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Fundición de espuma perdida

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 Compendio del 1.1

En 1958, HF Shroyer inventó la tecnología de hacer piezas de fundición de metal con modelos de plástico de espuma expansible y obtuvo una patente. El modelo utilizado al principio estaba hecho de tablero de poliestireno (EPS) y moldeado con ligante que contenía arena. Las empresas alemanas Grunzweig y Harrtmann compraron esta patente y la desarrollaron y aplicaron. La tecnología de utilizar arena seca sin aglutinantes para producir piezas fundidas fue patentada posteriormente por TRSmith en 1964. Antes de 1980, el uso del proceso de arena seca sin aglutinantes tenía que ser aprobado por Full Mold Process (Inc). Después de eso, la patente quedó inválida.

El método más común y práctico es colocar el modelo recubierto con material refractario en la caja de arena, llenar el modelo con arena seca herméticamente y verter metal líquido para reemplazar el modelo de espuma. Este proceso de fundición se denomina fundición de espuma perdida (EPC), fundición de moldes de gasificación y fundición de moldes sólidos, etc. El Comité de Fundición de Espuma Perdida de la Asociación Estadounidense de Fundición adoptó "fundición de espuma perdida" como el nombre del proceso.

La fundición de espuma perdida es un proceso de fundición innovador que se puede utilizar para producir piezas de sistemas de potencia de metales ferrosos y no ferrosos, que incluyen: bloques de cilindros, culatas, cigüeñales, cajas de cambios, tubos de admisión, tubos de escape y cubos de freno. El flujo del proceso de fundición de espuma perdida es el siguiente:

1) Pre-espumado
La producción de modelos es el primer paso del proceso de fundición de espuma perdida. Para piezas fundidas complejas, como culatas de cilindros, es necesario fabricar varios modelos de espuma por separado y luego pegarlos en un modelo general. Cada modelo de bloque requiere un conjunto de moldes para su producción. Además, puede ser necesario un conjunto de moldes en la operación de encolado para mantener el posicionamiento preciso de cada bloque. El proceso de moldeado del modelo se divide en dos pasos. El primer paso consiste en pre-expandir las perlas de poliestireno a una densidad adecuada, que generalmente se lleva a cabo mediante calentamiento rápido con vapor. Esta etapa se llama preexpansión.

2) Modelado de formación
Las perlas preexpandidas deben estabilizarse primero y luego enviarse a la tolva de la máquina de moldeo y alimentarse a través del orificio de alimentación. Después de llenar la cavidad del molde con las perlas pre-expandidas, se introduce vapor para ablandar las perlas. Expansión, llenado de todos los huecos y unión en un solo cuerpo, completando así el proceso de fabricación del modelo de espuma, esta etapa se denomina moldeo en autoclave.

Después de moldear, el molde se enfría mediante un gran flujo de agua en la cavidad del molde enfriada por agua, y luego se abre el molde para sacar el molde. En este momento, la temperatura del molde aumenta y la resistencia es baja. Por lo tanto, se debe tener cuidado durante el desmoldeo y el almacenamiento para evitar deformaciones y daños.

3) Combinación de grupos de modelos
Antes de utilizar el modelo, debe almacenarse durante un período de tiempo adecuado para que esté maduro y estable. El período de almacenamiento típico del modelo es de hasta 30 días. Para un modelo formado por un molde de diseño único, solo necesita almacenarse durante 2 horas. Una vez que el modelo ha madurado y estabilizado, se puede dividir en dos partes. Los modelos de bloques están pegados entre sí.
El encolado del modelo de bloque se realiza en una encoladora automática utilizando cola termofusible. Las juntas de la superficie pegada deben sellarse herméticamente para reducir la posibilidad de defectos de fundición.

4) Recubrimiento por inmersión de grupo modelo
Para producir más piezas fundidas por caja, a veces muchos modelos se pegan en grupos, y los grupos de modelos se sumergen en pintura refractaria y luego se secan en un horno de circulación de aire a aproximadamente 30-60 ° C (86-140 ° F) durante 2 a 3 después. horas, seco, coloque el grupo de modelos en la caja de arena, llénelo con arena seca y vibre con fuerza. Todas las cavidades internas y la arena seca externa del grupo de modelos deben compactarse y apoyarse.

5) Verter
Una vez que el grupo de modelos se llena firmemente con arena seca en la caja de arena, se puede verter el molde. Después de que el metal fundido se vierte en el molde (la temperatura de fundición es de aproximadamente 760 ° C / 1400 ° F para el aluminio fundido y aproximadamente 1425 ° C / 2600 ° F para el hierro fundido), el modelo se vaporiza. El metal se reemplaza para formar una fundición. La figura 1 es un diagrama esquemático de la caja de arena y el vertido del proceso de espuma perdida.

En el proceso de fundición de espuma perdida, la velocidad de vertido es más crítica que la fundición hueca tradicional. Si se interrumpe el proceso de vertido, el molde de arena puede colapsar y causar desperdicio. Por lo tanto, para reducir la diferencia entre cada vertido, es mejor utilizar una máquina de vertido automática.

 Figura 1 Diagrama esquemático de la caja de arena y vertido del proceso de espuma perdida
6) Limpieza de arena que cae
Después de verter, la fundición se solidifica y se enfría en la caja de arena y luego se cae de la arena. La arena que cae de la fundición es bastante simple, y las fundiciones caen de la arena seca y suelta cuando se vuelca la caja de arena. Posteriormente, las piezas fundidas se separan, limpian, inspeccionan y transportan automáticamente en la caja de fundición.

La arena seca se puede reutilizar después de enfriar y rara vez se utilizan otros procesos adicionales. La chatarra se puede volver a fundir y utilizar en la producción.

1.2 Ventajas del proceso de fundición de espuma perdida

El proceso de fundición de espuma perdida tiene ventajas en tres aspectos principales: tecnología, economía y protección del medio ambiente.

1.2.1 Aspectos técnicos

1) Mayor libertad de diseño de modelos
Es posible que el nuevo proceso lleve a cabo un diseño de estilo, y es totalmente posible agregar algunas funciones adicionales al modelo desde la primera etapa. Por ejemplo, el precalentador de diesel tiene una parte funcional especial, que se puede fabricar mediante el proceso de fundición de espuma perdida en lugar del método de fundición tradicional.
 
2) Eliminar el núcleo de arena utilizado en la producción de piezas fundidas.

3) Se pueden alimentar muchas piezas fundidas sin el elevador

4) Mejora la precisión del lanzamiento
Puede obtener una forma y estructura complejas, y puede producir repetidamente piezas fundidas de alta precisión con una repetibilidad del 100%, y la desviación del espesor de la pared de las piezas fundidas se puede controlar entre -0.15 ~ + 0.15 mm.

5) No hay flash en la superficie de unión del modelo.

6) Tiene la ventaja de reducir el peso de las piezas fundidas en aproximadamente 1/3

7) Reducir el margen de mecanizado
El margen de mecanizado se puede reducir y es posible que algunas piezas ni siquiera se procesen. Esto reduce en gran medida la inversión en mecanizado y máquinas herramienta (por ejemplo, la inversión se puede reducir a la mitad para diferentes situaciones).

8) En comparación con la fundición de cavidades tradicional, la inversión del molde se reduce.
 
9) Elimina completamente el proceso tradicional de caída de arena y extracción de núcleos.


1.2.2 Aspectos económicos

1) Puede producir fundiciones complejas en su conjunto.
Al adoptar el nuevo diseño de proceso, el modelo de bloque se puede pegar para formar un modelo general y convertirlo en una parte integral compleja. En comparación con las piezas de ensamblaje de fundición múltiple originales (como el precalentador diésel), puede beneficiarse de 1 a 10 veces.

2) Reducir el personal del taller
Para establecer una fábrica de fundición de espuma perdida, el número de empleados es menor que el de una fábrica de fundición tradicional, por lo que se debe considerar este factor.

3) Proceso de fundición flexible
La flexibilidad del proceso de colada es muy importante, porque el nuevo proceso puede producir simultáneamente un gran número de coladas similares o diferentes en el matraz y, por lo tanto, el sistema de compuerta es muy flexible. En definitiva, podemos decir que cada ventaja es coherente con los intereses económicos, al tiempo que mejora las condiciones laborales.

1.2.3 Protección del medio ambiente

El poliestireno y el PMMA producen monóxido de carbono, dióxido de carbono, agua y otros gases de hidrocarburos cuando se queman, y su contenido es inferior a los estándares permitidos en Europa. La arena seca puede utilizar arena de sílice natural, que es 100% reciclable y no contiene aglomerante. La pintura utilizada en el modelo está compuesta por un aglutinante y otros materiales auxiliares añadidos al agua, que no contamina.


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