fundicion del aluminio muy bueno.pdf

Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 48 CAP. II ESTADO DEL ARTE DEL PROCESO DE FUNDICIÓN DE ALUMINIO Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 49 2.1 El aluminio como un material no férrico 2.1.1 Concepto Las aleaciones no ferrosas a diferencia de las aleaciones ferrosas, son las que no tienen como principal metal de aleación al hierro, sino un metal distinto a este como por ejemplo el aluminio. Las aleaciones de aluminio son las más importantes entre las no ferrosas, principalmente por su ligereza, endurecibilidad mediante deformación, resistencia a la corrosión y su precio relativamente bajo en comparación con los metales ferrosos. Dependiendo de su densidad, los metales no férricos se pueden clasificar en:  Metales pesados: Su densidad es igual o mayor a 5 kg/dm 3 , entre ellos están: el cobre, el plomo, el zinc, el cromo, el estaño, el níquel, el mercurio, el wolframio, etc.  Metales ligeros: Su densidad varía entre 2 y 5 kg/dm 3 , siendo los más empleados el aluminio y el titanio.  Metales ultraligeros: Su densidad es menor de 2 kg/dm 3 , siendo el magnesio el más utilizado en la industria. 2.1.2 Datos generales del aluminio 16 El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. El Aluminio es un metal no ferroso. Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales. En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extrae del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio mediante electrólisis. 16 GALISUR, Aluminio. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 50 Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería mecánica, tales como su baja densidad (2700 kg/m 3 ) y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es el metal que más se utiliza después del acero. Fue aislado por primera vez en 1825 por el físico danés H. C. Oersted. El principal inconveniente para su obtención reside en la elevada cantidad de energía eléctrica que requiere su producción. Este problema se compensa por su bajo coste de reciclado, su dilatada vida útil y la estabilidad de su precio. Características físicas 17 :  Es un metal ligero, cuya densidad o peso específico es de 2700 kg/m 3 (2,7 veces la densidad del agua).  Tiene un punto de fusión bajo: 660ºC (933 K).  El peso atómico del aluminio es de 26,9815.  Es de color blanco brillante.  Buen conductor del calor y de la electricidad.  Resistente a la corrosión.  Abundante en la naturaleza.  Material fácil y barato de reciclar. Características mecánicas:  De fácil mecanizado.  Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.  Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos.  Material blando (Escala de Mohs: 2-3). 17 LLORENS, Aluminio. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 51  Límite de resistencia en tracción: 160-200 N/mm 2 [160-200 MPa] en estado puro, en estado aleado el rango es de 1400-6000 N/mm 2 .  Material que forma aleaciones con otros metales para mejorar las propiedades mecánicas.  Permite la fabricación de piezas por fundición, forja y extrusión.  Material soldable. Características químicas: Estructura atómica del aluminio.  Debido a su elevado estado de oxidación se forma rápidamente al aire una fina capa superficial de óxido de aluminio (Alúmina Al 2 O 3 ) impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación, lo que le proporciona resistencia a la corrosión y durabilidad. Esta capa protectora, de color gris mate, puede ser ampliada por electrólisis en presencia de oxalatos.  El aluminio tiene características anfóteras. Esto significa que se disuelve tanto en ácidos (formando sales de aluminio) como en bases fuertes (formando aluminatos con el anión [Al (OH) 4 ] - ) liberando hidrógeno.  La capa de oxido formada sobre el aluminio se puede disolver en ácido cítrico formando citrato de aluminio.  El principal y casi único estado de oxidación del aluminio es + III como es de esperar por sus tres electrones en la capa de valencia. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 52 Producción mundial de aluminio: Año África América del Norte América Latina Asia Europa y Rusia Oceanía Total 1973 249 5039 229 1439 2757 324 10037 1978 336 5409 413 1126 3730 414 11428 1982 501 4343 795 1103 3306 548 10496 1987 573 4889 1486 927 3462 1273 12604 1992 617 6016 1949 1379 3319 1483 14763 1997 1106 5930 2116 1910 6613 1804 19479 2003 1428 5945 2275 2457 8064 2198 21935 2004 1711 5110 2356 2735 8433 2246 22591 Fuente: Internacional Aluminium Association, Producción de aluminio en millones de toneladas. 2.1.3 Aplicaciones 18 Introducción El Aluminio y sus aleaciones son empleados ya sea de forma fundida, moldeada, laminada o forjada. Por ejemplo se encuentra en piezas para aviones, cuerpos de válvulas, piezas ajustadas a presión, ruedas, cajas, cabezas de cilindros, camisas de agua, cajas de cambio de automóviles, motores monobloc, bombas, poleas, zapatas de freno, pistones de automóvil, bases de cocinas inyectadas, entre otros. A continuación se detalla los sectores donde el aluminio es más utilizado:  Transporte El sector del transporte absorbe más de la cuarta parte del aluminio que se produce. 18 CERUTTI, Diego, y otros, Industria del Aluminio, p. 22. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 53 Desde sus orígenes es indispensable para la industria aeroespacial debido a su ligereza, pero el aluminio es cada vez más utilizado en autos, autobuses, camiones, trenes, barcos, aviones y bicicletas. Cuando se utiliza en vehículos de carretera, la ligereza de los componentes de aluminio se reduce el peso del vehículo en más del 50% en comparación con los autos tradicionales. Una reducción del peso de 100 kg ahorra aproximadamente 6 litros de carburante cada 1.000 km y en la misma proporción se reducen las emisiones a la atmósfera. Un tren de aluminio aporta un ahorro de energía del 87% a lo largo de los 40 años de vida media, en comparación con los trenes fabricados con metales más pesados.  Envase y Embalaje Debido a su química inerte y a su estabilidad metalúrgica, el aluminio es un material excelente para el envase y el embalaje. Es ligero e impermeable, con excelentes propiedades que protegen los productos de la luz, la humedad, el oxígeno y los microorganismos que pueden alterar la conservación. No es tóxico ni tiene sabor y en muchos casos, no tiene rival como material de envase para alimentos y productos farmacéuticos. Las aplicaciones abarcan latas para comida y bebida, papel de envolver, revestimiento interior de envases de cartón, láminas para cubrir y cerrar envases (yogures, ampollas de medicinas, etc.).  Edificación y Construcción La relación resistencia-peso del aluminio, junto a su durabilidad, resistencia a la corrosión, ductilidad y maleabilidad, hacen que el aluminio sea una elección natural de la industria de la construcción. La demanda de este metal para construcción ha crecido constantemente a lo largo de los últimos 50 años. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 54 Es comúnmente utilizado en muros cortina, estructuras de ventanas y puertas, y en otras estructuras lacadas o anodizadas, desde escaparates a cubiertas para grandes estructuras y estadios. Las características y propiedades del aluminio como material han hecho posible que arquitectos y diseñadores desarrollen numerosos cambios innovadores en proyectos y técnicas de edificación.  Otros usos 19 El bajo peso del aluminio y su conductibilidad hacen que sea un material sumamente usado en industria de la electricidad. Las líneas aéreas de aluminio de transmisión eléctrica han sustituido ampliamente a las de antiguos materiales y gracias a la ligereza del aluminio, son necesarios menos postes para sostener los cables. La utilización del aluminio en el cableado subterráneo ha aumentado, al igual que en los transformadores, cajas de fusibles, sistemas de estéreo, televisores y productos domésticos.  Reciclado El aluminio se recicla indefinidamente, sin pérdida de calidad. Por ejemplo en Europa, el aluminio disfruta de tasas de reciclado altas que oscilan entre el 42% de las latas de bebidas, el 85% de la construcción y el 95% del transporte. Debido a que el material puede reciclarse indefinidamente, sin merma de su calidad, y por su valor intrínseco, existen estímulos naturales fuertes para recuperar y reciclar los productos de aluminio después de su uso. En la actualidad, existen sistemas globales de recuperación del aluminio. Producir aluminio mediante reciclado, requiere únicamente el 5% de la energía necesaria para producir aluminio de la bauxita. 19 CERUTTI, Diego, y otros. Op. Cit. p. 22. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 55 2.1.4 Aleaciones 20 Desde el punto de vista físico, el aluminio puro posee una resistencia muy baja a la tracción y una dureza escasa. En cambio, unido en aleación con otros elementos, el aluminio adquiere características mecánicas muy superiores. Las aleaciones de aluminio para fundición han sido desarrolladas debido a la necesidad de encontrar calidades de fundición idóneas, como fluidez y capacidad de alimentación, así como valores optimizados para propiedades como resistencia a la tensión, ductilidad y resistencia a la corrosión. El silicio en un rango entre el 5 al 12% es el elemento aleante más importante porque promueve un aumento de la fluidez en los metales fundidos. En menores cantidades se añade magnesio, o cobre con el fin de aumentar la resistencia de las piezas.  Aportes de los elementos aleantes Los principales elementos aleantes del aluminio son los siguientes: - Cromo (Cr): aumenta la resistencia mecánica cuando está combinado con otros elementos como el Cu, Mn, Mg. - Cobre (Cu): incrementa las propiedades mecánicas pero reduce la resistencia a la corrosión. - Hierro (Fe): incrementa la resistencia mecánica. - Magnesio (Mg): tiene alta resistencia tras el conformado en frío. - Manganeso (Mn): incrementa las propiedades mecánicas y reduce la calidad de embutición. - Silicio (Si): combinado con magnesio (Mg), tiene mayor resistencia mecánica. - Titanio (Ti): aumenta la resistencia mecánica. - Zinc (Zn): reduce la resistencia a la corrosión. 20 CERUTTI, Diego, y otros. Op. Cit. p. 23. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 56 Las principales características de las aleaciones de aluminio son: - Bajo peso. - Alta conformabilidad. - Amplio rango de propiedades mecánicas. - Buenas propiedades físicas. - Buena resistencia a la corrosión en diferentes ambientes.  Productos - Productos extruidos. - Productos planos. - Productos Trefilados. - Productos fundidos. 2.2 Normativa y designación del aluminio 2.2.1 Normativa 21 La norma UNE 38001, de agosto de 1985, establece las designaciones simbólicas que codifica los distintos tipos de aleaciones ligeras. Esta norma ha sido modificada parcialmente por las normas UNE-EN 573-1 y la UNE-EN 573-2, ambas del año 1994, en lo referente al aluminio y aleaciones de aluminio para forja, cuya codificación simbólica y numérica vendrá regulada por dichas normas. La designación simbólica según UNE 38001-85 de las aleaciones ligeras está constituida por el símbolo químico del metal base, seguido por un guión y por el símbolo del elemento principal de aleación, precedido por su porcentaje nominal y los demás 21 ALTERMIR, José, Diseño mecánico y técnicas de representación. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 57 símbolos de los elementos de aleación. Se incluirá el porcentaje de los diversos elementos aleantes, cuando el valor en porcentaje sea superior a 1. 2.2.2 Designación numérica según UNE 38001-85 22 En esta normativa las aleaciones ligeras está constituida por un número de cuatro cifras, precedido por la letra L mayúscula seguida por un guión. Como en los casos anteriores, los cuatro dígitos numéricos establecen la serie, el grupo y la secuencia de ordenación correlativa dentro del grupo. L-1XXX.- Metales ligeros y aleaciones madre. L-11XX.- Aluminio. L-13XX.- Magnesio. L-14XX.- Berilio. L-15XX.- Titano. L-18XX.- Aleaciones madre de base Al. L-2XXX.- Aluminio y aleaciones de aluminio para moldeo. L-3XXX.- Aluminio y aleaciones de aluminio para forja. L-5XXX.- Aleaciones de magnesio para moldeo. L-6XXX.- Aleaciones de magnesio para forja. L-7XXX.- Aleaciones de titanio. L-9XXX.- Aleaciones de berilio. Ejemplos de aleaciones ligeras del aluminio. Metales ligeros de uso eléctrico. Numérica: L-3052. Simbólica: Al 99.5 E. 22 ALTERMIR, José. Op. Cit. p. 33. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 58 Aleaciones ligeras para moldeo. Numérica: L-2150. Simbólica: Al 4 Cu 2 Ni Mg. Aleación ligera para forja. Numérica: L-3192. Simbólica: Al 6 Cu Pb. 2.2.3 Designación según UNE-EN 573-94 23 La designación simbólica del aluminio y las aleaciones de aluminio se basan en los símbolos químicos, seguidos de dígitos que indican el grado de pureza del aluminio o el contenido nominal del elemento considerado. EN AW-1100 [Al 99.0 Cu] EN.- Prefijo de elemento normalizado. A.- Letra identificativa del aluminio. W.- Letra identificativa de ser productos de forja. 1100.- Número de orden dentro del grupo de aleaciones de aluminio. Al 99.0.- Porcentaje del grado de pureza de aluminio. Cu.- Elemento cobre incluido en contenido muy bajo. La designación numérica utiliza un sistema de designación de cuatro dígitos, precedida por una codificación de letras mayúsculas que identifican a las aleaciones de aluminio. EN A W-0000 La numeración de los cuatro dígitos finales se realiza de acuerdo a la siguiente clasificación: 1XXX.- aluminio en porcentaje mínimo del 99 %. 2XXX.- aleaciones de Al, el elemento básico de aleación es el cobre. 3XXX.- Aleaciones de Al, el elemento básico de aleación es el manganeso. 23 ALTERMIR, José. Op. Cit. p. 34. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 59 4XXX.- Aleaciones de Al, el elemento básico de aleación es el silicio. 5XXX.- Aleaciones de Al, el elemento básico de aleación es el magnesio. 6XXX.- Aleaciones de Al, los elementos básicos de aleación son Mg y Si. 7XXX.- Aleaciones de Al, el elemento básico de aleación es el zinc. 8XXX.- Aleaciones de Al, con otros elementos distintos a los anteriores. 9XXX.- No se emplea. 2.2.4 Según la serie de aleación Serie 1000: Aluminio con un mínimo de pureza de 99% Serie 2000: Aleado con Cobre Serie 3000: Aleado con Manganeso Serie 4000: Aleado con Silicio Serie 5000: Aleado con Magnesio Serie 6000: Aleado con Silicio - Magnesio Serie 7000: Aleado con Zinc. 2.3 El arte de la fundición 2.3.1 Introducción El proceso de la fundición de metales consiste en obtener un producto, introduciendo metal en estado líquido en un recipiente con la forma adecuada, llamado molde. El recipiente puede ser de arena (moldeo en arena) o el recipiente puede ser metálico (coquilla o moldeo en molde permanente). Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 60 El proceso de fundición de metales se aplica principalmente para obtener, piezas de gran tamaño y formas complicadas, como por ejemplo:  Bancadas para máquinas herramientas.  Culatas para motores de explosión.  Hélices para buques.  Campanas, piezas inyectadas, etc. Teóricamente cualquier material se puede emplear para la fundición, pero se debe emplear los que presenten mejores condiciones de fusibilidad y colabilidad. Entre los metales más empleados en la fundición tenemos:  Aleaciones de hierro: Para bancadas y órganos macizos de metal, etc. Fuente: Autores, Bancada.  Acero: Para palancas, ruedas, etc. Fuente: Autores, Rueda. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 61  Aleaciones de cobre y zinc (latones): Para grifería, valvulería, entre otros. Fuente: Autores, Accesorios.  Aleaciones de cobre y estaño (bronces): Para hélices, cojinetes, etc. Fuente: Autores, Hélice.  Aleaciones de aluminio: Para culatas de motores, pistones, etc. Fuente: Autores, Pistón. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 62 2.3.2 Clasificación de los sistemas de fundición Existen diversas posibilidades para una posible clasificación de los sistemas de fundición que dependen del criterio empleado. Las dos consideraciones más destacadas, la primera por la naturaleza del molde y la segunda por la forma de ingreso del metal al molde. Fuente: Autores, Clasificación de la fundición según el criterio del tipo de molde. Fuente: Autores, Clasificación de la fundición según el criterio de la forma de ingreso del metal al molde. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 63 2.3.2.1 Fundición a presión 24 Fundición: Este proceso se puede esquematizar de la siguiente manera:  Diseño del modelo original de la pieza a fundir.  Elaboración del tipo de modelo diseñado.  Fusión del material a fundir.  Inserción de la colada en el molde.  Solidificación de la pieza.  Limpieza de la superficie con procesos vibratorio o de granallado. Fundición a Presión: Es un proceso en el cual se utiliza moldes permanentes, estos moldes durante la fundición a presión se les conoce con el nombre de matrices, la matriz consta de dos partes, la parte fija y la parte móvil, en la matriz se inyecta metal fundido a alta presión, la misma que en la cavidad del molde se encuentra en un rango de 7 a 350 MPa, esta presión se mantiene durante la solidificación total, luego las dos mitades de las matrices se abren para remover la pieza. Una de las características principales de esta fundición es que la máquina que cierra las dos mitades del molde, deben proporcionar un cierre preciso. A continuación se presenta una configuración general de una máquina de fundición en matrices de cámara fría: Fuente: GROOVER, Mikell P., Fundición a presión. 24 GROOVER, Mikell P., Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas, 3ra. Edición, McGraw Hill, México, 2007. p. 229. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 64 En este proceso se tienen dos tipos de procesos de inyección:  Cámara caliente.  Cámara fría. En la empresa “Press Forja S.A” se utiliza el proceso de inyección a presión en cámara fría el mismo que se aprecia en la siguiente figura. Fuente: Autores, Máquina Inyectora. PRESS FORJA. Por el método de fundición a presión, se funden piezas idénticas a un máximo ritmo de producción, forzando el metal fundido a fluir bajo grandes presiones en los moldes metálicos. Las dos partes de la matriz de metal deben estar cerradas de tal forma que puedan resistir alta presión ya sea con sistemas hidráulicos o mecánicos. El aluminio fundido es obligado a repartirse por las cavidades de la matriz. Cuando el metal se ha solidificado, las matrices son desbloqueadas y abiertas para extraer la pieza fundida caliente. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 65 2.3.2.2 Características generales de los procesos de fundición Proceso Materiales fundiciones típicos Peso (kg) Acabado superficial típico ( ) Porosidad Comple jidad de forma Precisión dimensional Espesor de la sección (mm) Mínimo Máximo Mínimo Máximo Arena Todos 0,05 Sin límite 5-25 4 1-2 3 3 Sin límite Moldeo en cáscara Todos 0,05 100+ 1-3 4 2-3 2 2 _ Molde de yeso No Ferrosos (Al, Mg, Zn, Cu) 0,05 50+ 1-2 3 1-2 2 1 _ Cera perdida Todos (Elevado punto de fusión) 0,05 100+ 1-3 3 1 1 1 75 Molde permanente Todos 0,05 300 2-3 2-3 3-4 1 2 50 Troquel No Ferrosos (Al, Mg, Zn, Cu) <0,05 50 1-2 1-2 3-4 1 0,5 12 Centrífugo Todos _ 5000+ 2-10 1-2 3-4 3 2 100 Calificación relativa: 1 el mejor, 5 el peor. Nota: Estas calificaciones son solo generales; dependiendo de los métodos utilizados pueden ocurrir variaciones significativas. Fuente: GROOVER, Mikell P., Características generales de los procesos de fundición. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 66 2.3.2.3 Ventajas y limitaciones de los procesos de fundición Proceso Ventajas Limitaciones Arena Se puede colocar prácticamente cualquier metal; no hay límite de tamaño, forma o peso; costo de herramienta bajo. Se requiere acabado posterior; acabado áspero; tolerancias amplias. Moldeo en cáscara Buena precisión dimensional y acabado superficial; alta velocidad de producción. Restricciones en el tamaño del producto; se requieren modelos y equipos costosos. Molde de yeso Formas complicadas; precisión dimensional y acabados buenos; porosidad baja. Limitado a metales no ferrosos; tamaño y volumen de producción limitados; tiempo de fabricación del molde relativamente largo. Molde cerámico Formas complejas; piezas de tolerancias estrechas; buen acabado superficial. Tamaño limitado. Fundición por revestimiento Formas complejas; acabado superficial y precisión excelente; prácticamente se puede fundir cualquier metal. El tamaño del producto es limitado; modelos, moldes y mano de obra costosos. Molde permanente Acabado superficial y precisión dimensional aceptable; porosidad baja; velocidad de producción alta. Costo del molde elevado; forma y complejidad limitados; no adecuado para metales de alto punto de fusión. Troquel Precisión dimensional y acabado superficial excelentes, velocidad de producción elevada. El costo de la matriz es elevado; el tamaño de la pieza es limitado; por lo general limitado a metales no ferrosos. Centrífugo Grandes piezas cilíndricas de buena calidad; alta velocidad de producción. El equipo es costoso; la forma del producto es limitada. Fuente: GROOVER, Mikell P., Procesos de colado, ventajas y limitaciones. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 67 2.3.3 La inyección a presión y el proceso actual utilizado por la fábrica 2.3.3.1 Cámara caliente 25 El desarrollo de esta tecnología, mediante el uso de materiales avanzados, hace posible que en este proceso se pueda utilizar para inyectar aleaciones de magnesio y aluminio. En las máquinas de cámara caliente, el metal se funde en un recipiente adherido a la máquina (denominado crisol) y se inyecta en el molde usando un pistón de alta presión. Las presiones típicas de inyección son de (7 a 35 MPa). Son velocidades características de producción de hasta 500 productos por hora. El proceso de fundición a presión es un proceso de producción rentable para la producción de componentes metálicos de tolerancias ajustadas y forma final en grandes volúmenes. Ofrece la ventaja de una calidad y repeticiones mejoradas, a menudo a costos inferiores si se compara con otros procesos. El proceso de fundición a presión es la inyección bajo alta presión en un molde (o herramienta) de acero de una aleación de metal fundido, que solidifica rápidamente (de milisegundos a unos pocos segundos) para formar un componente de forma final que es automáticamente extraído. La herramienta de fundición a presión producirá normalmente cualquier número de componentes de cientos de miles a millones, antes de su sustitución. La fundición en moldes con cámara caliente impone una dificultad especial en el sistema de inyección, porque gran parte del mismo queda sumergido en el metal fundido. Por esa causa, las aplicaciones del proceso quedan limitadas a metales de bajo punto de fusión que no atacan químicamente al pistón y a otros componentes mecánicos. En este proceso, el émbolo y el cilindro, que forman el mecanismo de inyección, se sumergen en el metal fundido que se encuentra en el crisol (o recipiente refractario) que es parte integral de la máquina. 25 VINARCIK, Edward, High integrity die casting processes, John Wiley & Sons, USA, 2003., p. 5. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 68 Fuente: VINARCIK, Edward, Fundición a inyección en cámara caliente. A continuación se ilustra la secuencia de operación del ciclo de fundición en cámara caliente. Se cierra el molde y se eleva el émbolo, abriendo el orificio y permitiendo que el metal fundido llene el cilindro. Fuente: VINARCIK, Edward, Ciclo de fundición. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 69 El émbolo desciende y sella el orificio empujando el metal fundido a través del sifón y la tobera, hacia el interior de la cavidad del molde, donde es mantenido bajo presión hasta que se solidifica. Fuente: VINARCIK, Edward, Accionamiento del émbolo. El molde se abre y los machos, si hay alguno, se retiran. La pieza fundida se queda sólo en una sección del molde, en el lado del mecanismo de eyección. El émbolo retorna, permitiendo que el metal fundido residual retorne a través de la boquilla y del cuello de cisne. Fuente: VINARCIK, Edward, Retroceso del émbolo. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 70 Los expulsores empujan la pieza fundida y la sacan del molde por el lado del eyector. A medida que el émbolo va destapando el agujero de llenado, el metal fundido fluye a través de la entrada para rellenar el cuello de cisne, como en el paso (1). Fuente: VINARCIK, Edward, Expulsión de la pieza fundida. 2.3.3.2 Fundición en cámara fría 26 En este proceso el metal fundido es procedente de un contenedor o horno externo a la inyectora, para colar se transporta mediante un cucharon, para ser vaciado en una cámara, para luego utilizar un pistón para inyectar el metal a presiones altas en la cavidad de la matriz, estas presiones van de 14 a 140 MPa, este proceso es de alta producción. A continuación un esquema de las partes de la máquina inyectora: 26 GROOVER, Edward. Op. Cit. p. 230. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 71 Fuente: VINARCIK, Edward, Fundición a inyección en cámara fría. A continuación se explica el proceso de inyección: Fuente: VINARCIK, Edward, Proceso de inyección en molde de cámara fría. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 72 En (a) se vacía el metal líquido en la cámara, el mismo que es inmediatamente forzado a fluir (b) a través de la cámara de inyección (c) siendo obligado a ingresar a la cavidad del molde permanente (d) a alta presión. Las altas presiones se mantienen en la aleación durante la solidificación. Después de la solidificación completa se retrae el pistón y el molde se abre (e) para posteriormente el componente ser expulsado (ƒ). 2.3.3.3 Ventajas y desventajas de la cámara caliente sobre la cámara fría 27 Cámara caliente vs Cámara fría Cámara caliente Cámara fría Precisión en el control de la temperatura del metal, lo cual mejora la fluidez y permite que las presiones de inyección y los esfuerzos sean menores, generando una mejor fluidez. El metal sufre pérdidas de calor desde que es recogido del crisol hasta ser vertido e inyectado en la máquina inyectora, originando menor fluidez y presiones de inyección altas lo cual genera en el molde mayores esfuerzos. Menor problema de mal llenado y permite paredes de menor espesor. No se puede generar espesores pequeños como los obtenidos en caliente. Ciclos más cortos, el cilindro sumergido en la colada (cuello de cisne), que se llena automáticamente, elimina la variación, acorta el tiempo del ciclo, y facilita el control de la temperatura del metal. Ciclos largos comparados con caliente No se enfría la carga Enfriamiento de la carga (colada calculada), lo cual ocurre cuando se transfiere metal fundido del horno al cilindro de inyección. Menor oxidación de la colada además pocos contaminantes provenientes de la exposición a la atmósfera Exposición de la colada a la atmósfera Utilizada solo para aleaciones, de zinc, plomo y estaño. Aplicable solo para aleaciones con bajo punto de fusión. Utilizada principalmente para aleaciones de aluminio, zinc-aluminio, latón y ciertas aleaciones de magnesio. Aplicable en cualquier aleación colable. Costos elevados Menor costo de los equipos Mantenimiento costoso Menor costo de mantenimiento Fuente: VINARCIK, Edward, Cámara caliente vs Cámara fría 27 VINARCIK, Edward. Op. Cit. p. 8. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 73 2.3.4 Partes importantes de la fundición a presión 2.3.4.1 Ventajas de las piezas fundidas a presión 28  Producción rentable de gran volumen.  La consolidación de las piezas elimina las operaciones posteriores.  Producción de complejas formas finales.  Calidad homogénea en grandes volúmenes.  Tolerancias ajustadas que se obtienen en las piezas tal como salen del molde.  Ángulos de desmoldeo mínimos en características internas.  Larga duración de la herramienta de fundición. 2.3.4.2 Moldes para la fundición a presión 29 El molde para la colada a presión, es un molde permanente metálico, sometido a fuertes cargas térmicas y mecánicas. Esta construido con materiales resistentes al calor y básicamente constituido en dos partes; uno de los semimoldes (lado bebedero) se fija sobre la placa porta moldes fija de la máquina de inyección, mientras que el otro semimolde (lado expulsor) se fija sobre el porta moldes móvil. Fuente: CONTRERAS, Jesús, Fundición a inyección en cámara fría. 28 CONTRERAS, Jesús, Máquina de inyección de metal a alta presión en cámara caliente. 29 Idem., p. 4. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 74 El movimiento de cierre y apertura se transmite solamente al semimolde expulsor. Fuente: CONTRERAS, Jesús, Esquema de cierre y apertura de un semimolde expulsor. 2.3.4.3 Características del molde 30  Debe ser lo suficientemente fuerte para sostener el peso del metal.  Debe resistir la acción de la erosión del metal que fluye con rapidez durante la colada.  Debe generar una cantidad mínima de gas cuando se llena con el metal fundido.  Los gases contaminan el metal y pueden alterar el molde.  Debe construirse de modo que cualquier gas que se forme pueda pasar a través del cuerpo del molde mismo, más bien que penetrar el metal.  Debe ser suficientemente refractario para soportar la alta temperatura del metal y poderse desprender con limpieza del colado después del enfriamiento.  El corazón debe ceder lo suficiente para permitir la contracción del colado después de la solidificación. 30 CONTRERAS, Jesús. Op. Cit. p. 5. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 75 2.4 Sistema Hidráulico 31 Los motores hidráulicos son comúnmente los más utilizados, su funcionamiento se basa en la transformación de la potencia hidráulica del fluido en potencia mecánica. A diferencia de los sistemas electromecánicos, donde la potencia es transmitida a través de engranajes y palancas, en un sistema con fluidos estos elementos se sustituyen, parcial o totalmente, por tuberías de conducción que llevan el fluido a presión a los pistones de inyección y de cierre del molde. El fluido que más se utiliza es el aceite debido, principalmente, a sus propiedades lubricantes en aplicaciones que involucran grandes cargas. En los sistemas hidráulicos es común utilizar presiones que varían entre los 70 y 140 kg /cm 2 . Las ventajas del motor hidráulico con respecto al eléctrico pueden resumirse principalmente en:  Fácil variación de velocidades, regulando el volumen de fluido.  La relación entre el torque y la velocidad es aproximadamente lineal. El límite de torque se determina por la presión limitante y el torque de arranque es aproximadamente igual al de funcionamiento.  Permite arranques y paradas rápidos debido al pequeño momento de inercia. 2.5 Parámetros de una inyectora Las principales características utilizadas para dimensionar y comparar máquinas inyectoras son:  Capacidad o fuerza de cierre: usualmente se da en toneladas (ton)  Capacidad de inyección: es el volumen de material que es capaz de suministrar la máquina en una inyección (cm 3 /inyección). 31 CONTRERAS, Jesús. Op. Cit. p. 6. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 76  Presión de inyección: es la presión máxima a la que puede bombear la unidad de inyección el material hacia el molde. Usualmente se trabaja a un 60% de esta presión o menos.  Velocidad de inyección: es la velocidad máxima a la cual puede suministrar la unidad de inyección el material hacia el molde; se da en cm 3 /s. 2.6 Horno de fusión de aluminio 2.6.1 Tipos de hornos para materiales no ferrosos 32 Tipos de hornos Hornos de crisol móvil El crisol es removido del horno y llevado hasta los moldes para vaciar el metal. Este horno se puede construir sobre o bajo el nivel del suelo. En ambos casos el horno es fijo. Son extremadamente flexibles, tanto en relación a las aleaciones como a las cantidades. Se pueden usar crisoles distintos para diferentes aleaciones. Fuente: Autores. Horno de crisol fijo El metal es retirado del crisol con cucharas y transferido a los moldes. Se utilizan, principalmente, para fundición bajo presión, donde se necesitan pequeñas cantidades a intervalos frecuentes. Fuente: Autores. 32 SALTOS, José y VARGAS, Juan, Diseño y construcción de un horno de crisol basculante, calentado por combustible para la fundición de aluminio, Tesis ESPE Facultad de Ingeniería Automotriz, Latacunga, 12 de febrero del 2009. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 77 Hornos Basculantes Son hornos movibles apoyados sobre un sistema de sustentación. Usualmente se les utiliza cuando es necesaria una producción relativamente grande de una aleación determinada. El metal es transferido a los moldes en una cuchara o un crisol precalentado, con la excepción de casos especiales en que es vaciado directamente. Fuente: TEKNOAUSTRAL, Industria Argentina. Horno de crisol inmerso Es el inverso del horno normal de crisol, en el sentido de que la llama quema dentro del crisol que está inmerso en el baño de aleación de zinc o aluminio, el cual se encuentra en un recipiente refractario. Fuente: TEKNOAUSTRAL, Industria Argentina. Horno rotativo de crisol Se utilizan para la recuperación de viruta, escoria y otros tipos de chatarra menuda, el horno contiene un crisol con forma de garrafa. El cuerpo del horno y el crisol giran constantemente durante la fusión, trayendo el metal para el lado caliente del crisol y tirando la limadura no fundida hacia adentro y abajo del metal ya fundido. De esta forma, la rotación proporciona una fusión más rápida y también evita la adhesión de la carga a las paredes del crisol, como ocurre frecuentemente con los hornos convencionales. Fuente: TEKNOAUSTRAL, Industria Argentina. Fuente: SALTOS, José y VARGAS, Juan, TEKNOAUSTRAL, Tipos de hornos. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 78 2.6.2 Tipos de hornos de crisol según las capacidades de producción en kg de aluminio 33 Fuente: TEKNOAUSTRAL, Tipos de hornos según su capacidad. 33 TEKNOAUSTRAL, Hornos y equipos para metales no ferrosos. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 79 2.6.2.1 Horno de crisol 34 En estos hornos el metal se funde en un crisol, los mismos que son recipientes de arcilla mezclada con grafito y otras sustancias, provistos de una tapa para cierre hermético, que una vez cargados y cerrados se caldean, utilizando combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. La fusión en crisoles es uno de los procedimientos más antiguos y sencillos para elaborar metales, que probablemente se empleará siempre por la economía de su instalación sobre todo para fundir pequeñas cantidades. Los hornos de crisoles clásicos eran de tipo de foso y se colocaban en ellos los crisoles rodeados de carbón, a una distancia mínima de 10cm. de las paredes del horno. Los hornos de crisoles más modernos se construyen para el caldeo de un solo crisol, cuya parte superior sobresale del horno. Si los hornos son fijos se extrae el caldo con cuchara, pero también se construyen hornos de crisol basculantes. En los que la colada resulta más cómoda. En estos tipos de hornos se calienta primero el crisol vacío, hasta que llega al rojo cereza y después se carga. La ventaja de los hornos de crisoles modernos, tanto fijos como basculantes, es que la carga queda totalmente aislada, y por tanto, no se altera su composición por efecto de los gases producidos en la combustión. A continuación en la figura se tiene las partes de un horno de crisol: 34 CALDERAS DEL NORTE S.A., Hornos. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 80 Fuente: Autores, Horno de crisol. En los hornos de crisol fijo se distinguen dos tipos: Hornos de crisol fijo Hornos fijos Se destinan fundamentalmente al mantenimiento a temperatura, del metal fundido o ligero sobrecalentamiento y en ocasiones a fusión. Fuente: Autores Hornos basculantes Destinados casi exclusivamente a la fusión de materiales. En grandes empresas por lo general se tiene un par de hornos basculantes y varios fijos situados en los puestos de colado. Fuente: TEKNOAUSTRAL, Industria Argentina Fuente: CALDERAS DEL NORTE S.A., Hornos de crisol fijo y basculante. Crisol Entrada de gas Aislamiento Casco de acero Bloque soporte Refractario Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 81 2.6.2.2 Formas de calentamiento en los hornos de crisol 35 Los hornos de crisol pueden ser operados básicamente a través de energía eléctrica o de combustibles. En relación a la energía eléctrica, los hornos más comunes son de resistencia y de inducción. En cuanto a los combustibles, se puede utilizar una serie de formas diferentes. Combustible Tipo Poder Calorífico (kcal/kg) Sólido Leña Carbón mineral Coque de fundición Coque de petróleo Carbón vegetal 3800 4000 a 6000 6200 a 7500 8000 6500 a 7000 Líquido Gasolina Petróleo diesel Alcohol etílico Querosene Petróleo - Fuel-oil 10200 11000 kcal/litro 7300 11600 9820 Gaseoso Gas licuado Gas de coque Gas natural Metano 10900 4500 10000 8500 Fuente: BAUMEISTER, Theodore, y otros, Principales tipos de combustible que pueden ser usados en la operación de los hornos de crisol. Cada forma de energía, sea eléctrica o en forma de combustible, posee sus ventajas y desventajas que deben ser aprovechadas o evitadas de acuerdo con las condiciones de producción exigidas, o en función de la política de abastecimiento adoptada por la empresa. En la práctica, los combustibles más utilizados son petróleo y gas. 35 BAUMEISTER, Theodore, y otros, Marks: Manual del Ingeniero Mecánico, 9 na . Edición, McGraw Hill, México, 2003. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 82 2.7 Medición de temperatura 36 La exactitud con que se mida y controlen las temperaturas determinará el éxito de la operación de algunos procesos metalúrgicos, como la fundición, la refinación y el tratamiento térmico. También tendrá un profundo efecto sobre las propiedades de resistencia de muchos metales y aleaciones. La temperatura de proceso debería controlarse dentro de ± 2,5 °C. Aunque a veces es más práctico ± 5 °C. Se deben ejecutar tres pasos en todo proceso de control de temperatura. Antes de poder establecer control, primero se debe detectar la variable mediante algún mecanismo que responda a cambios en la calidad o valor de la variable. Luego esta cantidad o su cambio, debe ser indicada o registrada previo a ser controlada. Siguiendo la acción de control, el último paso en la secuencia es la transmisión de la salida del controlador al “elemento final”, el cual es un componente del proceso en sí. Los elementos finales envían por medio de un relé la salida del controlador y causan cambios correctivos en el proceso. Si se necesita una indicación o un registro continuo de la temperatura, los instrumentos que se utilicen pueden ser de dos tipos: a) Los sistemas mecánicos que funcionan esencialmente por efecto de la expansión de un metal, un líquido, un gas o vapor. b) Los sistemas eléctricos que funcionan por medio de la resistencia eléctrica medida, un termopar, la radiación o pirómetros ópticos. 2.7.1 Sensores de temperatura 37 Como es a menudo el caso, una variable es medida y luego traducida, o convertida, a otra. Por ejemplo, las temperaturas ambientales se miden por la expansión o contracción de una columna de fluido o de un metal. Mediante calibración, estas variables se convierten a lecturas de temperatura numérica. Estos simples mecanismos, sin embargo, 36 SALTOS, José y VARGAS, Juan. Op. Cit. p. 20. 37 Idem., p.21. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 83 no se adecúan a temperaturas más elevadas. Los sensores utilizados para medir altas temperaturas son los termopares y los pirómetros. Como sea, ambos utilizan el mismo enfoque anterior; esto es, se mide una variable y se la convierte a otra. 2.8 Lubrificación del molde y del pistón de inyección 38 La lubrificación del molde tiene la misión de evitar que la pieza inyectada se pegue a las paredes del molde y además, disminuye el rozamiento de los elementos deslizantes de éste. A tal fin, se rocía el separador sobre la superficie del molde. Los separadores, como se desprende de su nombre, deben evitar en primer lugar que la pieza inyectada se pegue al molde, es decir deben facilitar la separación segura de la pieza al efectuarse la expulsión; pero además, deben disponer de una suficiente capacidad de lubricación para evitar el agarrotamiento de las partes móviles, como por ejemplo, machos y espigas expulsoras. Por otra parte, el empleo de separadores no debe estar ligado a ninguna formación inadmisible de residuos en la superficie del molde ni en la pieza inyectada, tampoco debe atacar al acero del molde y el desprendimiento de gases durante la inyección debe ser tan reducido como sea posible. Además, el separador no debe tener efectos fisiológicos y debe estar libre de componentes que pudieran influir desfavorablemente en un posterior tratamiento de la superficie de la pieza. Por tanto, los separadores sirven en primer lugar para obtener piezas inyectadas con superficies limpias. Desde el punto de vista de su composición, se distingue entre separadores pigmentados, con pigmentación reducida y sin pigmentación. Como pigmentos se utilizan sobre todo grafito y polvo metálico, así como productos especiales de color claro. Como vehículo aglutinante se utilizan hidrocarburos (aceites), y últimamente también agua. 38 BRUNHUBER, Ernest, Fundición a presión, Gustavo Gili, Barcelona, 1971, p. 271. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 84 Los separadores se utilizan en forma pastosa y en forma fluida pulverizable. Recientemente se han introducido en gran medida los separadores solubles en agua, tanto más cuanto contribuyen también a disminuir el riesgo de incendios. Se suministran como concentrados que, según las condiciones de inyección dadas, se diluyen en agua en la proporción de 1:10 hasta 1:25. Los separadores solubles en agua se pueden utilizar para la inyección de aluminio y zinc debiendo ser aplicados por rociado. Los separadores pastosos solamente sirven para aplicación manual, por ejemplo con un pincel de hilos metálicos, pero existe siempre el peligro de una aplicación excesiva. Por lo general, sólo se suele aplicar a mano cuando se requiere lubrificar ocasionalmente elementos del molde difícilmente accesibles, por ejemplo espigas expulsoras, placas de tope o espárragos de guía. Para aplicar el separador por rociado, lo que debe efectuarse con el molde abierto, se utilizan tanto pulverizadores manuales como dispositivos mecánicos. Los pulverizadores manuales de construcción moderna son extraordinariamente seguros y permiten la aplicación individual de una película de separador a las superficies del molde. En la siguiente figura tenemos un rociador manual el cual está equipado con una boquilla de aire, para en primer lugar poder soplar el molde. Fuente: BRUNHUBER, Ernest, Pulverizador manual. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 85 Apretando la palanca hasta la mitad de su carrera, lo que se consigue con un dispositivo adecuado, el aire comprimido de alimentación sale solamente por la boquilla de aire; al seguir apretando la palanca, el aire comprimido pulveriza el separador a través de las boquillas laterales. Obtenemos un considerable aumento de rendimiento mediante la utilización de rociadores automáticos, cuyo funcionamiento está encadenado al de la máquina. La figura presenta uno de estos equipos montado en forma estática en una placa portamoldes. Unas cabezas pulverizadoras fijadas rígidamente aplican el separador al molde abierto, desde arriba y desde los lados; además, puede también soplarse el molde con aire. Un grupo de accionamiento neumático unido al ciclo de la máquina actúa los diferentes circuitos de rociado y de soplado; los impulsos de rociado y soplado los produce un relé de tiempo. Los equipos rociadores estáticos solamente pueden emplearse cuando se trata de moldes con cavidades planas y no muy profundas. Para moldes más complicados, sobre todo aquellos con postizos profundos, se utilizan equipos con cabezas rociadoras móviles. Fuente: BRUNHUBER, Ernest, Instalación estática rociadora automática. Otro punto importante es la lubrificación del pistón de inyección. Por lo general se utilizan para ello lubricantes pastosos, que todavía se aplican con pincel. Sin duda son más económicos los engrasadores automáticos, por ejemplo mediante una bomba de grasa y dosificador de accionamiento eléctrico en las máquinas de cámara fría horizontal Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 86 como el de la figura. El agente de engrase es distribuido en la cámara de presión por una ranura anular. Actualmente se encuentra también en expansión la lubricación automática por medio de boquillas pulverizadoras, que rocían un aceite especial; los impulsos y la duración del rociado se regulan por relés de tiempo. La lubrificación del pistón por pulverización puede utilizarse en máquinas de cámara fría horizontal y vertical. Fuente: BRUNHUBER, Ernest, Máquina de inyectar con bomba de engrase con accionamiento eléctrico aplicado en la lubricación del pistón de inyección. 2.9 Estado de la fundición en el Ecuador 39 Respecto a la producción nacional, no ha sido posible obtener información en el INEC (Instituto Nacional de Estadística y Censos), debido a que la producción es tan anecdótica que no se recoge en las estadísticas ó está concentrada en unos pocos productores y por lo tanto por temas de protección de datos no se facilita. A continuación datos de las industrias fundidoras actualizados hasta el 2008. 39 VILLAMARIN, Diego, y VOZMEDIANO, Byron, Proyecto de Implementación, Adecuación e Instalaciones para los equipos del laboratorio de fundición de la ESPE, Tesis ESPE Facultad de Ingeniería Mecánica, Sangolqui, 12 de febrero 2010. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 87  Producción ecuatoriana de metales en tonelada por fundición en el 2008 Año Hierro Gris Esferoidal Aceros No Ferrosos Total Otros 2008 24000 5380 4250 1750 35380 11380 % 67,8 25,2 12 4,9 100 32,2 Fuente: VILLAMARIN, Diego, y VOZMEDIANO, Byron, Industria Fundidora Ecuatoriana, mayo 2009.  Producción Ecuatoriana año 2008 La producción Ecuatoriana de metales de fundición tiene un amplio campo en la industria de Hierro Gris con una participación del 68%, seguida por la industria esferoidal con 15%, la industria del acero con 12% y la industria de los No Ferrosos con 5% de la producción total. En el gráfico siguiente se pueden observar las participaciones de las industrias. Fuente: VILLAMARIN, Diego, y VOZMEDIANO, Byron, Producción Ecuatoriana. Aceros 12% Hierro Gris 68% Esferoidal 15% No ferrosos 5% Producción Ecuatoriana de metales de Fundición Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 88  Importaciones de Ecuador en relación a la producción nacional Las importaciones de Ecuador representan el 84% del total de las fundiciones comercializadas dentro del país, existiendo un pequeño porcentaje de apenas del 16% de producción nacional. Fuente: VILLAMARIN, Diego, y VOZMEDIANO, Byron, Importaciones.  Precio de importación y producción nacional de metales de fundición por tonelada Según datos estadísticos el país importa un promedio de 1850 USD por tonelada de material a diferencia de la producción nacional de metales de fundición de 680 USD. Fuente: VILLAMARIN, Diego, y VOZMEDIANO, Byron, Precio de importación. Importaciones 16% Producción Nacional 84% Importaciones vs. Producción Nacional Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 89  Productos en el mercado de fundición ecuatoriana Los productos con mayor demanda a nivel nacional son los de alcantarillado por un porcentaje del 25%, seguido de un 24% de productos varios, la industria de la grifería con el 22%, piezas para trabajos especiales con el 17% y productos automotrices con el 12%. Fuente: VILLAMARIN, Diego, y VOZMEDIANO, Byron, Productos de fundición ecuatoriana.  Metales utilizados en la producción ecuatoriana por fundición La principal participación de metales utilizados en la fundición son las aleaciones de aluminio con un 20%, seguido de hierro gris y nodular con 19%, aleaciones de cobre con 14%, otras aleaciones con 12%, zamac con el 7%, bronce 5% y acero con el 3% de producción nacional. Otros 24% Piezas especiales 17% Alcantarillado 25% Griferia 22% Automotrices 12% Productos Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 90 Fuente: VILLAMARIN, Diego, y VOZMEDIANO, Byron, Metales utilizados en la producción ecuatoriana.  Procesos utilizados en la producción de fundición ecuatoriana Los procesos empleados en la producción de artículos de fundición son en su mayoría obtenidos mediante una fundición manual que abarca el 32%, seguido de la fundición en arena con 28%, fundición en molde permanente 17%, fundición en cascara 14% y otros medios 9%. Estos porcentajes se aprecian en la siguiente figura. Fuente: VILLAMARIN, Diego, y VOZMEDIANO, Byron, Procesos utilizados en la producción ecuatoriana. Otros 9% Molde permanente 17% Cascara 14% Manual 32% Arena 28% Proceso de Fundición Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 91  Nivel de automatización de la industria fundidora ecuatoriana El nivel de automatización en Ecuador no es representativo debido a que los procesos de obtención son realizados en su mayoría de forma manual, se estima que es alrededor del 53%, semiautomático un 41% y 6% de forma artesanal. Fuente: VILLAMARIN, Diego, y VOZMEDIANO, Byron, Nivel de automatización ecuatoriana.  Maquinaria disponible en las empresas de fundición ecuatoriana La industria ecuatoriana por lo general emplea hornos que funcionan con GLP por el alto poder calorífico que entrega este combustible y su bajo costo, datos estadísticos indican que un 42% de la industria lo emplea, los hornos de inducción se utilizan en un 32%, horno cubilote un 16% y otros tipos de hornos un 10%. Automático 0% Artesanal 6% Manual 53% Semiautomático 41% Nivel de Automatización Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 92 Fuente: VILLAMARIN, Diego, y VOZMEDIANO, Byron, Maquinaria disponible en empresas ecuatorianas.  Algunas industrias y sus niveles de producción Producción (Ton/mes) Empresas Más de 100  Adelca  Indalro  Fundiec  JCR Fundiciones  Funymaq Entre 50 -100  Ecuainox  Fundireciclar  Forjan  Fundipartes Menores a 50  Fundialeacciones  Funtein Fuente: VILLAMARIN, Diego, y VOZMEDIANO, Byron Industrias y sus niveles de producción. Otros 10% Horno GLP 42% Horno de Inducción 32% Horno Cubilote 16% Tipos de Horno Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 93  Industrias fundidoras más representativas de Ecuador Empresas fundidoras en el Ecuador Empresa Especialidad Ubicación Pagina web ANDEC S.A. Fundición y laminación de aceros para la construcción. Guayaquil y Quito http://www.andecsa.com/portal/p age?_pageid=162,1&_dad=porta l&_schema=PORTAL FISA Fundiciones y extrusión de aluminio Guayaquil http://www.aluminiosfisa.com/ FALESA Fundiciones de Metales No Ferrosos Guayaquil http://www.falesa.com/ FUNDIMET Fundición de hierro, aluminio y bronce. Quito http://ecuador.acambiode.com/e mpresa/fundimet_467788 FUMESA Fundiciones en aluminio, bronce y hierro Cuenca http://www.edina.com.ec/demo/ ver_datos_clientes.aspx?cliente= 3570&provincia=1&ciudad=322 FUNDICIÓN DE ALUMINIO ROSALES Fundiciones en aluminio Quito http://www.guiatelefonica.com.e c/mas_informacion/3-4128 /fundicion-de-aluminio-rosales FUNDICIONES DE ALUMINIO INDALRO Fundiciones en aluminio Quito http://www.infoguiaquito.com/q uito/industria-quimica- minerales-basicos/fundiciones- de-aluminio-indalro.html ECUAVALVULA S.A. Fundición de válvulas Quito http://amerpages.com/spa/ecuad or/items/view/29116/ecuavalvula TALLERES MEJIA Fundiciones Cuenca http://www.talleresmejia.com/in dex.php?option=com_contact&t ask=view&contact_id=1&Itemid =27 PRESS FORJA S.A. Fundiciones en aluminio Cuenca http://www.comxport.com/paises /press_forja_s_a-ecuador- 30516.php Fuente: Autores, Empresas fundidoras en el Ecuador. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 94  Productores de aluminio a nivel mundial Las tres empresas más grandes productoras de aluminio a nivel mundial son:  Rusal.  Rio Tinto Alcan.  Alcoa Inc. Rusal Rio Tinto Alcan Alcoa Inc. Tipo: Público. Industria: Minería. Metalurgia. Fundado: 27 marzo 2007. Sede: Moscú, Rusia. Productos: Aluminio. Aleaciones de Al. Bauxita. Alúmina. Ingresos: EEUU $10,97 mil millones (2010) Empleados: más de 75.000 Sitio Web: www.rusal.ru/en/ Tipo: Subsidiaria de Rio Tinto PLC. Industria: Aeroespacial, Transporte masivo, Construcción, Envases de aluminio, Alúmina. Fundado: 1902 como subsidiaria de Alcoa. Sede: Montreal, Quebec Canadá. Productos: Alúminas, chapa de aluminio, tocho de extrusión, barras, lingotes de refusión, aleaciones, cables y envases Ingresos: $2786 mil millones USD (2006) Empleados: 68.000 Sitio Web: www.riotinto.com Tipo: Público. Industria: Aluminio. Fundado: Pittsburgh, Pensilvania, EEUU. (1888) Sede: Lever House. New York Productos: Aluminio. Ingresos: 392 millones (2010) Empleados: 59.000 Sitio Web: www.alcoa.com Fuente: Autores, Información general. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 95 2.10 Innovaciones en el arte de la fundición A continuación se indica las innovaciones actuales en el arte de la fundición y los principales fabricantes de esta tecnología. Fuente: Autores, Innovaciones en el arte de la fundición. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 96 Máquina inyectora El Grupo Industrial Ambar cuenta con más de 30 años de experiencia en el mercado de la maquinaria industrial y más de 10 años en la rama de maquinaria de Inyección de Plástico, Zamac y Aluminio. Sede: México Sitio Web: www.grupoindustrialambar.com.mx Características principales  Unidad de inyección de tipo varilla, fácil de ajustar de larga duración y alto rendimiento.  Sistema de inyección a tres fases para producir fácilmente piezas complejas y tener un mayor control en la exactitud de la inyección.  Avanzado PLC de control, confiable y facilidad para mantener la calidad.  Bomba doble de paletas para mejorar el rendimiento y brindar ahorro de energía.  Acumuladores independientes tipo pistón para una rápida velocidad de inyección que aseguran una velocidad exacta, estable y potente con la intensificación.  Ajuste automatizado de altura del molde, precisión y simplificación para el procedimiento Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 97 de ajuste exterior de alta calidad.  Diseño especial de doble rodillera para entregar una mayor fuerza de cierre.  Filtro de aspiración para asegurar una limpieza del sistema hidráulico y reducir los daños y desgaste.  Sistema centralizado de lubricación para extender la vida útil de las partes en movimiento.  Componentes de reconocidas marcas internacionales como Allen Bradley, Siemens, Rexroth y Parker, entre otras para garantizar la rápida respuesta del servicio. Especificaciones Técnicas Unidad Capacidad del motor Presión de trabajo Capacidad del tanque aceite Peso de la máquina Dimensiones kW MPa L ton M DCC-160 15 14 400 6.3 5.6x1.3x2.7 DCC-280 18.5 14 600 10.5 6.4x1.4x2.6 DCC-400 22 14 800 15 6.8x1.6x2.7 DCC-500 30 16 1000 25 7.5x2.1x3 DCC-630 37 14 1000 28 7.5x2x2.8 DCC-800 37 14 1200 39 8.7x2x2.8 DCC-1000 45 16 1500 70 11x3.5x3.8 DCC-1250 2 x 37 14 2500 90 11x3.3x4.2 DCC-1600 2 x 45 14 2600 105 11.5x4x4.2 DCC-2000 2 x 55 16 2800 135 12.7x4.4x4.4 Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 98 Máquina inyectora El Grupo de Frech con más de 60 años de experiencia, es pionero en la construcción de herramientas, máquinas de fundición a presión de cámara caliente y líder en la producción de las modernas máquinas de fundición a presión de cámara fría. Sede: Schorndorf (Alemania) Sitio Web: www.frech.com Características principales  Aumento de la productividad a través de los tiempos de ciclo.  Una completa flexibilidad para las modificaciones y la automatización.  Mantenimiento fácil con un buen acceso a todas las áreas y servicio técnico remoto online.  Alta durabilidad y vida útil debido a la construcción estable y robusta de la máquina. Fuente: AMBAR, FRECH, Características de máquinas inyectoras. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 99 Alimentador (Grupo Industrial AMBAR) Auto Ladler Características  Posición con alta precisión y alta capacidad de repetición.  Movimiento constante, la superficie del líquido estable, cantidad de líquido preciso.  Mando a distancia de tiempo y velocidad, fácilmente ajustable.  Motores de CA, adecuado para mucho tiempo y la operación continua, sin necesidad de mantenimiento.  Pasador y Bush hizo de la alta temperatura de un material resistente, larga vida útil a altas temperaturas. Especificaciones Técnicas j Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 100 Fuente: AMBAR, FRECH, Características de alimentadores para máquinas inyectoras. Alimentador (FRECH) Unidad cargadora (Feedmat) Características Completamente automática, la unidad de dosificación a motor Feedmat ofrece una alta precisión de dosificación en un conjunto robusto de 2 brazos. El sistema de control de fácil uso y la flexibilidad para ser usado de cualquier lado de la gran mayoría de máquinas de fundición a presión, ofrece la solución perfecta para la automatización de una producción.  Ajuste simple y fácil debido a la configuración de las capacidades de los ejes.  Movimientos lineales de unidades de disco vertical y horizontal que permite un fácil acceso a la manga de inyección de la máquina.  El cucharón detecta el nivel del baño de metal de forma automática con una precisión de dosificación de ± 2%.  Feedmat 1 para hasta 2 kg.  Feedmat 2 para hasta 12 kg. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 101 Contenedores o pre-cámara Castool Tooling Systems de Uxbridge Ontario, es un proveedor líder a nivel mundial de producción de equipos y herramientas para la extrusión y fundición a presión de aluminio. Con los años, Castool ha recibido una serie de premios que reflejan la eficacia continua de sus sistemas operativos como la ISO 900 e ISO 9001. Sede: Canadá. Sitio Web: www.castool.com Características El equilibrio de la temperatura en la pre-cámara, a condiciones de trabajo normales son el punto más importante para llegar a un proceso de fundición continúo. Para ello el necesario diseño del contenedor es uno de los desarrollos más importantes. El inserto intercambiable, con tecnología patentada, se puede cambiar directamente en la misma máquina, es un termoregulador (evita coche térmico entre pre-cámara y material) con el cual se obtiene una temperatura regulable en la pre-cámara. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 102 Lubricación El desarrollo de una unidad de lubricación así como, el lubricante de alta densidad, han permitido conseguir un alto rendimiento. El lubricante adecuado aplicado en el lugar correcto, tiene como resultado un ambiente limpio y rendimiento óptimo. Sistema de pistón El primer sistema de pistón con anillo-cortado intercambiable llegó al mercado en el año 1990 y se aplica a nivel mundial en más de 2.000 máquinas de fundición a presión. Durante estos años, otros sistemas han aparecido en el mercado. El nuevo sistema modular de Allper (pendiente de patente) ha sido introducido con rapidez en el mercado prueba de ello son las más de 200 máquinas que están trabajando con este nuevo pistón modular. Se compone de dos partes: La cabeza, en acero de trabajo en caliente y el cuerpo en una aleación de específica de cobre. Ambas partes están conectadas y el cuerpo absorbe el calor generado sobre la cabeza. Este sistema permite el montaje de más de 1 anillo o anillo de un elástico, en respuesta a las necesidades reales de piezas de fundición con alto vacío. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 103 Como no puede penetrar de aluminio entre el anillo y el contenedor, tenemos como resultado gran regularidad y constancia en los movimientos. Vertido con Thyphoon El desgaste del contenedor en la zona del agujero de llenado reduce la vida del propio contenedor así como la vida de los pistones. El desarrollo del Thyphoon (patente pendiente) reduce la velocidad de impacto, así como el sobrecalentamiento local. Se ha desarrollado tanto para hornos como para cargadores con cuchara. Hay una solución para cada aplicación mano derecha o izquierda, desde 1 hasta 40 kg de fundición. Las ventajas son: • Aumentar la vida del contenedor y pistón. • Posibilidad de reducir el tiempo de espera. • Medio ambiente más limpio. Fuente: CASTOOL, Características de contenedores o pre-cámara. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 104 Sistema de vacío (FRECH) Tecnología de vacío Características El proceso patentado de vacío es un método probado y de confianza que se ha utilizado durante muchos años para producir piezas de fundición, con un nivel muy bajo de gas e inclusiones de óxido.  Componentes estructurales, chasis dúctiles.  Componentes de paredes delgadas y para soldar. El bajísimo nivel de inclusión de gas en las piezas moldeadas producidas utilizando la tecnología de vacío mejora las propiedades mecánicas de la pieza. De esta manera es posible garantizar la estabilidad dinámica y estática, así como una alta ductilidad. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 105 Sistema de vacío (CASTOOL) Mediante este sistema se elimina la porosidad del producto inyectado. En la cámara fría, la aleación es forzada a ingresar en la cavidad del molde con tal fuerza y velocidad que pequeñas cantidades de aire y gases son a menudo atrapados en la colada. Castool recomienda para evitar las porosidades, un sistema de vacío. Antes de la inyección se produce un vacío por el bebedero y las cavidades del molde. La aspiración continúa hasta que el ciclo de inyección se ha completado. Esto reduce la posibilidad de que el aire y el gas se queden atrapados en la colada. La válvula de vacío se cierra inmediatamente por la presión cuando el metal líquido llena el molde; lo cual asegura una alta calidad de fundición y una reducción de porosidad garantizada en chatarra. Ventajas: • Asegura un buen acabado superficial. • Reduce la presión de disparó. • Aumenta la vida útil del molde. • Se utiliza para el aluminio, magnesio, zinc o latón • Fácil de añadir a cualquier proceso de inyección en cámara fría. • El mantenimiento es mínimo. Fuente: FRECH, CASTOOL, Características del sistema de vacío. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 106 Unidades de calefacción y refrigeración Características La temperatura del molde es un factor significativo en relación con la calidad de la fundición y la eficiencia del proceso de fundición. Las unidades de calefacción y refrigeración son útiles para un intercambio de calor confiable, flexible en un espacio mínimo, a base de aceite de transferencia de calor o un sistema de agua a presión. Las principales características son:  Mejores superficies posibles.  Tolerancias estrechas, incluso en las formas complicadas.  Calidad continua y sostenida en piezas de fundición.  Tiempos de ciclo más cortos. Fuente: FRECH, Características de las unidades der calefacción y refrigeración. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 107 Desmoldeante Auto Sprayer (AMBAR) Características  El exclusivo pulverizador presenta un mejor efecto de atomización.  Fácilmente ajustable para la cantidad de pulverización de apuntador y válvula.  Tubo de fácil ajuste, adecuado para cualquier forma de cavidad.  En caso de pérdida de fuente de aire comprimido, la cabeza de rociado se puede bloquear de forma automática.  Puede rotar 90 grados. Unidad de desmoldeante (FRECH) Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 108 Características  Posicionamiento de alta precisión.  Alta dinámica y velocidad de conducción.  Potentes herramientas para la lubricación de las geometrías más complicadas  Optimización de la preparación de líquidos y la alimentación. Existen dos modelos: Unidad de lubricación 1, que es adecuada para piezas fundidas a presión en máquinas de hasta 5000 kN de fuerza de cierre. Unidad de lubricación 2, que cumple las demandas de precisión de la posición y velocidad que operan dentro de la dinámica de máquinas de fundición a presión de cámara fría:  Golpes desde 800 hasta 1800 mm. en máquinas de hasta 20.000 kN.  Unidades lineales similares, para eje horizontal y vertical.  Ambos ejes impulsados por servomotores altamente dinámicos.  Libremente programable en movimiento y en tiempo. Desmoldeantes para máquinas inyectoras LUBDECO es fabricante de Lubricantes de alta calidad para una amplia variedad de aplicaciones en la industria. Durante más de 30 años, LUBDECO ha exportado satisfactoriamente su amplia variedad de productos a Sudamérica, América Central y Asia. Sede: México. Sitio Web: www.lubdeco.com Lubdeco LUPOA 58 Es un lubricante para pistones de máquinas inyectoras de aluminio. Forma una película protectora para evitar el desgaste de los pistones y de la pre-cámara. Ventajas:  Aplicación automática o manual. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 109  Formación de un film lubricante entre el pistón y la pre-cámara. Propiedades físicas:  Densidad: 0,94 g/cm 3 Se utiliza directamente mediante aplicación automática, con equipos rociadores, o de manera manual utilizando una cuchara. Se recomienda aplicar 2 gramos de producto por cada kilo inyectado de aluminio. Lubdeco A 650 Es un producto sintético, no pigmentado; usado para desmoldar productos de aluminio inyectado.  Desempeño: Excelente efecto desmoldeante, que brinda una película fina y uniforme con propiedades lubricantes. Evita el desgaste del molde y deja una superficie lisa y brillante. No deja residuos perjudiciales en el producto.  Aplicación: Es un producto concentrado y para su uso debe ser diluido en agua, a una dilución de 1:20 pudiendo llegar hasta 1:60. El producto es de fácil dilución en agua, a través de una agitación, la aplicación debe de ser por rociador. Fuente: AMBAR, FRECH, LUBDECO, Características del desmoldeante. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 110 Rociadores Es una fábrica con más de 55 años de experiencia en el mercado, comenzó a fabricar y distribuir un gran número de modelos de pistolas aerográficas y otros complementos utilizados en el sector del pintado, tales como filtros de aire, calderines de presión y un sinfín de equipos para diversas aplicaciones. Sede: España Sitio Web: www.sagola.com Rociador manual 4100 Características  Está diseñado para una amplia gama de altas viscosidades, para caudales superiores a los 300 cm 3 / min.  Las aplicaciones de esta pistola son para todo tipo de pinturas y productos pulverizables como: tintes, metalizados, esmaltes, barnices, colas, adhesivos, productos abrasivos, cerámica, productos para la forja y texturizados. Datos técnicos:  Peso: 536 gr.  Dimensiones: 20cm x 18cm x 4,2cm  Racor de entrada de aire 1/4” macho  Racor entrada del grafito 3/8”macho  Presión máxima de diseño: 8 bar Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 111  Presión máxima de entrada recomendada (presión de trabajo): 2,5 - 3.0 bar  Distancia de aplicación máx. recomendada: 20 - 25 cm.  Caudal de pintura máx.: 280 g/min  Consumo de aire Boquilla: 410 L/min  Materiales en contacto con el producto: Inoxidable, Aluminio, Cromado, Teflón, Nylon. Rociador automático 4041 Características  Está pistola esta especialmente diseñada para el uso en robots y máquinas especiales.  Compuesto por materiales especiales de carburo de tungsteno recomendados para trabajar con productos abrasivos.  Los sectores de aplicación recomendados son en el campo de la industria del metal, plástico y cerámica. Datos técnicos:  Consumo de aire: 370 L/min.  Dimensiones: 80 x 40 x 40 mm.  Peso: 710 gr. Fuente: SAGOLA, Características de rociadores. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 112 Unidad de extracción (FRECH) Gripmat Características La protección del molde requiere la máxima precisión, la productividad en fundición a presión requiere una producción rápida y fiable. Con un diseño robusto y estable, los modelos Gripmat 1 y 2 son adecuados para las máquinas de fundición a presión cámara caliente y fría garantizando que los movimientos sean precisos con una extracción positiva y segura. Gripmat 1 para máquinas de 100 a 400 kN de fuerza de cierre. Gripmat 2 para máquinas de 400 a 800 kN de fuerza de cierre. Ventajas:  Fácil configuración.  Rápido, agarre preciso y control de la inyección.  3 secuencias de movimiento opcionales.  De accionamiento eléctrico.  Agarre neumático.  Construcción robusta. Fuente: FRECH, Características de la unidad de extracción. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 113 Dispositivo de detección de peso Weight control 2000 Características Este dispositivo de peso, controlado por un microprocesador de detección, garantiza protección del molde y control de calidad para la fundición de piezas de hasta 2000 gr. Dentro de las tolerancias introducidas por el usuario, que asegura una verificación confiable del peso y la comunica a la máquina de fundición a presión. Características:  Célula de detección de peso  Compensación de temperatura de posición  Operador de entrada  LED-Display Display LED  Peso-Pantalla en gramos. Ventajas especiales:  Función de espera después de pesar.  Puesta a cero automática. Fuente: FRECH, Características del dispositivo de detección de peso. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 114 Horno de crisol La empresa Nabertherm, especializada en hornos de 30 a 3000°C, cuenta con más 60 años de experiencia, desarrolla y produce hornos industriales para una gran variedad de campos de aplicación. Sede: Alemania Sitio Web: www.nabertherm.com Horno de crisol TB, calentado por GLP, para fundición y mantenimiento de calor Características Los hornos de crisol con calentamiento por combustible de la serie TB, se caracterizan por un alto rendimiento de fundición. Son extraordinariamente idóneos para el servicio de fundición, pero también para el mantenimiento de calor de aluminio y zinc. El empleo de materiales aislantes de alta calidad proporciona un consumo energético muy bajo. El quemador puede adaptarse tanto para el servicio con gas, como para el servicio con aceite. Las características que presentan este tipo de hornos, son:  TB../12 con temperatura máxima de la cámara del horno de 1200 °C para aluminio y zinc.  TB../14 con temperatura máxima de la cámara del horno de 1400 °C, idóneo también para aleaciones de bronce o latón con una temperatura máxima de fundición de 1300°C. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 115  Tiene tramo de gas, que consiste en un regulador de presión, filtro de gas, manómetro y válvulas magnéticas.  Alto rendimiento de fundición por medio de quemador de alto rendimiento y aislamiento de alta calidad.  Aislamiento multicapa construido con ladrillos de elevada porosidad, como la cámara del horno.  Salida de emergencia para desviar el caldo de forma segura en caso de una rotura del crisol.  Sistema de seguridad integrado que en caso de rotura del elemento térmico del baño de fusión continúa operando el horno con rendimiento reducido para evitar la solidificación del caldo.  Controlador selector de temperatura en la cámara del horno como medida de protección contra temperatura excesiva. El controlador desconecta el calentador al alcanzar la temperatura límite ajustada y lo vuelve a conectar cuando la temperatura ha descendido. Modelos Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 116 Regulación de cámara de horno con Eurotherm 2208e Características Los hornos de fusión Nabertherm van equipados con una regulación de cámara de horno, regulador Eurotherm 2208e. La medición de la temperatura tiene lugar en la cámara del horno, detrás del crisol. Pueden ajustarse dos valores nominales y una rampa de calentamiento. Los valores nominales pueden ser, la temperatura de trabajo o el programa de encendido y apagado. Apertura neumática de la tapa del horno Características Los hornos de crisol disponen de una apertura neumática de la tapa. Al accionar el pedal la tapa del horno gira hacia un lado y el operario tiene acceso libre al crisol. Desde el punto de vista energético, constituye una gran ventaja, ya que el horno solo es abierto para cargar y extraer. Con un horno de fusión cerrado se puede ahorrar hasta el 50 % de energía, en comparación con los hornos de crisol abiertos durante la fase de mantenimiento de calor. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 117 Quemador recuperador, para ahorrar energía en la fundición y el mantenimiento del calor Características Los hornos de crisol con calentamiento por combustible de la serie TBR se caracterizan por un alto rendimiento de fundición con el mejor aprovechamiento de energía. Son extraordinariamente idóneos para el servicio de fundición de aluminio. El empleo de un potente quemador de soplete que se alimenta del aire de combustión precalentado mediante un recuperador en la salida de gases, ahorro de energía de hasta un 25 % frente a los sistemas convencionales. Horno de crisol Thermtronix con más de 25 años de trayectoria ofrece una amplia gama de hornos de fundición de aluminio, hornos de conservación, tanto en la resistencia eléctrica como los modelos a gas con una estabilidad de temperatura, calidad, y fiabilidad. Sede: Ontario (Canadá) Sitio Web: www.thermtronix.com Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 118 Horno basculante Thermtronix ® Serie gas Características La combustión se realiza de forma totalmente automática y proporcional. Equipado con controladores de temperatura, ofrece ventajas adicionales de reducción de ruido, además cuenta con un lector para los niveles de calor, mejorando las condiciones ambientales de la planta y el confort de los trabajadores. La construcción de los hornos se garantiza por ser diseñados en un ordenador, además consta de cuatro componentes de aislamiento térmico, una única retención en la cámara interior que proporciona estabilidad a la temperatura, un control preciso en la cámara cilíndrica, eliminando así, calefacción desigual y fallo prematuro del crisol. Diseñado para generar en el crisol una temperatura de hasta 2000 grados Fahrenheit (1093,33°C), con controladores totalmente automáticos para una fundición de alto rendimiento, proporcionando una protección continua al crisol y refractario, alargando la vida útil de los mismos. Características:  Salida nominal del quemador de 500.000 BTU  Capacidad máxima del horno, de 400 lbs. Capacidad máxima de 200 lbs. x hora, considerando una temperatura de vertido del aluminio de 1.300 F con la tapa del horno cerrada. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 119 Panel de control Características Está basado en un microprocesador que regula la temperatura de baño del metal fundido, donde se ingresa puntos de temperaturas referenciales (encendido-apagado) para todos los días o por semana, los mismos que son mostrados en una pantalla LED. Continuamente el microprocesador comprueba si existe un buen encendido y automáticamente verifica el óptimo funcionamiento de la llama piloto, la presión del gas, la presión del aire y control eléctrico. En la pantalla LED se apreciara el diagnóstico del equipo. Sistemas de detección Características  Alarma visual para informar al operario que existe fuga del metal fundido.  Señal de falla en conexión a tierra del equipo para proteger al operario.  Todos los cables de alimentación interna han sido catalogados y clasificados según las normas de seguridad UL (Underwriters Laboratories Inc.) Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 120 Alto rendimiento del sistema de combustión Características El quemador presenta una alta eficiencia, con un total nominal de 500,000 BTU por hora a fuego alto. Partes del quemador:  El quemador contiene un sistema de chispa automática para el encendido.  Ventilador centrífugo construido de acero soldado, con un peso ligero de forma estática y el impulsor equilibrado dinámicamente. Motor de alto rendimiento.  Dos válvulas electrohidráulicas para el cierre del gas con indicadores visuales en combinación con una válvula de solenoide de ventilación para el sistema eléctrico para proporcionar el nivel más alto de la seguridad del combustible.  Válvula de hierro fundido con la cual se da un control manual al aire de combustión para obtener una eficiencia diferente a la configuración inicial.  Válvula ajustable automática, para el flujo de gas en proporción del flujo de aire de combustión.  Para el control de la temperatura cuenta con un termopar con protección ante la colada de aluminio. Cabe destacar que la tapa del horno está compuesta por material refractario, su accionamiento es mediante un motor hidráulico y el horno tiene un crisol de carburo, con una capacidad aproximada de 400 libras de capacidad máxima de aluminio. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 121 Horno de crisol Desde hace más de 50 años se dedican a la fabricación de hornos, incineradores y depuradores de humos, para la mayor parte de las posibles aplicaciones de estos equipos, con las ventajas que la especialización y la experiencia proporcionan. Fabrican hornos para cualquier actividad y para temperaturas de hasta 1.300 ºC de forma estándar y bajo pedido equipos especiales hasta los 2.100 ºC. Sede: Barcelona (España) Sitio Web: www.emison.com Horno de crisol serie B Características  Esta serie de hornos son de construcción metálica, electro soldado, a partir de chapas y perfiles de acero laminado en frío, con un tratamiento especial anticorrosivo, de gran robustez, con avanzado diseño y protección fosfocromatante y pintura epoxídica, lo que le confiere una larga vida.  El calentamiento de los crisoles que contienen los metales a fundir, son con calentamiento mediante GLP.  El aislamiento se realiza mediante fibras minerales y cerámicas de baja masa térmica y gran poder calorífugo, cuidadosamente dispuestas en estratos para reducir las pérdidas de calor. Su perfección permite un ambiente fresco de trabajo y un extraordinario ahorro energético. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 122  El control de la temperatura está asegurado por un regulador electrónico con visualizador digital y termopar tipo K colocado en un crisol con cavidad pirométrica o de bolsa, además se tiene un regulador con termopar en la cámara de calentamiento.  Debe tenerse en cuenta que para alcanzar una temperatura determinada en el líquido, la temperatura en la cámara de combustión y el crisol debe ser del orden de unos 100 grados superior a la del líquido. No es conveniente sobrepasar éste margen por acortarse la vida del crisol ni mantener muy estrecho el margen ya que el tiempo de fusión se alarga. En caso de rotura del crisol unos electrodos colocados en la solera del horno detectan el metal fundido y provocan el encendido de un piloto avisador. Tipos de hornos Características de los hornos Modelo Dimensiones Crisol Capacidad kg/h Potencia kcal/h B - 174 40 x 40 50 30.000 B - 164 37 x 46 75 50.000 B - 166 40 x 52 100 60.000 B - 300 47 x 57 150 90.000 B - 400 45 x 70 180 110.000 B - 500 52 x 72 240 150.000 B - 600 59 x 73 300 180.000 Las dimensiones están expresadas en cm y corresponden diámetro por la altura. Fuente: NABERTHEM, THERMTRONIX, Emison, Características de hornos de crisol. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 123 Desgasificador Autoclean™ Neumático Características Fue diseñado específicamente como un implemento portátil, es un sistema ligero, limpieza de bajo costo para desgasificar las aleaciones de aluminio en los hornos de crisol, con resultados precisos y de calidad. Limpia automáticamente sin necesidad de una pared con panel de control, no hay líneas eléctricas, enchufes o controles. Sólo aire de la planta y el gas inerte que se requiere. Autoclean ™ utiliza un método de desgasificación basada en el sistema de giro, en el que se utiliza como gas argón o nitrógeno, el mismo que pasa a través de una varilla hasta el borde del rotor cizalla, dispersando uniformemente el gas en el fondo del baño. Las burbujas de gas en miniatura presentan un aumento de superficie a través del cual se absorbe hidrógeno disuelto en el aluminio fundido a medida que suben lentamente a la superficie. Fuente: THERMTRONIX, Características del desgasificador. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 124 Innovaciones en el material Características La inyección semisólida se presentó como una alternativa revolucionaria en el sector de la inyección, no se cambian los parámetros de inyección, por primera vez se cambia el material a inyectar. En la agitación mecánica en husillo, el material globular se forma en un sólo paso, donde a la vez: se cizalla el material, en una capa de material de bajo espesor (homogénea) se calienta de forma continua y cuando está preparado, se inyecta de forma rápida, impidiendo la degradación de la microestructura. Rheodiecasting Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 125 Características Este material parte de metal líquido, que se enfría hasta quedar en un material semisólido. Este material tiene que ser colocado en una cámara de husillo de simple o doble efecto, que permite homogenizar la mezcla rompiendo las dendritas del material, que además hace avanzar al material hasta la cámara de inyección. Thixomolding Características Se parte de material en granza que se calienta hasta que el material este semisólido, mientras un husillo le transporta y cizalla. El mismo husillo inyecta el material. Fuente: Fundación Cidaut, Materiales semisólidos. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 126 2.11 Conclusiones  Dependiendo de la necesidad de trabajo, se pueden obtener diferentes tipos de aleaciones de aluminio que mejoran las características del material puro como la dureza, fluidez, resistencia a la corrosión, maleabilidad, ductilibilidad, entre otros. El aluminio ha sustituido a materiales ferrosos por su baja densidad, conductividad, peso y reciclaje, utilizado en muchos campos industriales como el transporte, aviación, industria aeroespacial, envase y embalaje; la mayor demanda en el país está en el sector de la construcción, donde el aluminio es utilizado para realizar ventanas, puertas, mamparas, enrejados, etc.  El método de fundición óptimo para la producción de grandes cantidades de bases dentadas en menor tiempo, es el método de inyección a presión en moldes permanentes, ya que por este método se funden piezas idénticas a mayor ritmo de producción. Además es más apropiado y rentable el método de inyección en cámara fría, debido a que en cámara caliente se tienen elevados costos de maquinaria y mantenimiento, donde solo se funden materiales de bajo punto de fusión.  Como se estableció en el capítulo I del presente trabajo la capacidad de producción de Press Forja es de 108 kg de aluminio por día; por lo tanto en el capítulo II se confirmó que la utilización de un horno de crisol fijo es la adecuada ya que los proveedores de hornos recomiendan este tipo de horno hasta producciones de 600 kg de aluminio.  Un sistema de desmoldeante es importante en una máquina inyectora de aluminio debido a que se evita que el material fundido se pegue a las cavidades del molde disminuyendo el rozamiento; lo más recomendable para la inyección son mezclas de grafito con agua en una cantidad de 1:10 ó 1:25 considerando que los separadores solubles en agua siempre son aplicados de forma pulverizada. Análisis y propuestas de mejora para la empresa “PRESS FORJA S.A” 2012 127  La industria fundidora de materiales no ferrosos en el país, de acuerdo a las estadísticas es un campo que carece de explotación, esto se debe a la falta de tecnología, innovación y desarrollo por parte de las industrias; factores que son necesarios para poder generar productos competitivos de calidad y a bajo costo.