Moldeo en grafito


Moldeo en grafito

Contenido

Moldeo

Moldeo: Proceso de vertido del metal en el molde

En el proceso de moldeo se funde un sólido, el cual se calienta y se trata para conferirle una determinada composición química. Posteriormente, la materia fundida (metálica generalmente) se vacía en una cavidad, o molde, adquiriendo durante la solidificación la forma del mismo. Así, mediante una única operación, es posible obtener formas complejas de cualquier metal que sea fundible. Pudiendo tener el producto resultante prácticamente cualquier configuración predeterminada por el diseñador, al objeto de dotarlo de la mejor resistencia a las tensiones de servicio, con unas propiedades direccionales mínimas y habitualmente un buen acabado superficial.


Fundición en moldes desechables de grafito

Existen metales, como el titanio, que tienden a reaccionar con numerosos materiales de construcción de moldes. En estos casos, puede recurrirse a combinar grafito en polvo con cemento, almidón y agua, y compactar esta mezcla en torno al moldeo. Este se retira y el molde se inflama a 1000 Â°C, con lo que el grafito se consolida en molde rígido. Tras la colada, para extraer la pieza hay que romper el molde.


Fundición en moldes permanentes de grafito

En el proceso de fundición en molde permanente, también conocido como fundición en molde duro, se fabrican dos mitades de un molde de materiales como el hierro colado, el bronce, aleaciones de metal refractario o grafito. La cavidad del molde y el sistema de canales de alimentación se maquinan en el molde y por tanto forman parte integral del mismo. Para reproducir piezas con cavidades internas se colocan corazones hechos de metal o de agregados de arena en el molde antes de la fundición. A fin de incrementar la vida de los moldes permanentes, las superficies de la cavidad del molde por lo general están recubiertas con un barro refractario o se rocían con grafito cada cierto número de coladas. Estos recubrimientos también sirven como agentes de separación y como barreras térmicas, controlando la velocidad de enfriamiento de la fundición.

Fundición colada continua en moldes de grafito

Colada Continua: Proceso de fabricación de barras mediante colada continua en moldes de grafito

El proceso de fundición continua se inicia en un horno de inducción, donde se controlan la temperatura y composición química del metal, para luego vaciar el hierro fundido en el horno de colada y hacerlo pasar a través de una matriz de grafito, refrigerada con agua, para que éste adopte la forma y la medida de la barra a producir. En dicha matriz se lleva a cabo el proceso de enfriamiento mediante un sistema de refrigeración por agua gradual y que permite una solidificación homogénea y una microestructura uniforme. A su vez, la matriz está conectada a una banda transportadora por donde es transportado el perfil, hasta la unidad de corte y quiebre en la que se recorta según la longitud deseada.






Moldes de Grafito: Diseños de moldes para colada continua

Diseño de moldes de grafito para colada continua:

Con el fin de disminuir la diferencia en tasas de enfriamiento entre las regiones de fundición cerca de las esquinas del molde (paredes laterales incluidas), y las regiones centrales, que se enfrían más lentamente, el molde se puede hacer de dos grados diferentes de grafito. Las esquinas y partes laterales están hechas de grafito con un grado de conductividad térmica baja, por el contrario las partes centrales están hechas de grafito con un alto grado de conductividad térmica, lo que provoca que haya un enfriamiento más o menos equilibrado en toda la sección.





Características del grafito para moldes

El grafito, como material para fabricar moldes, ofrece importantes ventajas y que son, fundamentalmente, las siguientes:

Grafito: Muestra de grafito en estado puro.


  • Elevada conductividad térmica.
  • Alta resistencia térmica y química.



Baja mojabilidad por los metales fundidos:

Con el fin de evitar que se pegue y rompa una pieza al extraerla del molde este debe poseer una mala adherencia al metal. Esto se logra mediante la baja mojabilidad del molde con el metal líquido. El grafito no es mojable por la mayoría de los metales fundidos no ferrosos y aleaciones. En aleaciones ferrosas el grafito se moja debido a la reacción con el carbón, lo que tiene como resultado la formación de carburos Fe3C. El grafito es también mojado por aleaciones que contengan níquel (más de 6% de níquel), zinc o estaño.

Elevada conductividad térmica:

El calor liberado durante el enfriamiento y solidificación del metal fundido se extrae por el molde. El valor de la transferencia de calor a través del molde en una unidad de tiempo determina la velocidad de solidificación de la fundición. La conductividad térmica del material del molde debe ser lo suficientemente alto como para proporcionar la eliminación rápida del calor. La conductividad térmica del grafito usado para los moldes de colada continua es en el rango de (80 a 140 W / m * K), que es comparable a la conductividad térmica de los metales: aluminio (222 W / m * K), el acero (65 W / m * K). La conductividad térmica del grafito dependen de la temperatura: se disminuye a la mitad cuando la temperatura se eleva a (704 ° C).

Bajo coeficiente de expansión térmica:

Los moldes de fundición se calientan por el metal fundido y se enfrían por el exterior al entra en contacto con un recubrimiento de cobre refrigerado por agua (o directamente por el agua). La distribución de temperaturas alrededor de todo el molde es extremadamente no uniforme, por lo que la baja expansión térmica del material del molde ayuda a prevenir la distorsión de la forma del molde y mantiene la geometría del bastidor.

La expansión térmica del grafito es de:

2 a 2,8 * 10 -6 ° C -1 (3,5-5 * 10 -6 ° C -1)


Considerablemente más bajo que el de los metales por ejemplo:

Aluminio:

13 * 10 -6 ° C -1 (23 * 10 -6 ° C -1)


Acero:

7 * 10 -6 ° C -1 (13 * 10 -6 ° C -1)

Muy elevada resistencia al choque térmico:

El grafito tiene una excelente resistencia al choque térmico debido a la favorable combinación de alta conductividad térmica, bajo coeficiente de expansión térmica, bajo módulo de elasticidad (1500 ksi / 10.3 GPa) y relativamente alta resistencia a la flexión (7500 psi / 52 MPa).

Resistencia al choque térmico de un material puede calcularse de acuerdo con la fórmula:

                                        R = \frac{(\lambda * \sigma F)}{(\alpha * E)} 

Dónde:

R - resistencia al choque térmico.

λ - conductividad térmica.

σ F - resistencia a la flexión.

α - coeficiente de expansión térmica (CTE).

E - módulo de elasticidad.

Buenas propiedades lubricantes frente a la fricción:

A este material le podemos llamar agente controlador de fricción debido a que posee propiedades naturales no muy comunes, ya que al ser pasado una superficie en dirección perpendicular a las capas que lo componen libera pequeñas moléculas de sus compuestos creando una película (capa) delgada de lubricante natural logrando así que las fuerzas opuestas al movimiento sea menor o casi nula .Además es considerado un excelente agente lubricante para piezas metálicas. Proporciona baja fricción entre la superficie del molde y la solidificación del metal lo que asegura la retirada sin problemas (extracción) de la fundición, sin grietas además minimiza el grosor de la cascarilla.

Buena resistencia mecánica:

En contraste con otros materiales la resistencia mecánica (resistencia a la tracción, resistencia a la compresión, resistencia a la flexión) del grafito no varia excesivamente con un aumento de la temperatura.

Buena maquinabilidad:

El grafito es fácil de mecanizar. Los moldes de formas complicadas con tolerancias se pueden obtener por fresado, torneado, aserrado, pulido y acabado de superficie. Un acabado fino de la superficie del molde interior (tierra, pulidos) es importante para la disminución de la capacidad de humectación del material y la fricción. Una buena calidad superficial externa garantiza un mínimo de espacio de aire entre el molde y la camisa refrigerada por agua, lo que resulta en una mejor transferencia de calor.


Mas informacion sobre el grafito en el siguiente enlace: Grafito

Factores que determinarán la vida útil del molde de grafito

Dependiendo de las condiciones de trabajo y del tipo de aleación del molde de grafito, este, puede operar de forma continua entre 8 y 120 horas.

Los siguientes factores determinarán una duración mayor o menor:

La composición de la aleación de la fundición:

Aleaciones que contienen elementos de humectación de grafito (Fe, Ni, Zn, Sn) acortan la vida útil del molde.

Intervalo de Liquido-sólido de la aleación:

Intervalo de temperatura de liquido-sólido aumenta el tiempo de contacto entre el molde y la solidificación del metal, por lo que aumenta la adherencia de soldadura.

La densidad y la porosidad de grafito:

Con el fin de lograr una mayor vida útil de los moldes y para mejorar la calidad de la superficie de la fundición, se utilizan moldes de grafito de alta densidad y bajo grado de porosidad para la fundición de hierros y aleaciones que contienen níquel, zinc y estaño.

Temperatura de fundición:

Temperaturas muy altas de fundición mejoran la adherencia de soldadura, que tiene como resultado una vida del molde más corta.

Velocidad de enfriamiento:

Un enfriamiento rápido disminuye el tiempo de contacto entre el molde y la solidificación de la fundición, por lo que la adherencia de soldadura de metal con el molde será mucho menor.

La absorción de líquidos (humedad) y gases por el material del molde antes de emitir:

Los líquidos y los gases absorbidos por el grafito pueden causar alta presión en el molde cuando el metal fundido entra. La presión puede romper el molde. Se recomienda que se seque el molde antes de echar a 250-350 ° F (120-177 º C) durante 24-12 horas.

ENLACES RELACIONADOS

  1. Fundición
  2. Moldeo en arena verde
  3. Moldeo por inyección
  4. Moldeo por soplado
  5. Moldeo por compresión
  6. Moldeo en vacío
  7. Moldeo rotacional
  8. Moldeo por inyección asistida por gas

REFERENCIAS

Libros

[1] [2] [3]

  1. ↑ Vila pastor, Carlos (2005). Metrologia y procesos de conformado de metales sin arranque de viruta. Publicacions Jaume I. 
  2. ↑ Kalpakjian, Serope (2001). Manufactura, ingeniería y tecnología. New Jersey U.S.A.: Prentice-Hall Inc.. 
  3. ↑ DeGARMO, E.P (2002). Materiales y procesos de fabricación (segunda edición). REVERTÉ,S.A.. 

Páginas WEB

  1. http://www.substech.com
  2. http://www.monografias.com

Otros

  1. Exposición Colección de minerales, Universidad Jaume I

Wikimedia foundation. 2010.

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