Ejemplo: Suponga que el acero tiene una densidad de 7.85 (sólido) y una contracción del 6%, o mejor dicho, un aumento del volumen del 6% cuando está fundido. Se ha realizado un molde para fundir un bloque de 100 kg, basado en la densidad sólida del acero. La densidad líquida del acero es solo el 94% de su valor de densidad sólida, aproximadamente 7,38 cuando es líquido. Por lo tanto, cuando el bloque de 100 kg (cálculo sólido) se llena de líquido, contiene una masa de solo 94 kg. Los 6 kg deben suministrarse desde un "elevador" o "alimentador" durante la solidificación, por lo que el objeto sólido ahora tiene una masa de 100 kg. El método es un sistema para hacer frente a la pérdida de volumen durante la solidificación. Esto (técnicamente) no es una asignación.
Subsidio de contracción
Una vez completada la solidificación, el tamaño dimensional sufrirá una contracción lineal. Esta contracción lineal procede a través del enfriamiento a temperatura ambiente. Para compensar esto, el patrón se hace más grande que la fundición requerida. Este tamaño adicional que se da en el patrón para la contracción del metal se denomina "tolerancia de contracción". Estos valores suelen estar entre 0,6% y 2,5%. Esto se contabiliza mediante el uso de una regla de contracción , que es una regla de gran tamaño . Las reglas de contracción generalmente están disponibles para las aleaciones de fundición industrial comunes. Alternativamente, el Patternmaker simplemente agregará un porcentaje designado a todas las dimensiones. Un ejemplo de esta tolerancia: si se requiriera que un casquillo tenga 1500 mm de diámetro exterior, 1000 mm de diámetro interior y 300 mm de alto utilizando una regla de contracción del 2%: el creador de patrones haría el patrón de 1530 mm de diámetro exterior (ya que se contraerá) , 980 I / D (ya que el diámetro interior se contraerá hacia fuera) - importante tener en cuenta que el diámetro interior tiene 20 mm "quitado" en lugar de "añadido", que es la tolerancia de contracción correcta. Finalmente, la dimensión de la altura sería de 306 mm.
La cantidad de contracción también se puede variar ligeramente según el sistema de arena que se use para el molde y cualquier núcleo, por ejemplo, arena unida con arcilla, arenas aglomeradas químicamente u otros materiales aglutinantes usados dentro de la arena. Los valores exactos pueden variar entre diferentes fundiciones debido a los sistemas de arena que se utilizan. Cada fundición, al medir sus propios patrones y piezas fundidas, puede refinar sus propias tolerancias de contracción.
La contracción y la contracción se pueden clasificar nuevamente en contracción líquida y contracción sólida . La contracción del líquido es la reducción de volumen durante el proceso de solidificación (de líquido a sólido), la contracción del líquido se explica por los elevadores. La contracción sólida es la reducción de dimensiones durante el enfriamiento del metal fundido (sólido). El margen de contracción tiene en cuenta solo la contracción sólida.
Proyecto de subsidio
Cuando se va a quitar el patrón del molde de arena, existe la posibilidad de que los bordes de ataque se rompan o se dañen en el proceso. Para evitar esto, se proporciona una forma cónica en el patrón, para facilitar la extracción fácil del patrón del molde y, por lo tanto, reducir el daño a los bordes. El ángulo cónico proporcionado se denomina ángulo de inclinación . El valor del ángulo de desmoldeo depende de la complejidad del patrón, el tipo de moldura (a mano o a máquina), la altura de la superficie, etc. El desmoldeo proporcionado en la fundición suele ser de 1 a 3 grados en las superficies externas (5 a 8 superficies internas). [7]
Margen de acabado o mecanizado
El acabado superficial obtenido en las fundiciones en arena es generalmente deficiente (dimensionalmente inexacto) y, por lo tanto, en muchos casos, el producto fundido se somete a procesos de mecanizado como torneado o rectificado para mejorar el acabado de la superficie. Durante los procesos de mecanizado, se retira algo de metal de la pieza. Para compensar esto, se debe dar un margen de mecanizado (material adicional) en la fundición. [7] la cantidad de tolerancia de acabado depende del material de la pieza fundida, el tamaño de la pieza fundida, el volumen de producción, el método de moldeo, etc.
Agitar subsidio
Por lo general, durante la extracción del patrón de la cavidad del molde, el patrón se golpea alrededor de las caras para facilitar la extracción. En este proceso, se agranda la cavidad final. Para compensar esto, es necesario reducir las dimensiones del patrón. No existen valores estándar para esta asignación, ya que depende en gran medida del personal. Esta asignación es una asignación negativa, y una forma común de evitar esta asignación es aumentar la asignación de giro. Sacudir el patrón provoca un agrandamiento de la cavidad del molde y da como resultado una fundición más grande. [7]
Subsidio por distorsión
Durante el enfriamiento del molde, las tensiones desarrolladas en el metal sólido pueden inducir deformaciones en el molde. Esto es más evidente cuando el ancho del molde es más delgado en comparación con su longitud. Esto se puede eliminar distorsionando inicialmente el patrón en la dirección opuesta. [6]
Demanda
Se siguen necesitando patrones para la fundición en arena de metales. Para la producción de fundición de hierro gris, fundición dúctil y acero, la fundición en arena sigue siendo el proceso más utilizado. En el caso de las fundiciones de aluminio, la fundición en arena representa aproximadamente el 12% del tonelaje total en peso (superado solo por la fundición a presión con un 57% y los moldes semipermanentes y permanentes con un 19%, según los envíos de 2006). El proceso exacto y el equipo de patrón siempre está determinado por las cantidades del pedido y el diseño de fundición. La fundición en arena puede producir tan solo una parte o hasta un millón de copias.
Aunque las modalidades de fabricación aditiva como SLS o SLM tienen potencial para reemplazar la fundición en algunas situaciones de producción, la fundición aún está lejos de ser completamente desplazada. Siempre que proporcione propiedades de material adecuadas a un costo unitario competitivo , seguirá teniendo demanda.
Referencias
- ^ Bawa, HS (2004). Procesos de Fabricación - I . Tata McGraw-Hill. págs. 1-12. ISBN 978-0-07-058372-6.
- ^ Ammen, CW (1999). Fundición de metales . Profesional de McGraw-Hill. págs. 159-176. ISBN 978-0-07-134246-9.
- ^ http://mechanicalinventions.blogspot.com/2012/12/types-of-patterns.html
- ^ Shelly, Joseph Atkinson. Creación de patrones: un tratado sobre la construcción y aplicación de patrones, incluido el uso de herramientas para trabajar la madera, el arte de la carpintería, el torneado de madera y varios métodos de construcción de patrones y cajas de machos de diferentes tipos. Los tipos comunes de patrones son: 1) Patrón de pieza única 2) Patrón de pieza dividida 3) Patrón de pieza suelta 4) Patrón de compuerta 5) Patrón de combinación 6) Patrón de barrido 7) Patrón de capa y arrastre 8) Patrón de esqueleto 9) Patrón de caparazón 10) Patrón de seguimiento de tablero 11) Patrón segmentario Nueva York : Prensa industrial, 1920; págs. 2-5 y siguientes
- ^ a b c Radhakrishna, K (2011). Proceso de fabricación - 1 . Bangalore: Sapna Book House. pag. 20. ISBN 978-81-280-0207-6.
- ^ a b Praveen, Kestoor (2011). Proceso de fabricación - 1 . Bangalore: Star - educación tecnológica. pag. dieciséis.
- ^ a b c Rao, PN (2003). Tecnología de fabricación . Nueva Delhi: Tata McGraw-Hill. pag. 68. ISBN 0-07-463180-2.