El Proceso Shell en FAMA

La arena usada para el moldeo shell consiste de una mezcla de los siguientes ingredientes:

l. Granos de circón secos, fmura AFS de 60 a 140. Entre las ventajas en el uso del circón como medio de moldeo para el proceso shell, podemos citar: 1) Baja expansión térmica, solamente un tercio que la arena silica convencional, proporcionando una mayor estabilidad dimensional a las piezas vaciadas. 2) Alto punto de sinterización, cerca de 2148 a 2260°C, dependiendo de la fmura del grano. 3) Alta conductividad térmica. La resistencia al choque térmico es incrementada considerablemente y por ende se eliminarían los sistemas de venteo. Posee cuatro veces más el promedio de enfriamiento que las arenas de silica convencionales. 4) Superficie granular compatible, estable para la aplicación óptima de resinas de enlace, o bien, del aglutinante.

2. Resina de enlace o aglutinante sintético, 3 a 1 O porciento por peso. Las resinas que podrán ser usadas serán los fenolformaldehídos, urea formaldehídos, poliester. La resina deberá de ser plástica terrnoendurecida, y es usada como polvo en mezclas secas.

También podrá ser aplicada como líquido y posteriormente secada en las arenas granulares. Para el moldeo, la mezcla deberá ser seca y de libre flujo.

La arena shell es curada en dos fases. Cuando la mezcla de arenas es derramada sobre el patrón y calentada desde 175 a 370°C, el plástico se endurece parcialmente y forma una cáscara de arena shell que cubre a el patrón. El espesor de esta cáscara es cerca de Y4 a% in. y depende de la temperatura del patrón, el tiempo en el que reside sobre él, y la mezcla de arenas.

La cáscara misma que sigue sobre el diseño, puede ser curada calentándola desde 230 a 340°C por 1 a 3 minutos. La operación del desmoldeo de la cáscara presenta ciertas dificultades, ya que la cáscara posee gran dureza. A menudo se utiliza un agente desmoldante (soluciones de silicón) para obtener una pieza limpia, libre de impurezas.

Las dos mitades shell son ensambladas y son preparadas para la posterior operación del vaciado.

El moldeo shell probablemente es más usacto para la fabricación de corazones que para la producción de moldes. Una variante de este proceso conocida como el proceso de caja caliente de volteo por soplado, misma que emplea una caja corazón calentada.

La practica de la caja caliente de volteo por soplado (Fig. 1.3), es llevada a cabo por FAMA. La cáscara de arena se aplica al patrón caliente o a la cavidad de la caja corazón por vaciado. La operación es acompañada fijando el patrón o caja de corazón a la caja de volteo e invirtiendo el ensamble, permitiendo que la arena permanezca durante cierto tiempo. Esta operación es asistida por un flujo de aire de 55 Ncm² (50 a 80 psi), fmalmente vuelve a su posición original dejando el patrón o la caja corazón. Es importante saber que las áreas de baja densidad podrán ser compactadas por la presión del soplo del aire. Se deberá de utilizar un sistema de venteo al llevar a cabo esta práctica para asegurar una buena densidad del molde o del corazón.

La mezcla de moldeo contiene 1.5 a 4.0% de resma de tipo furánica o furfuraldehído. El calor de la caja de corazón causa que el catalizador comience un proceso de polimerización exotérmica. Conforme la temperatura de la arena aumenta, la resina se polimeriza y la masa se endurece.

Profundizando aún más en la química de la resinas fenólicas, cabe mencionar que estas mismas son conocidas por el nombre de resinas novolak. Estas son producidas por la reacción fenol con una solución acuosa formaldehída en presencia de un catalizador ácido. El primer método comercial para la manufactura del fenol, es conocida como el

proceso Raschig. Este proceso involucraba la oxiclorización del benzeno para formar clorobenzeno seguido por la hidrólisis del clorobenzeno para alcanzar el fenol y el ácido clorhídrico de acuerdo a la reacción:

C6HsCl + H20 ~ C6HsOH + HCL

clorobenzeno agua fenol ácido clorhídrico

LA SOMBRA O MARCA DEL

RECUBR~ENTOSEFORMA

EN ESTE PUNTO

Caja de Volteo

Calentamiento

Figura 1.3 Caja caliente de volteo por soplado. [12]

Algunas ventajas que podemos mencionar acerca del molde shell son: acabado superficial excepcionalmente bueno y precisión dimensional, con la posibilidad de eliminar algunas operaciones de maquinado.

l.

6.3 El Proceso Ashland en FAMA.

El proceso Ashland, es otra alternativa para la fabricación de corazones practicada por FAMA El proceso Ashland utiliza un aglutinante o agente de enlace orgánico, mismo que puede producir corazones en cuestión de segundos a temperatura ambiente, en acción del gas amina como catalizador. Los corazones producidos a través del proceso muestran una buena resistencia a tensión, un alto grado de precisión dimensional, buena resistencia a la abrasión, alta densidad, buena colapsabilidad y baja evolución de gases.

Algunos beneficios del proceso Ashland se citan a continuación:

• El proceso Ashland no depende de ninguna fuente de energía para la operación del curado, como resultado, un considerable ahorro en el consumo de energía.

• El proceso Ashland requiere de menor mano de obra.

• Puede ser utilizado para la producción de corazones y moldes.

• El proceso se relaciona bien con todos los metales fundidos; hierro, acero, etc.

• Es excepcionalmente preciso. Durante el proceso no existe expansión térmica, contracciones, o uniones en los corazones y moldes. Se extraen los corazones de la caja completamente curados y con gran estabilidad dimensional.

• El herramental empleado puede ser de madera, o hasta plástico.

• No existe evidencia acerca de reacciones metal- molde.

Ahora bien, en la Figura 1.4, se muestra la caja fría de corazón empleada en el proceso Ashland.

Figura 1.4 Diseño básico de la caja fría de corazón, proceso Ashland.

Se sopla la mezcla de arena húmeda en la caja corazón, la mezcla fue preparada mediante la arena junto y dos resina líquidas aglutinantes. La caja corazón se localiza entre una válvula superior de entrada de gas arnina y una válvula inferior de gas amina.

El gas catalizador entra en la caja corazón a través de los tubos de soplo y por ende sobre el corazón, causando un inmediato endurecimiento de la arena cubierta por las resinas. Una vez concluida la operación, el corazón esta listo para ser liberado de la caja corazón, después de haber purgado con aire limpio por algunos segundos. Después de que el gas catalizador ha pasado a través del corazón, encuentra su salida de la caja corazón a través del venteo y fmalmente por la válvula de succión. Posteriormente, el gas catalizador es transportado a una unidad de depósito apropiada.

El sistema líquido aglutinante, esta compuesto por dos resinas, nombradas como ISOCURE I y ISOCURE II. Las resinas son especialmente formuladas, de baja viscosidad para permitir su fluidez y bombeo para recubrir los granos de arena. La resina ISOCURE I, es un polímero fenolformaldehído mezclado con algunos otros solventes. La resina ISOCURE II, contiene MDI polimerico (bisfenilisocianato metileno ). La resina ISOCURE I, provee el grupo oxhidrilo que combinado químicamente con el grupo isocianato de la resina ISOCURE II en la presencia del gas catalizador arnina, forma una resina sólida de uretano (Figura 1.5).

Figura 1.5 Reacciones químicas del aglutinante lSOCURE, proceso Ashland.

La resina sólida de metano es la que realmente enlaza, o bien, aglutina los granos de arena. Comúrunente, para metales ferrosos el 1.5% del total del aglutinante se utiliza en la mezcla, pero el sistema puede usar tan solo 0.6% total del aglutinante. Las dos

resinas ISOCURE son normalmente usadas en partes iguales; por ejemplo, O. 75 porciento de cada resina ISOCURE I y II. Las variables de cada fundición dictarán el radio de los componentes y éstos podrán ser alterados.

l. 7 Selección del Grupo de Piezas.

Para fmes de nuestro estudio, se decidió estudiar el grupo de las molduras empleadas para la producción del vaso licuadora. La pieza es representativa, ya que contiene todas las observaciones comentadas por FAMA y los comentarios mencionados en la sección 1.1. Los criterios usados para la selección del grupo fueron los siguientes:

• Costos de fabricación involucrados

• Alto grado de exactitud dimensional requerido por la pieza

• Rugosidad superficial

• Complejidad y geometría de la pieza

• Secciones mínimas de la pieza

El método empleado actualmente para la fabricación de una sola moldura del vaso licuadora consta de un extenso proceso de maquillado partiendo de una barra sólida de acero. La costosa operación del maquinado se lleva a cabo en un tiempo considerable (Fig. 1.6).

Preforma y Maquina do Administración

1

I

Recepción P.F

... • 1

M.P

Acabado Final

5-7Semanas 4 Semanas

.

-

Figura 1.6 Proceso de fabricación de la moldura del vaso licuadora.

FAMA ha logrado meJorar los tiempos de entrega de la moldura del vaso licuadora realizando el proceso de preforma y administración de las molduras con anticipación a la orden del cliente. De tal forma que, al momento de colocar la orden de las molduras solamente se tendrá que efectuar la el proceso del maquillado y acabado fmal del producto y en consecuencia un menor tiempo de entrega de la moldura al cliente.

Sin embargo; el tiempo real involucrado en el proceso actual de fabricación de las molduras es considerable.

La pieza exige un alto grado de exactitud dimensional como resultado del proceso de fabricación. Secciones mínimas de hasta 1116" y 1/8" son requeridas. Además se espera que la moldura posea una rugosidad entre 30 y 80 micropulgadas (¡..¡.in).

La geometría de la moldura seleccionada es muy compleja, tanto en su exterior como su interior. Estos detalles serán analizados con profundidad en el capitulo 3 de nuestro estudio.

l.

8 Comparación

Selección del Proceso Tecnológico de Fundición.

En esta sección compararemos los distintos procesos de fundición existentes y seleccionaremos el mas adecuado para los cumplir los requerimientos de la moldura del vaso licuadora.

Ahora bien, es necesario defmir los criterios a evaluar según los distintos procesos de fundición. Mientras algunos criterios representan los requerimientos de la pieza bajo estudio, algunos corresponden a requerimientos exclusivos, o únicos y estos deberán de ser respetados. En la mayor parte de los casos éstos últimos requerimientos son proporcionados por el cliente (FAMA).

Como requerimientos de la pieza, podemos citar los siguientes, algunos anteriormente mencionados:

• Complejidad de la pieza

• Tamaño de la pieza o peso

• Sección mínima, (in.)

• Diámetro mínimo o orificio del corazón

• Acabado superficial, (l..tin.)

• Precisión y tolerancias

El proceso de fundición seleccionado deberá ser capaz de vaciar formas complicadas como lo es en el caso del vaso licuadora. La pieza a vaciar tiene un peso total de 150 lbs. sin maquinar. Posee secciones mínimas de hasta 118". El diámetro mínimo del corazón de la pieza a vaciar es de 3/8". El acabado superficial esperado de la pieza deberá ser menor a 80 J.lin, así como ±0.003 en precisiones y tolerancias.

Como requerimientos de FAMA, se mencionan los siguientes:

• Material de la pieza a vaciar y su compatibilidad con el proceso de fundición

• Número de vaciados vs. vida del patrón y molde

• Costo del herramental

• Costos de MOD

• Costos de acabado de la pieza

Se deberá de vaciar hierro fundido como material para el vaso licuadora. Este requerimiento deberá ser totalmente respetado. Se deberá de buscar prolongar la vida útil del patrón o modelo, así como del mismo molde. Los costos involucrados con el herramental, de mano de obra así como de acabado deberán ser lo más bajo posible. En la sección de anexos presentamos la tabla de selección del proceso de fundición óptimo para el vaso licuadora (ANEXO 1 ). Para llevar a cabo la aplicación eficiente de éstos métodos, se tiene que hacer uso de sus ventajas independientes, sin olvidar sus limitaciones.

Como resultado de nuestro primer estudio, obtuvimos al proceso del moldeo cerámico sólido, o bien, el moldeo de bloque cerámico como el proceso óptimo de fundición para el vaso licuadora. El proceso de fundición en bloque cerámico, será discutido a detalle en el próximo capítulo (Cap. 2).

Es de gran importancia mencionar que pudiera existir un buen potencial empleando algunas técnicas actualmente practicadas por FAMA. El proceso shell es una proceso que ha presentado buenos resultados, cuando es empleado para la fabricación de moldes. Gracias a estudios anteriormente desarrollados en FAMA, por la UDEM, se ha podido determinar que mediante pequeñas modificaciones en el proceso shell se han podido obtener excelentes acabados superficiales en las piezas vaciadas. Otra alternativa pudiera consistir en emplear el proceso Ashland actualmente utilizado para la fabricación

de corazones, para la fabricación de moldes de material cerámico. Como medios de moldeo para este proceso se podría sugerir el uso de materiales como circón y mullita. En ambos procesos la vida útil del patrón vs. el número de vaciados sería un factor considerable.

Capítulo 2

El Método del Moldeo Cerámico Sólido