Laboratorio N° 4 de MC 216-2020-1

Tema: Moldeo y Colada

1.Objetivo
● Desarrollar el proceso de fundición desde la preparación de la arena y el molde hasta el
desmoldeo la extracción de la pieza fundida.
● Identificar cada uno de los pasos para llevar a cabo un proceso de fundición
● Identificar las herramientas manuales requeridas en un proceso de moldeo
● Descubrir la importancia de la fundición como proceso de manufactura en la industria

2. Aspectos Teóricos
La fundición consiste en una serie de operaciones mediante las cuales se obtiene un molde
que reproduce la forma de la pieza a fabricar y en el que se vierte el metal en el interior de
un molde previamente fabricado. Se emplea fundamentalmente en piezas como motores,
cigüeñales, componentes de turbinas hidráulicas, trenes de aterrizajes para aviación, entre
otras.
El material del molde marca en gran medida las características generales del proceso de
fundición. Existen varias clasificaciones de moldes en función del tipo de material que se
utilice:
● Moldes desechables:
- Moldes de arena
- Moldes de yeso
- Moldes de cerámicas
- Fundición a la cera perdida
- Fundición en modelo evaporativo

● Moldes permanentes:
- Moldes metálicos (alta resistencia a la temperatura)

● Moldes compuestos (combinaciones de distintos materiales como arena, metal, etc.

obteniéndose propiedades distintas y utilizándose distintas tecnologías en su
generación).
En la Tabla 1 se pueden apreciar diferentes características de algunos de los procesos
mencionados anteriormente
Dentro de todas las variantes existentes en la fundición en arena la más común de ellas es
la fundición de arena en verde. La arena de sílice concede la refractariedad necesaria para
resistir las altas temperaturas de trabajo a la hora del vaciado de la colada. La cohesión la
brinda el contenido de agua e impurezas aportado a la mezcla la cual permite la
durabilidad y resistencia necesaria para la conservación del molde sin fragmentarse.
En este laboratorio se expondrán las características fundamentales del proceso de
fundición empleando moldes de arena en verde.
Se trata de un procedimiento puramente artesanal en el que la habilidad del moldeador es
fundamental en el resultado final de la pieza, requiere gran especialización para un
óptimo resultado.
Básicamente consiste en el vaciado del metal fundido en un molde de arena que reproduce
un modelo de la pieza que se desea, dejar que se produzca la solidificación y enfriamiento
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Tabla 1 Características generales de los procesos de fundición.

para posteriormente proceder al desmoldeo y obtener la pieza. Este procedimiento

requiere de instrumentación y técnicas particulares, así como una teoría aplicable en el
diseño de cada uno de los sistemas involucrados. Las diferentes fases presentes en un
proceso de fundición en arena en verde se pueden apreciar en la figura 1.

2.1 Diseño y fabricación del modelo

En fundición, la exactitud en el dimensionado final de la pieza depende en parte del
proceso y en parte de la naturaleza de cada dimensión. Los principales errores son:
● Errores de moldeo.
● Errores en las dimensiones del molde.
● Contracción anómala y distorsión en el enfriamiento.
● Acabado.
El modelo se debe diseñar reproduciendo fielmente la forma exterior de la pieza a fabricar
y teniendo en cuenta aspectos como su disposición en el molde, sobredimensionado y la
necesidad de la colocación de machos para dar formas interiores.
Los modelos se suelen dividir en varias partes, generalmente en dos, una parte superior
que dará forma al molde de la caja superior y otra que lo hará en el molde de la caja
inferior. Estos suelen estar construidos de madera, plástico o metal. La madera es el
material más común por su facilidad en la generación del modelo. El recubrimiento de su
superficie con una fina capa de pintura facilita su extracción pues evita su adhesión con la
arena en verde, confiriendo además impermeabilidad
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Figura 1 Esquema del proceso de fundición manual en arena.

Las superficies del modelo deben diseñarse de forma que en su extracción no se produzcan
desprendimientos de las paredes del molde. Por ello, se deben respetar ángulos mínimos en la
dirección de desmoldeo, así como áreas óptimas de los canales de alimentación que provoquen
velocidades razonables del fluido metálico en el interior del molde. El ángulo de salida para el
desmoldeo para moldes de madera se encuentra entre 3° y 0,5°.
Al verter el metal líquido y este ocupar la cavidad del molde, se produce contracción en el
enfriamiento hasta la temperatura ambiente provocando que la pieza final tenga dimensiones
algo menores a las deseadas. Teniendo en cuenta este fenómeno, el modelo se debe generar de
acuerdo al grado de contracción del metal de trabajo. Existen numerosas recomendaciones
bibliográficas que guían en el sobredimensionado del modelo necesario para contrarrestar la
contracción volumétrica. Estas recomendaciones indican tolerancias en las contracciones que
van desde un ± 0,3 % de la mayor dimensión hasta un 2 % de la menor dimensión.
Por lo general, la pieza resultante requiere un posterior mecanizado que retire la posible rebaba
y aumente la precisión dimensional en alguna de las zonas de la misma. En las normas se
establecen las sobremedidas para el mecanizado de piezas fundidas tanto ferrosas como no
ferrosas
2.1.1 Clasificación de los Modelos para fundición en arena
▪ Modelos de una sola pieza. También llamados modelos sólidos, tienen la misma forma
que el producto y un extra de material para contrarrestar la contracción del material y
los procesos de maquinados posteriores. Se utilizan para piezas simples y producción
de bajas cantidades.

▪ Modelos divididos. Son modelos en dos piezas donde cada una de las piezas forma
cada una de las mitades de la cavidad. El plano donde se parten las piezas del modelo
coincide con el plano de partición del molde usado para la fundición.

▪ Placas Modelo. Este procedimiento se utiliza para volúmenes de producción mayores.

En este los modelos partidos se adhieren a una placa de acoplamiento; la placa cuenta
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con guías para lograr hacer coincidir las mitades que harán las cavidades en la arena.
En ocasiones las placas modelo cuentan con partes como los sistemas de vaciado,
canales o mazarotas.

Figura 2 Partes de la placa modelo

2.2 El molde.
Los componentes principales de un molde para fundición en arena son:
▪ El molde esta soportado por una caja de moldeo: existe un molde superior e inferior, y
la unión entre los dos forma la línea de partición.
▪ El bebedero es el conducto que recibe el metal y lo lleva hacia el interior del molde; el
extremo del bebedero tiene forma de cono para facilitar el proceso de verter el metal
fundido.
▪ La mazarota es una cavidad que se llena de metal fundido y suministra el metal
adicional necesario para contrarrestar el proceso de contracción durante la
solidificación del metal.
▪ Los canales de llenado llevan el metal fundido desde la mazarota hasta la cavidad del
molde.
▪ Los insertos hechos en arena que permiten generar cavidades huecas dentro de la pieza
fundida reciben el nombre de corazones, almas o machos. En ocasiones requieren de
sujetadores para permanecer en la posición adecuada durante el proceso de verter el
metal líquido.
▪ Los respiraderos tienen como función permitir el flujo hacia el exterior del aíre y gases
que se acumulan durante el proceso de fundición en el interior del molde. Permiten que
se realice un buen proceso de llenado de la cavidad.

Figura 3 Molde para

fundición en arena

2.3 Ensamblaje del molde

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La unión entre molde superior e inferior puede conferir a la pieza rebaba por su contorno si esta
unión no es totalmente perfecta. Se conseguirá su perfecta unión tras una buena compactación
de ambas partes del molde y un buen cierre entre ambas cajas. Además, en la unión de cada caja
de moldeo se aporta una fina película de grafito para que no se produzca adhesión entre ambos
moldes, y entre modelo y metal.
2.4 Fusión y Colada del metal
El material seleccionado para fundir, se pesa y se deposita en el crisol. Llevar el metal hasta su
punto de fusión, cucharear el metal y quitar la escoria generada.
El vaciado del metal fundido dentro de la cavidad del molde se realiza por gravedad. La
velocidad de vaciado deberá ser la justa para que llene la totalidad del molde sin producir
turbulencias. Las turbulencias del flujo responden a variaciones erráticas en la velocidad del
fluido. Esta turbulencia debe evitarse pues puede producir la degradación del molde y el
desprendimiento local del mismo afectando directamente a la forma final de la pieza. Además,
la turbulencia tiende a la generación de óxidos metálicos
que dificultan la solidificación y degradan la calidad de la
fundición.
Durante el vaciado y la solidificación se produce la
evacuación de gas hacia la atmósfera. Este gas proviene la
propia evaporación de la humedad, aditivos, CO y CO 2 del
molde o por la expansión del aire presente en la cavidad del
molde y entre los huecos de arena. Por norma general este
gas es evacuado por la propia permeabilidad del material del
molde, aunque es posible realizar canales de evacuación del
gas mediante conductos delgados agujereando localmente
algunas zonas del molde en las que la evacuación natural no
sea posible o esté impedida

2.5 Desmoldeo y limpieza

Tras la solidificación y el enfriamiento, se realiza el desmoldeo generalmente mediante
vibración. La pieza resultante requiere una limpieza inicial en la que se elimine la posible arena
adherida a las paredes de la pieza y los posibles residuos. Además, se hace necesario separar los
conductos del sistema de alimentación y posibles mazarotas añadidas en el diseño, así como
posibles rebabas y excesos de material. Esta limpieza posterior puede ser reducida con una
buena elección y preparación del material del molde, y una óptima localización de los canales
de llenado. Un proceso común en las superficies exteriores de la pieza para eliminar restos y
dejar lisa las paredes es el granallado, que no es más que el tratado de la superficie externa con
un chorro erosivo. Otra forma es su limpieza hidráulica con chorro a presión el cual suele
incorporar sólidos abrasivos.
El mecanizado posterior se hace casi imprescindible a la hora de eliminar la posible rebaba
originada en la unión de las cajas de fundición, así como el corte de los sistemas de
alimentación y mazarotas. Son posibles varios métodos adicionales con este fin, como puede ser
el corte por cizalla u oxicorte.

3. Herramientas y componentes a utilizar

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▪ Modelo seleccionado
▪ Cajas de moldeo
▪ Tabla de moldeo
▪ Herramientas de moldeo
▪ Talco o grafito
▪ Ductos para bebederos

4. Materiales a utilizar

▪ Aluminio
▪ Fundentes
▪ Arena de moldeo
▪ Arena para almas

5. Plan de trabajo

▪ Seleccionar la caja de acuerdo al tamaño del modelo

▪ Colocar en la tabla de moldeo la mitad inferior de la caja de moldeo (verificar que
las guías estén hacia arriba)
▪ Ubicar y centrar el modelo o la mitad del modelo en la caja
▪ Cubrir con talco o grafito la superficie del modelo.
▪ Agregar la arena de contacto (arena tamizada) aproximadamente que tape por
encima 5 cm al modelo.
▪ Presionar manualmente la arena de contacto.
▪ Llenar la caja con arena y compactar con los atacadores y enrasar con la regla.
▪ Voltear la caja y colocar la caja superior y centrar la otra parte del modelo
▪ Ubicar el bebedero y la mazarota en las posiciones elegidas.
▪ Se procede tal com0 en la caja inferior
▪ Una vez terminado el moldeo se extraen los ductos del bebedero y mazarotas (si es
que estas no son ciegas), se procede a hacer la copa del bebedero.
▪ Abrir la caja y extraer el modelo y colocar la(s) almas si es que las tienen
▪ Hacer el conducto de colada y los de la(s) mazarotas.
▪ Cerrar la caja teniendo cuidado que los indicadores de posición de las cajas
coincidan.
▪ Con las agujas hacer agujeros para ayudar a la permeabilidad
▪ Colocar su caja en la zona de colada.
▪ Registrar la temperatura de colada
▪ Desmoldear
▪ Medir el producto
6. Análisis e interpretación de los resultados
▪ La ubicación del bebedero y mazarota es la adecuada.
▪ Teniendo en cuenta la contracción del aluminio. Como cambian las dimensiones
del componente después de la solidificación.
▪ Haga el cálculo para determinar el tiempo de solidificación y que aproximaciones
ha considerado.
▪ ¿La generación de porosidades es influenciada por los fenómenos físico-químicos
que resultan de la solidificación?
▪ Indique cual(es) son las zonas calientes en su componente.
▪ ¿Es necesario colocar contrapeso en la caja superior?
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7. Conclusiones y recomendaciones
Realizar las conclusiones, recomendaciones o comentarios respecto a la experiencia realizada
8. Bibliografía
▪ La cual debe ser colocada según normas APA
9. Ejemplo de Test.
▪ Indique usted los defectos obtenidos en el componente indicando las causas y si es
posible una solución.
▪ Indique usted las discontinuidades que se esperan encontrar en la pieza fundida.