CONVERSION DE PIEZAS GRANDES DE MOLDEO HORIZONTAL A VERTICAL. UN NUEVO RETO

Jose Mintegui, Javier Rodriguez

DISA Industries A/S,Taastrup

E-mail: jose.mintegui@noricangroup.com ; E-mail: javier.gutierrez@noricangroup.com

SUMARIO – Hay una extensa aplicación para piezas grandes en numerosos sectores claves de la economía (automoción, agricultura, conducción de aguas, saneamiento, etc.). Estos mercados están constantemente bajo presión debido a los costes de las materias primas, costes de personal, electricidad, etc. Se prevé que esta presión  aumente en los próximos años. Para alcanzar los requisitos del cliente , mejorar la calidad de las piezas, reducir el rechazo y en definitiva, mejorar la productividad, el cambio de moldeo horizontal a vertical es una de las vías más interesantes. Pero para realizar este cambio se deben tener en cuenta varias consideraciones, tal y como se indica en este artículo.

1-COMO CAMBIAR LAS PLACAS MODELO DE HORIZONTAL A VERTICAL.
EJEMPLO DE REUTILIZACION DE LAS PLACAS MODELO

Hergom es una fundición Española que produce principalmente: cocinas, estufas, tapas de arqueta y calderas.

Las placas modelo de Hergom de la línea horizontal estaban constituidas por modelos de resina colados directamente sobre la placa modelo.

Placa modelo horizontal: modelos de resina colados directamente en la placa

Placa modelo horizontal ensamblada en el bastidor.

En 2003, Hergom decidió cambiar de moldeo horizontal (1140×790 mm) a moldeo vertical  DISA 280-B (1200 x850). La solución para reducir los costes de conversión de horizontal a vertical fue la utilización de un bastidor.

Ejemplo 1: Conversión de chimenea de placa modelo horizontal a vertical utilizando bastidor.

Placa modelo horizontal de chimenea.

Placa modelo insertada en bastidor Disa.

Ejemplo 2: Conversión de piezas frontales de cocina económica de placa modelo horizontal a vertical utilizando bastidor.

Ejemplo 3: Piezas producidas en Hergom , en DISA 280-B

2-PROPIEDADES DE LA ARENA. RESISTENCIA A LA TRACCION EN LA ZONA HUMEDA (RTH) Y PENETRACIONES

La calidad de la arena es siempre muy importante (sobre todo su homogeneidad), pero lo es aún más para moldes y piezas de grandes dimensiones.

El comportamiento del molde después de vaciar es diferente cuando las piezas son grandes, pesadas y/o la superficie de contacto entre el metal y el molde es grande. Por lo tanto, no es solo suficiente con convertir las placas modelo de horizontal a vertical; todos los parámetros del proceso (propiedades de la arena, vaciado, sistema de llenado y mazarotaje, etc.) son en este caso aún más importantes.

Los moldes de grandes dimensiones tienen tendencia a producir:

• • Moldes agrietados: debido al efecto de la expansión de la arena de sílice.
  • Penetraciones: debido a la presión metalostatica
  • Inclusiones de arena: Debido a la velocidad del metal por la altura del molde. 

2.1-PROPIEDADES DE LA ARENA – MOLDES AGRIETADOS

Para eliminar el agrietamiento del molde, las propiedades de la arena a alta temperatura deben ser elevadas, es decir:

• Resistencia a la Tracción en la Zona Húmeda ≥ 33 N/cm2. Para alcanzar este valor, se debe utilizar bentonita sódica natural o bentónica cálcica correctamente activada , con pH≥ 10. El pH habitual es 10 ¸

Nota: Las sales desactivan la bentonita, por lo tanto es necesario controlar la calidad del agua (Los cloruros y sulfatos son muy perjudiciales porque desactivan la bentonita rápidamente)

• • Arcilla Activa ≥ 10%. Normalmente entre 10¸11%
  • La relación arena/metal debe ser alta:  ≥ 7/1. Mejor ≥ 9/1.

Además, hay otros parámetros que afectan al molde agrietado, como por ejemplo:

• Adición de arena nueva: Es recomendable reducir o eliminar completamente la adición de arena nueva para las piezas más críticas. Los moldes agrietados son producidos por la expansión de la arena de sílice.
• Temperatura de vaciado: Es recomendable reducir la temperatura de vaciado tanto como sea posible.
• Parámetros de la máquina de moldeo: Es recomendable reducir la presión de prensado. Al reducir la presión de prensado la dureza de molde será inferior (el molde es más esponjoso), de este modo la arena de sílice tiene mayor posibilidad de expandir sin fracturar el molde. Presión de prensado recomendada inferior a 8 kg/cm2.
• Espesor de molde: es recomendable aumentar el espesor de molde, de esta manera se aumenta la relación arena/metal.
• Tiempo de vaciado: Es recomendable reducir el tiempo de vaciado, para reducir la posibilidad de escamas y molde agrietado.

2.1-PROPIEDADES DE LA ARENA – PENETRACIONES

El defecto de penetración tiene lugar cuando la suma de la presión ferrostatica + la presión dinámica son mayores que la fricción entre el metal y la arena.

La fórmula para definir la mínima presión de penetración es:

Pmin = 2s x cosj / t

Donde: Pmin es la mínima presión de penetración,  s es la tensión superficial; j es el Angulo de contacto arena-metal, y t  es el tamaño del grano de arena

Por lo tanto, a menor tamaño de grano, la mínima presión de penetración para provocar el defecto de penetración, es más alta.

La rugosidad superficial requerida está relacionada con el tipo de piezas (mercado), es habitual un Nº AFS≥ 80. Si la calidad superficial requerida debe ser muy buena (como por ejemplo piezas de estufas, etc.), es recomendado Nº AFS ≥ 90 o mejor Nº AFS ≥95

Para eliminar el defecto de penetración debemos:

• Utilizar arena más fina, de acuerdo a la altura metalostatica.

Además, ayuda:

• Reducir la temperatura del metal
• Utilizar un sistema de alimentación despresurizado (ataques despresurizados)
• Reducir la humedad de la arena
• Aumentar la compactación del molde incrementando la presión de prensado (es decir aumentando la dureza de molde).

-SISTEMA DE LLENADO

El sistema de llenado tiene gran influencia en los defectos de las piezas

3.1-SISTEMA PRESURIZADO

Los ataques están presurizados, la velocidad del metal es muy alta en los ataques.

El riesgo de inclusiones de arena y escorias es alto.

3.2-SISTEMA DESPRESURIZADO – ATAQUES LATERALES

Sistema de llenado con ataques despresurizados, utilizando un choke (estrangulación) entre los ataques laterales y el canal vertical. Los ataques están despresurizados, la velocidad del metal cuando entra en la cavidad es menor (el riesgo de inclusiones de arena es menor).

3.3-SISTEMA DESPRESURIZADO – BOTTOM INGATES –CANAL HORIZONTAL INFERIOR – DISTRIBUIDOR

Ataques despresurizados utilizando una estrangulación. Ataques inferiores despresurizados y canal horizontal. La velocidad del metal al entrar en la cavidad del molde es menor (menor riesgo de inclusiones de arena). Pero, algunas veces debido a la presión ferrostatica es mejor utilizar ataques laterales para reducir el riesgo de penetraciones. El distribuidor de metal inferior ayuda a reducir la velocidad del metal (menor riesgo de inclusiones de arena)

3.4-SISTEMA DESPRESURIZADO – BOTTOM INGATES –CANAL HORIZONTAL INFERIOR – DISTRIBUIDOR – CANAL VERTICAL SUPERIOR

Ataques despresurizados. Canal horizontal superior entre copa de vaciado y canal vertical. Este canal horizontal superior, además de reducir la velocidad del metal, reduce muchas inclusiones de arena y escorias.

3.5-SISTEMA DESPRESURIZADO – BOTTOM INGATES –CANAL HORIZONTAL INTERMEDIO

Ataques despresurizados. Este canal horizontal intermedio reduce la velocidad del metal, y por tanto inclusiones de arena y escorias. También es posible combinarlo con otro canal horizontal superior.

4-SISTEMA DE MAZAROTAJE

El volumen total del rechupe es el mismo en moldeo horizontal y en moldeo vertical, pero la distribución del rechupe en la pieza es totalmente diferente.. En el moldeo vertical es necesaria una mazarota para compensar la contracción liquida.

5-TOLERANCIAS DIMENSIONALES. ESTABILIDAD DEL MOLDE

La estabilidad del molde es necesaria para prevenir:

• Moldes agrietados
• La expansión del molde

¿Cómo prevenir estos dos problemas?

• Resistencia a la Tracción en la Zona Húmeda >0,33 N/cm2.
• Arcilla activa ≥ 10%
• Aumentar el espesor de molde
• Reducir la temperatura de vaciado
• Reducir la adición de arena nueva
• Reducir la presión de prensado

La estabilidad del molde es prioritaria para las tolerancias dimensionales. Para prevenir el “spring-back”:

• Reducir la presión de prensado (por consiguiente la dureza de molde)
• Aumentar la Resistencia a la Compresión en Verde
• Utilizar “pitons guia de desmodelado”
• Utilizar Soporte Lateral de los Moldes (MSS).

6-MOLDEO VERTICAL: PRODUCTIVIDAD Y MANTENIMIENTO

Las maquinas grandes DISA para moldeo vertical son:

• Maquinas muy rápidas. La de mayor tamaño hasta 300 m/h.
• Pueden funcionar automáticamente. Solo es necesaria una persona para colocar los corazones y controlar la máquina.
• El proceso de fundición es muy fácil de automatizar/controlar (preparación de arena, vaciado, desmoldeo..)
• Up-time (tiempo de actividad) > 98%.
• No es necesaria caja, lo cual elimina muchos problemas incrementando el “up-time”
• Proporciona gran cantidad de información al operador

· Los costes de Mantenimiento son menores a 1/5 en relación al sistema convencional con caja.

7-VENTAJAS Y DESVENTAJAS : MOLDEO VERTICAL DISA – LINEAS HORIZONTALES CON CAJA