Extrución y termoformado

CALENTAMIENTO Y VACIADO
Para desarrollar la operación de fundición, el metal se calienta hasta una temperatura ligeramente mayor a su punto de fusión y después se vacía en la cavidad del molde para que se solidifique. En esta sección consideramos varios aspectos de estos dos pasos en la fundición.

Calentamiento del metal
Se usan varias clases de hornos, para calentar el metal a latemperatura necesaria. La energía calorífica requerida es la suma de 1) calor para elevar la temperatura hasta el punto de fusión, 2) calor de fusión para convertir el metal sólido a líquido y 3) calor para elevar al metal fundido a la temperatura de vaciado. Esto se puede expresar como:

H = rV{CS(Tm -To) + H f +Ct(Tp -Tm)} 2.1
Donde:
H = Calor requerido para elevar la temperatura del metal ala temperatura de fusión, (J)
r = Densidad, (Kg/m3)
Cs = Calor específico del material sólido, (J/Kg ºC)
Tm = Temperatura de fusión del metal, (ºC)
T0 = Temperatura inicial, generalmente la ambiente, (ºC);
H f = Calor de fusión, (J/Kg)
Ct = Calor específico en peso del metal líquido, (J/KgºC)
Tp = Temperatura de vaciado, (ºC)
V = Volumen del metal que se calienta, (m3).Calentamiento del metal para fundición.
Un volumen de 0.03 m3 de una cierta aleación eutéctica se va a calentar en un crisol desde la temperatura ambiente hasta 100 ºC por encima de su punto de fusión. Las propiedades de la aleación son densidad = 4160 kg/m3, punto de fusión = 700 ºC, calor específico del metal = 343.32 J/kgoC en el estado sólido y 297.26 J/kgoC en el estado líquido; yel calor de fusión = 167120.85 J/kg. ¿Cuánta energía calorífica se debe añadir para alcanzar el calentamiento, asumiendo que no hay pérdidas?

Solución: Si aceptamos que la temperatura ambiente en la fundición = 26 ºC y que las densidades en los estados líquido y sólido del metal son las mismas, al sustituir los valores de las propiedades en la ecuación (2.1) se tiene:

H =(4160)(0.03){343.32(700-26) + 167120.85 +297.26(800-700} = 53444917.34 J .
La ecuación 2.1 tiene un valor conceptual y su cálculo es de utilidad limitada, no obstante se usa como ejemplo. El cálculo de la ecuación 2.1 es complicado por los siguientes factores: 1) el calor específico y otras propiedades térmicas del metal sólido varían con la temperatura, especialmente si el metal sufre un cambio de fasedurante el calentamiento; 2) el calor específico de un metal puede ser diferente en el estado sólido y en estado líquido; 3) la mayoría de los metales de fundición son aleaciones que funden en un intervalo de temperaturas entre sólidos y líquidos en lugar de un punto único de fusión, por lo tanto, el calor de fusión no puede aplicarse tan fácilmente como se indica arriba; 4) en la mayoría de los casosno se dispone de los valores requeridos en la ecuación para una aleación particular y 5) durante el calentamiento hay pérdidas de calor significativas.




Vaciado del metal fundido

Después del calentamiento, el material está listo para vaciarse. La introducción del metal fundido en el molde y su flujo dentro del sistema de vaciado y de la cavidad es un paso crítico en el proceso. Paraque este paso tenga éxito, el metal debe fluir antes de solidificarse a través de todas las regiones del molde, incluida la región más importante que es la cavidad principal. Los factores que afectan la operación de vaciado son la temperatura de vaciado, la velocidad de vaciado y la turbulencia.
La temperatura de vaciado es la temperatura del metal fundido al momento de su introducción en elmolde. Lo importante aquí es la diferencia entre la temperatura de vaciado y la temperatura a la que empieza la solidificación (el punto de fusión para un metal puro, o la temperatura líquidus para una aleación). A esta diferencia de temperaturas se le llama algunas veces sobrecalentamiento.
La velocidad de vaciado es el caudal con que se vierte el metal fundido dentro del molde. Si la velocidad...