Taller 1
Procesos de Manufactura
Esteban Rodriguez Daza
𝐿𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (𝐿)(𝐿𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 )
𝐿 = 𝐶𝐿 −1 , 𝑟𝑒𝑔𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑙𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜
𝐶𝐿 = 1 − 𝑆𝐿
Con la tabla 10.1 del libro “Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes,
and Systems, pagina 197”, tenemos que el 𝑆𝐿 para el zinc es de 1,3%.
𝐶𝐿 = 1 − 1.3% → 𝐶𝐿 = 1 − 0,013 → 𝐶𝐿 = 0,987
𝐿 = (0,987)−1 → 𝐿 = 1,013
𝐿𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 = 300𝑚𝑚, 𝑛𝑜𝑠 𝑙𝑜 𝑑𝑎 𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑙𝑒𝑚𝑎
𝐿𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (1,013)(300𝑚𝑚) → 𝐿𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 303,95𝑚𝑚
∆𝐿 = 𝐿𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 − 𝐿𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 → ∆𝐿 = (300 − 303,95)𝑚𝑚
∆𝐿 = 3,95𝑚𝑚
a.
(1) Una esfera, volumen = 1000 𝑐𝑚3
3 3 ∗ 1000
4𝜋𝑟 3
= 1000 𝑐𝑚3 , 𝑟 = √
𝑐𝑚3 → 𝑟 = 6,20𝑐𝑚
3
4𝜋
Tiempo de solidificación para la esfera usando la siguiente ecuación
𝑉 = 1000𝑐𝑚3 , 𝐴 = 4𝜋𝑟 2 = 483,60𝑐𝑚2
1000 2
𝑇𝑇𝑆 = 𝐶𝑚 (
) → 𝑇𝑇𝑆 = 4,28𝐶𝑚
483,60
(2) Un cilindro, volumen = 1000 𝑐𝑚3
(10.8)
3 4 ∗ 1000
𝜋𝐷2 𝐻 𝜋𝐷3
→
= 1000 𝑐𝑚3 , 𝐷 = √
𝑐𝑚3 → 𝐷 = 10,84𝑐𝑚
4
4
𝜋
Tiempo de solidificación para la esfera usando la siguiente ecuación
𝑚𝑖𝑛
𝜋𝐷2
𝐶𝑚 = 3.5 2 , 𝑉 = 1000𝑐𝑚3 , 𝐴 =
+ 𝜋𝐷𝐿 = 553,58𝑐𝑚2
𝑐𝑚
2
1000 2
𝑇𝑇𝑆 = 𝐶𝑚 (
) → 𝑇𝑇𝑆 = 3,26𝐶𝑚
553,58
(3) Un cubo, volumen = 1000 𝑐𝑚3
3
𝐿3 = 1000 𝑐𝑚3 , 𝑟 = √1000𝑐𝑚3 → 𝑟 = 10𝑐𝑚
Tiempo de solidificación para la esfera usando la siguiente ecuación
𝑚𝑖𝑛
𝐶𝑚 = 3.5 2 , 𝑉 = 1000𝑐𝑚3 , 𝐴 = 6𝐿2 = 600𝑐𝑚2
𝑐𝑚
10 2
𝑇𝑇𝑆 = 𝐶𝑚 (
) → 𝑇𝑇𝑆 = 2,78 ∗ 10−4 𝐶𝑚
600
b. En este caso la mejor geometría sería la esfera, ya que tiene un valor más grande de
la relación V/A. Por ende, tendría un mayor tiempo de solidificación, lo cual
permite un mayor tiempo para que el material fluya en la fundición.
c. 𝐶𝑚 = 3.5
𝑚𝑖𝑛
𝑐𝑚2
Esfera 𝑇𝑇𝑆 = 4,28𝐶𝑚 → 𝑇𝑇𝑆 = 4,28 ∗ 3,25 → 𝑇𝑇𝑆 = 14,98 𝑚𝑖𝑛
Cilindro 𝑇𝑇𝑆 = 4,28𝐶𝑚 → 𝑇𝑇𝑆 = 3,26 ∗ 3,25 → 𝑇𝑇𝑆 = 11,41 𝑚𝑖𝑛
Cubo 𝑇𝑇𝑆 = 2,78𝐶𝑚 → 𝑇𝑇𝑆 = 2,78 ∗ 3,25 → 𝑇𝑇𝑆 = 9,73 𝑚𝑖𝑛
(10.8)
𝑉𝑟𝑒 = ((15 − 2,5) ∗ 5 ∗ 1)𝑖𝑛3 → 𝑉𝑟𝑒 = 62,5𝑖𝑛3
𝑉1𝑐 =
2
𝑉𝑐ℎ =
𝜋(2,5𝑖𝑛)2 ∗ 1𝑖𝑛
→ 𝑉1𝑐 = 9,82𝑖𝑛3
2
2
3𝜋(2,5)2 4𝜋(1,5)2
−
→ 𝑉𝑐ℎ = 7,66𝑖𝑛3
4
4
𝑉𝑟ℎ = (3 ∗ 6 ∗ 1)𝑖𝑛3 → 𝑉𝑟ℎ = 18𝑖𝑛3
𝑉𝑡 = 𝑉𝑟𝑒 + 𝑉1𝑐 + 𝑉𝑐ℎ − 𝑉𝑟ℎ → 𝑉𝑡 = 62,5 + 9,82 + 7,66 + 18 → 𝑉𝑡 = 61,98𝑖𝑛3
2
𝐴𝑠 = 1,5 + 1(12,5 + 2,5𝜋 + 2,5𝜋) + 2(5 ∗ 12,5 − 3,6) + 2,543 + 1,5𝜋 ∗ 4 ∗ 2(6 + 3)
0,5𝜋 ∗ 5 ∗ 5
2 ∗ 1,5 ∗ 1,5 ∗ 𝜋
+ 2(
)−
4
4
𝐴𝑠 = 203,37𝑖𝑛2
61,975 2
𝑇𝑇𝑆 = 25,3 ∗ (
) → 𝑇𝑇𝑆 = 3,35min
203,37
𝐷=𝐿
𝑉=
𝜋𝐷3
4
2𝜋𝐷2
𝐴 = 𝜋𝐷 +
= 1,5𝜋𝐷4
4
2
𝑉 𝐷
=
𝐴 6
𝐷 2
3,35 = ( ) ∗ 25,3
6
𝐷 = 2,18𝑖𝑛
a. 𝑁 =
30
𝜋
√(
2𝑔∗𝐺
𝐷𝑜
) , 𝐷𝑜 = 15𝑐𝑚, 𝑔 = 981
𝑐𝑚
𝑠2
, 𝐺 = 70 (11.5)
𝑐𝑚
2 ∗ 981 2 ∗ 70
30
𝑟𝑒𝑣
𝑠
√(
𝑁=
) → 𝑁 = 913,74
𝜋
15𝑐𝑚
𝑚𝑖𝑛
b. 1cm de pared de molde
𝑉 = 𝜋(𝑅𝑜2 − 𝑅𝑖2 )𝐿 → 𝑉 = (𝜋(7.52 − 62 ) ∗ 10)𝑐𝑚3
𝑉 = 636,17𝑐𝑚3
𝐴 = 𝜋𝐷𝑜 𝐿 → 𝐴 = 𝜋 ∗ 15𝑐𝑚 ∗ 10𝑐𝑚
𝐴 = 471,24𝑐𝑚2
𝑔
𝑚 = 𝜌𝑉 → 𝑚 = 8,62 3 ∗ 636,17𝑐𝑚3
𝑐𝑚
𝑚 = 5483,81𝑔
𝑅𝑜 + 𝑅𝑖
7,5 + 6
𝑅=
→𝑅=(
) 𝑐𝑚
2
2
𝑅 = 6,75𝑐𝑚
𝑟𝑒𝑣
𝜋 ∗ 6,75𝑐𝑚 ∗ 913,74 𝑚𝑖𝑛
𝜋𝑅𝑁
𝑣=
→𝑣=
30
30
𝑐𝑚
𝑣 = 645,89
𝑠
Ahora teniendo la velocidad, la masa y el radio se puede sacar la Fuerza Centrifuga
𝑐𝑚 2
(5483,81𝑔) (645,89 )
𝑚𝑣 2
𝑠
𝐹𝑐 =
→ 𝐹𝑐 =
𝑅
6,75𝑐𝑚
𝐹𝑐 = 3389,16𝑁
Tomamos la fuerza y la dividimos por el área para obtener la fuerza centrifuga por
metro cuadrado.
𝐹𝑐 3389,16𝑁 𝐹𝑐
=
→ = 71920,15𝑃𝑎
𝐴 47,12𝑐𝑚2
𝐴
𝑃 = 71,92𝑘𝑃𝑎
Como la fundición de estas piezas se realiza con éxito en otras fundiciones, las posibles
explicaciones para los defectos son que la temperatura a la cual se hace el colado es
demasiado baja, y así mismo que el colado del metal se realiza de manera muy lenta.
Problemas de revisión
Algunas de las desventajas de la fundición son: limitaciones en las propiedades mecánicas
del material, porosidad del material, poca precisión dimensional y acabado superficial en
ciertos procesos.
El patrón determina la geometría externa de la pieza de fundición, mientras que el núcleo
determina la geometría interna, si la fundición incluye alguna cavidad.
El flujo turbulento en el metal fundido se evita debido a que acelera la generación de óxidos
en el metal, debido a que no permite que se escapen los gases que puedan ingresar, y así
mismo, causa erosión en el molde o un desgaste gradual del molde debido al impacto que
genera el metal fundido.
Esto es así debido a que se desea que la velocidad en su zona más baja sea mayor, esto para
que el metal fundido logre ingresar de manera adecuada al molde, y no se solidifique antes
de entrar al molde, con esto cumpliendo así la ley de continuidad.
𝑄 = 𝑉1 𝐴1 = 𝑉2 𝐴2
(10.6)
Los tres tipos de contracción del metal fundido luego del colado son:



Contracción del metal al iniciar su solidificación después del colado debido a
la diferencia de temperatura que hay entre el molde y el metal fundido.
Contracción de solidificación durante la transformación de estado líquido a sólido.
Contracción térmica en la pieza solidificada.
El patrón es un modelo de la pieza completa con dimensiones un poco más grandes para tener
en cuenta la contracción del metal y los procesos de maquinado posteriores.
El patrón determina la geometría externa de la pieza de fundición, mientras que el núcleo
determina la geometría interna, si la fundición incluye alguna cavidad.
Las propiedades que determinan la calidad de un molde de arena para la fundición son:





Resistencia
Permeabilidad
Estabilidad térmica
Colapsabilidad
Reusabilidad
El moldeo en cáscara es un proceso de fundición en el cual el molde es una cáscara delgada
hecha de arena mantenida unida por un adhesivo de resina termo conducible. Debido a que
se posee una arena que tiene propiedades de grano pequeño, se vuelve un molde con una
superficie más suave, permitiendo así que el metal fundido fluya mejor durante el colado, y
así poder lograr un mejor acabado superficial en la pieza final.
Cabe aclarar que este taller fue hecho a través del uso del libro “Fundamentals of Modern
Manufacturing: Materials, Processes, and Systems”[1].
Referencias
[1] Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems; Mikell P.
Groover; Wiley;2019; EnhancedeText, 7th Edition; ISBN: 978-1-119-47521-7