Patronaje en la fundición

Modelos de cera o madera para fundición de metales

En la fundición de metales, los patrones son los objetos que se utilizan para crear moldes desechables. Un solo patrón puede hacer hasta miles de moldes.

Hay diferentes tipos de patrones, pero se dividen en dos subtipos principales:los reutilizables para fundición en arena o yeso, que hacen impresiones en muchos moldes, o patrones desechables para fundición de inversión, que se destruyen antes de la fundición durante el proceso de fabricación del molde. Para cualquier tipo de patrón, la preocupación del creador de patrones no es solo replicar el objeto deseado, sino también ayudar a dirigir el metal hacia el molde a la velocidad correcta y en el lugar correcto. El enfriamiento del metal es un proceso de cristalización, y la forma en que se llena el molde puede influir en la dirección de congelación, lo que puede ser importante para la resistencia del objeto final.

Cada patrón de casting necesita apoyo

El sistema de canales para alimentar metal a todas las partes de la fundición es una infraestructura de apoyo que, cuando está bien diseñada, disminuirá los defectos de fundición. Estos elementos incluyen:

• La copa vertedora es una entrada cónica en el molde. Ayuda a controlar el flujo de metal, además de capturar la escoria durante el vertido.
• El bebedero, a veces llamado "bebedero descendente", es el canal principal hacia el molde desde la copa de vertido. Es el río de metal que llena la fundición.
• Los corredores son canales que permiten que el metal líquido fluya de un área del molde a otra.
• Las puertas o "puertas de entrada" son los espacios de entrada al casting en sí. Las compuertas grandes son necesarias para el enfriamiento rápido de los metales, y las compuertas más pequeñas se usan para el enfriamiento lento.
• Los elevadores son depósitos de gran volumen de metal líquido que son parte del molde pero no serán parte de la fundición. Pueden ser "mazarotas ciegas", que están completamente enterradas en el molde para alimentar áreas difíciles de la fundición, o mazarotas abiertas que se llenan de metal y pueden ayudar a indicar al trabajador de la fundición que el molde está lleno. Los elevadores tienen un mayor volumen de metal que cualquier parte de la fundición, por lo que permanecerán calientes por más tiempo. Usando la gravedad, las mazarotas alimentan continuamente el metal líquido en la fundición de enfriamiento para ayudar a prevenir agujeros o encogimiento.

Patrones de casting de inversión

Los patrones de inversión de fundición a menudo vienen en una sola pieza que se parece mucho al producto de metal final, aunque se pueden incorporar corredores para quitarlos después de la fundición.

Estos patrones están moldeados dos veces. Se utiliza un patrón de réplica para crear un molde de caucho, metal o resina. A partir de este molde, se moldea un patrón de un material que puede derretirse o evaporarse, generalmente cera. Estos patrones fundidos están recubiertos con una resina o un agregado cerámico, hecho de arena y un aglutinante, que se endurece hasta formar una cáscara.

Una vez que el molde de cáscara se ha curado por completo, el patrón fundido se elimina por fusión o evaporación. El molde ahora vacío se puede llenar con metal líquido. Se romperá una vez que el yeso se enfríe.

Patrones de fundición en arena

Existen algunas variaciones para los patrones de fundición en arena, pero lo que tienen en común es que todos están hechos de un material duro que se puede usar para crear cientos de moldes cuando se presiona en arena de fundición. La madera es la base de la mayoría de los patrones de fundición en arena, generalmente de una madera dura que puede soportar el calor y la humedad de la fundición. Estos se pueden usar para cientos de fundiciones, pero eventualmente comienzan a deformarse o partirse. Sin embargo, son relativamente económicos de fabricar y pueden hacer fundiciones muy grandes.

Si un patrón de madera por sí solo se deforma demasiado rápido, se puede usar en su lugar para hacer un molde para un patrón más fuerte que será menos probable que se deforme con el tiempo. Se pueden hacer resinas reforzadas con fibra o patrones de metal fundido a partir del patrón de madera original. Los patrones de metal también se pueden hacer mediante mecanizado. Estos procesos son más costosos y el tamaño de la fundición puede verse limitado, por lo que solo se usan en algunas situaciones.

Ya sea madera, resina o metal, los patrones de fundición en arena no se derretirán después de crear el molde. Los creadores de patrones necesitan saber cómo extraerlos sin dañar la forma hueca que han creado.

Los patrones de respaldo plano se pueden presionar en la parte inferior o de arrastre de un molde de arena. A menudo, una parte superior sin moldear o la mitad superior del molde se sujeta al arrastre, proporcionando la "parte posterior plana" de la fundición para ayudar con el vertido y el enfriamiento; contendrá el bebedero para canalizar el metal.

Los patrones que no tienen la parte posterior plana a menudo se "dividen". Esto permite que cada parte del patrón se imprima en las partes superior e inferior del molde de arena y luego se retire intacto sin dañar el molde. Las diferentes partes del molde se unen y se sujetan firmemente para crear la forma hueca que hará la fundición.

Los patrones sueltos se parecen más al objeto que crearán, incluso cuando se dividen:capturan los detalles del objeto que están fundiendo pero no contienen el sistema de alimentación de metal para el molde. Cuando este sea el caso, el moldeador cortará a mano contrahuellas, compuertas y bebederos en la arena. Si el patrón incluye estos canales, se denomina patrón controlado.

Las partes del patrón también se pueden unir a cualquier lado de una placa, para facilitar el prensado de ambos lados del molde al mismo tiempo. Esto se denomina patrón de placa de coincidencia y es muy útil para las fábricas con una alta tasa de producción. A veces, las fábricas automatizadas montan cada parte del patrón en su propia placa, de modo que haya un patrón de frente individual y placas de patrón de arrastre.

Los patrones de fundición en arena también se pueden usar para tallar la arena, en lugar de imprimirle una forma. Un patrón de barrido hace girar una cuchilla con un perfil moldeado alrededor de un eje, ahuecando un molde. Es útil pensar en patrones de barrido como un torno que da forma al espacio negativo:los objetos moldeados que hacen tendrán simetría alrededor de un eje central.

El cuidadoso oficio de las mesadas

Los patrones no son lo mismo que los modelos iniciales de un diseño. Son un prototipo de producción que refleja la dinámica de la fabricación de metales.

Los ebanistas y carpinteros son a menudo los que terminan trabajando en una fundición haciendo patrones de madera. Aunque son principalmente carpinteros, necesitan comprender el comportamiento de los metales. Un buen patronista sabe cómo ajustar su patrón para compensar cómo se enfría el metal y qué tipo de pasos de acabado pueden ser necesarios en la pieza.

El margen de contracción es una corrección para compensar la contracción de solidificación del metal y su contracción durante el enfriamiento. Estas tolerancias varían según el tipo de metal y el tamaño de la fundición. Los márgenes típicos para el hierro fundido son de 1/10 a 5/32 in/ft; para acero, 1/8 a 1,4 in/ft; y para aluminio, 1/16 a 5/32 in/ft. Estas concesiones también incluyen una tolerancia de tamaño para el proceso de modo que la fundición sea dimensionalmente correcta.

Los creadores de patrones de cera también deben ser conscientes de que el proceso de moldeado en cera también requiere un margen de contracción. Las ceras para patrones, bebederos y máquinas tienen diferentes índices de contracción a temperaturas de vertido estándar. Por lo tanto, el creador de patrones de cera debe crear un molde que se ajuste tanto a la contracción de la cera como del metal, mientras que el creador de patrones de madera para la fundición en arena solo debe preocuparse por el metal.

El margen de acabado de máquina ("permiso de mecanizado") es necesario si el objeto fundido se va a refinar después de que se sacuda. El margen debe proporcionar suficiente material para que el mecanizado no haga que el objeto sea demasiado pequeño. A veces, saber que habrá un acabado de máquina ayuda a un diseñador de patrones de madera a decidir dónde colocar las contrahuellas:el metal original se puede sujetar mientras se mecaniza la fundición.

El margen de distorsión es un ingenioso ajuste que se realiza en un patrón cuando el metal utilizado se distorsiona a medida que se enfría. Si se conocen los ángulos de desplazamiento, se puede hacer el patrón para compensar. Esta modificación se llama "camber" y puede hacer que el patrón original se vea torcido.

La asignación de tiro es una modificación necesaria solo para los patrones de fundición en arena, no para los patrones de inversión. Los creadores de patrones deben asegurarse de que sus patrones se puedan quitar de la arena sin destruir la forma que han dejado atrás. Esto se hace ahusando las paredes del molde, al igual que los baldes para castillos de arena suelen ser ahusados. Es más probable que las esquinas afiladas y los bordes rectos se desmoronen cuando se quita el patrón de la sustancia de moldeo.

Pintar el patrón de madera

Los patrones de madera a menudo se pintan. Los patrones temporales solo pueden recibir una capa, pero los patrones permanentes generalmente reciben tres capas de pintura. Una goma laca o laca ayuda a que el patrón se deslice del molde, por lo que es útil incluso con un patrón destinado a usarse solo una vez. Las pinturas modernas con grafito hacen que este proceso sea aún más fluido.

La pintura también ayuda a proteger el patrón del calor y la humedad, especialmente cuando está destinado a ser almacenado. La pintura en un patrón debe estar libre de goteo y grietas:cualquier protuberancia en la superficie del patrón será capturada en la fundición. Una gota de pintura en el lugar equivocado podría causar que el molde se desmorone.

Tradicionalmente, la pintura en los patrones de fundición estaba codificada por colores, con colores que denotaban los pasos de acabado que serían necesarios para la fundición. Aunque los estándares ya no se aplican universalmente, todavía hay fundiciones que utilizan este sistema de color básico.

Rojo:indica que no se necesita maquinado en esta superficie de la fundición final.
Amarillo:indica que esta superficie se mecanizará en la fundición final.
Negro:indica que la superficie necesita un núcleo y dónde podría estar la posición del núcleo .
Barniz transparente o sin pintar:indica una línea de separación o unión en la fundición.

Almacenamiento y reutilización de patrones

Un patrón puede tener una larga vida en una fundición, utilizado para hacer cientos o miles de piezas fundidas. A menudo, estos patrones se almacenan entre ciclos de producción, y la necesidad y la organización necesarias para mantener una "biblioteca" de patrones es una de las preocupaciones de una fundición. Los patrones deben almacenarse en un lugar seco con buena circulación de aire, pero el costo del almacenamiento y el seguro significa que si las tiradas de producción son pequeñas y poco frecuentes, puede ser más fácil destruir los patrones y rehacerlos, o enviarlos al original. diseñador. Es posible que un patrón que se almacenó fuera de la fundición no se haya cuidado adecuadamente y, por lo tanto, es posible que nunca vuelva a ser una fundición sólida. Históricamente, destruir patrones era un proceso arriesgado, ya que el patrón podía ser la captura más fiel de un diseño.

Por lo tanto, el problema del almacenamiento de patrones ha sido un equilibrio de preocupaciones. El tamaño y la frecuencia de las series de producción deben sopesarse frente a la consistencia de una pieza a lo largo del tiempo. El auge de la creación rápida de prototipos y el diseño por computadora ha cambiado esta dinámica. Los patrones se diseñan y almacenan digitalmente, y los prototipos se pueden imprimir en 3D, por lo que hay menos riesgo de destruirlos. Por lo tanto, una fundición y su cliente decidirán después de determinar qué es más económico:almacenar el patrón a largo plazo o recrearlo cuando sea necesario.

Un arte desconocido

Los patronistas son técnicos y artesanos que toman prototipos y los ajustan cuidadosamente a los requisitos de producción y las propiedades del metal. Con experiencia especializada, pueden sugerir ajustes para hacer que el diseño sea más eficiente. El uso de programas CAD y algoritmos predictivos es útil para el patronista moderno a la hora de determinar posibles defectos en la fundición de metales, lo que ayuda a reducir las tasas de defectos, pero los patronistas siguen aportando ojo humano y mano firme al proceso.

Ya sea un proyecto de arena o de yeso de inversión, comenzó su vida como un patrón.

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