SIMPLE SOLUTIONS THAT WORK! Committed to Sharing Best Practices for the Metalcasting and Die Casting Industry

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ENGLISH / ESPAÑOL ISSUE 13 • FALL 2020 SIMPLE SOLUTIONS THAT WORK! Committed to sharing best practices for the metalcasting and die casting industry

THE FOCUS OF THIS ISSUE: Defect Prevention WELCOME TO OUR “DEFECT PREVENTION” ISSUE

With so many ways to make a bad casting, it’s no wonder that metal casters have taken a leadership position in the manufacturing world by building quality—in from the start. Unlike other manufacturing processes that rely heavily on final inspection as a primary means of ensuring quality, foundries understand better than others that you can’t wait until the casting is machined to test it.

Over the past ten years, the foundry production floor has literally been upended with important changes, all designed to produce higher quality parts, at less cost—with reduced scrap. Six Sigma principles, robotic workcells, Additive Manufacturing, and Smart Technologies are all being deployed to deliver higher quality castings with repeatable processes. Today, everyone on the foundry floor is involved in the prevention of defects and this work is never, ever done.

This issue is devoted to this subject because it’s something that you can’t talk about enough. We hope you find the defect prevention ideas in this issue (that range from binders and the mixing process, melting, analysis, materials, and molding) techniques you can use today.

I would like to thank all of our contributors in this issue for their insightful articles. Special thanks to Innovative Casting Technologies, Dualtech Foundry’s Laboratory Manager Scott Gill for appearing on the cover of this issue. As always, thank you for reading our 13th issue of Simple Solutions That Work!

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Jack Palmer President, Palmer Manufacturing & Supply, Inc. [email protected]

WANT TO SEE MORE? VISIT OUR WEBSITE TO GET PAST ISSUES! palmermfg.com/simple-solutions PALMER MANUFACTURING & SUPPLY INC. PUBLICATIONS © 2020 Palmer Manufacturing & Supply, Inc. All Rights Reserved TABLE OF CONTENTS

ENGLISH ESPAÑOL Welcome to Our “Defect Prevention” Issue...... 02 Bienvenidos a Nuestra Edición Jack Palmer – Palmer Manufacturing & Supply, Inc. “Predicción de Defectos” ...... 58 Jack Palmer – Palmer Manufacturing & Supply, Inc. Reducing Core Defects...... 04 Jerry Senk – Equipment Manufacturers International, Inc. Menos Defectos en Corazones...... 60 Jerry Senk – Equipment Manufacturers International, Inc. The Use of Pre-Cast Monoform Liners (drop in liners) in Ladles...... 10 Utilización de Revestimientos Premoldeados Steven Harker – ACETARC Engineering Co. Ltd. (Monoforma Pre-Cast) en Cucharas...... 66 Steven Harker – ACETARC Engineering Co. Ltd. Grain Refinement and Thermal Analysis of Liquid Aluminum; Don’t Hurt Your Melt!...... 13 Afino de grano y análisis térmico del aluminio François Audet – Solutions Fonderie líquido; ¡no dañe a su metal líquido!...... 69 François Audet – Solutions Fonderie Defect Prevention in Molten Metal Processing...... 16 Jeff Keller – Molten Metal Equipment Innovations Puntos sobresalientes del artículo...... 72 Jeff Keller – Molten Metal Equipment Innovations Turbine 30 Ton Steel Case Study...... 20 Joe Howden – Eildon Refractories Ltd. Caso de Estudio Turbina de 30 Ton de Acero...... 76 Joe Howden – Eildon Refractories Ltd. Defect Prevention with a World Class Melt Shop ...... 23 Richie Humphrey – The Schaefer Group Prevención de Defectos con una Fundición de Clase Mundial ...... 79 Predicting and Eliminating Defects in Investment Richie Humphrey – The Schaefer Group Castings Using Computer Simulation...... 28 David C. Schmidt – Finite Solutions, Inc. Predicción y Eliminación de Defectos en Ceras Perdidas utilizando Simulación ...... 84 5 Keys to Reducing Casting Defects through David C. Schmidt – Finite Solutions, Inc. Refractory Coatings...... 31 Stanley Forehand – HA International 5 Claves en Pinturas Refractarias para Reducir Defectos en Piezas Fundidas...... 87 Stop Making Excuses. Preventing Gas Porosity in Stanley Forehand – HA International Your Castings is Simple! ...... 36 Brad Hohenstein – Porosity Solutions Basta de Excusas. ¡Prevenir la Porosidad por Gas en sus piezas Fundidas es Simple! ...... 92 3D Printing ...... 39 Brad Hohenstein – Porosity Solutions Will Shambley – New England Foundry Technologies Artículo de Prevención de Defectos ...... 95 Moldmaking & Coremaking Automation Technologies Will Shambley – New England Foundry Technologies Reduce Variability To Increase Quality...... 41 Jack Palmer – Palmer Manufacturing & Supply, Inc. Tecnologías Automatizadas de Fabricación de Moldes & Corazones Reducen la Variabilidad para Aumentar Defect Prevention in Permanent la Calidad...... 97 Mold Casting Through Process Control ...... 44 Jack Palmer – Palmer Manufacturing & Supply, Inc. John Hall – CMH Manufacturing Prevención de Defectos mediante Control de Better Sand Reduces Defects...... 48 Procesos para Fundición en Molde Permanente ...... 100 Chris Doerschlag – Klein Palmer Inc. John Hall – CMH Manufacturing Casting Cooler Conveyors...... 52 Una Mejor Arena Reduce Defectos...... 104 Gaetano Coraggio – Magaldi Technologies, LLC Chris Doerschlag – Klein Palmer Inc. Cintas Transportadoras Enfriadoras...... 108 Gaetano Coraggio – Magaldi Technologies, LLC

SIMPLE SOLUTIONS Act Now to be considered for the Simple Solutions That Work Spring 2021 publication and reach over 27,000 THAT WORK! metalcasting/die casting industry contacts in North and South America.

CALL 937.436.2648 or email [email protected] today. REDUCING CORE DEFECTS • What kind of finish is required? • Production rates; high runner or job shop? • Can core off-gas adversely affect the castings? JERRY SENK President • Is shake out of the cores going EQUIPMENT MANUFACTURERS INTERNATIONAL, INC. to be restrictive in any manner? ARTICLE TAKEAWAYS: • What are the environmental impacts? • Better Cores = Better Castings The core cost is usually the main • Five considerations for core quality driver to process selection, but all • Existing equipment improvements can minimize defects the variables listed above are inputs • New casting products may require new core production process to cost comparisons.

Since the first castings were poured, foundry men have been working to eliminate scrap castings and improve product quality. This article will concentrate in one area of reducing casting defects and scrap by outlining five important considerations for reliable sand core production.

There are many different sand core processes that metal casters can utilize. These can include; cold box (isocure), shell, warm box, inorganic, no-bake, among others. Any of these core processes can be used for just about any alloy. Selection is typically based on the size of the core, the production rate required, casting finish, tooling and capital investment.

1. CORE PROCESS Many times, the process will be defined based on the existing core process the foundry is familiar with, but as foundries add new castings to their portfolio; customer specifications may dictate a new core making process, or any of these considerations may impact the core process choice:

4 DEFECT PREVENTION

2. TOOLING DESIGN Tooling design is a critical consideration for accurately filled and well-defined cores that can meet the casting process requirements. Tooling can be made from a variety of materials; from a wood and resin coated core box for low production, aluminum can be used in cold box, inorganic or no bake cores, to iron/steel boxes that are used in medium to high production core runs, or shell, hot or warm box considerations. Minimizing core defects and improving reliability begins with tooling design. The filling and curing analysis can be done with trial and error, plain old experience, or with commercial simulation software. Success at launching new tooling usually requires a engineers will know where vents in advance. Just about every tool combination of these steps. are needed. Rules of thumb are will require some modifications and typically twice the vents in the only through patient trial and error cope than the drag in horizontally will the tooling engineer be able parted tooling scenarios. Never put to deliver consistent, high quality a vent directly below a blow tube. cores. Tool mounting and change out 3. CORE MACHINE AND should be considered up front, ANCILLARY SYSTEMS especially with a new machine or a retrofit. Any quick-change There are many core machine mounting features (automatic solutions to choose from; or manually interfaced) need development or prototype to be reliable, easily accessible, machines, semi-automatic, to and safe. Considerations for complete core machine cells using cleaning, tool loading, gassing and robotic handling systems. exhaust connection, picker fingers adjustments, and loose piece A first step to determine the connections are all important in the proper core machine solution is to design and planning. understand the size and complexity of the core. Larger cores can be Even the best designed tooling will need some periodic attention lightened with mandrels or loose during production. Intermediate piece. One-piece cores are most blowing off of the parting line, desirable, however multi-piece Tooling typically uses vents, which vent cleaning, or parting line spray cores may be required depending can be holes, screened, slotted, are important. With any new core on the core complexity. Each or other mesh-like materials that box, the core room operator must machine must be considered for allow the air to escape during remember that patience and blow. Although critical to both total cost of ownership, including perseverance pay off in the end. a thorough review of initial capital parts, filling is the first most Every core machine and tool has important requirement that must nuances that cannot be planned be established. Experienced tooling Continued on next page

4 5 time (blow, By using accurately recorded gas, exhaust, process data along with etc) should be current instrument and controls resisted. The best technology, the core room methodology is operators can deliver higher to change one quality cores with less likelihood of parameter at a defects. time. Document 5. CLEANLINESS AND OVERALL and record each MAINTENANCE setting until you have picked a The most often overlooked process consistent set of variable is ensuring cleanliness parameters for of the tool and the core machine good core production. before and during production. costs, productivity, labor rates, Cleaning the vents and parting materials, utilities, preventative Another way to help eliminate core lines, blowing off the cope or gas maintenance, and competency of defects between different core sealing areas is an important step in the core room operators. products (or SKU’s) and different process. Pattern spray applications When analyzing core machine core boxes is to utilize the core can also be critical, as foundries requirements, you must consider machine’s Programmable Logic have become accustomed to the entirety of the core production, Controllers (PLC’s) with recipe using compressed air blow-off the number of cores per tool (or functionality. This is a relatively to aid in this step. But with the core box), the number of cores per easy add-on feature for modern implementation of the “silica rule”, year, and operating hours. With core machines that use PLC and this may create added challenges this basic data in hand, an analysis Human Machine Interface (HMI) to to any core room operation. of production times and potential control the operation of the core improvements can be made that machine. Since many foundries will help to identify the correct size rely on older relay-based core (blow capacity and box size) to machines, this can be a costly add- meet the foundry’s needs for today on. and the future. Using recipe functions is a great alternative to operator set- 4. RECORD KEEPING up and adjustments. The HMI What’s critical and often forgotten, and PLC can control the core is careful recordkeeping of the machine automatically without the sand, resin and machinery settings operator having to effect manual when a quality core is produced. adjustments. Once this matrix is The long list of variables that complete and proven operational, go into making a quality core is the core machine operator only amazingly complex, and easily has to enter the SKU information forgotten. Ensure the attention to into the HMI and the machine record keeping is as detailed as the will take over from there. A more attention to all other processes. advanced step can use RFID chips Keeping track of the system mounted on the tooling with a parameters is an excellent practice machine mounted reader, then that should begin with the first the recipe adjustments are made trials of any core box. The tendency automatically; without chance for to change several inputs at one operator error.

6 DEFECT PREVENTION

Modern core machines are routinely supplied with a full enclosure, fast acting containment windows, and automatic high- pressure tool cleaning functionality. The automatic tool cleaning function adds an additional level of safety by keeping the operator away from the automatic movements of the core machine. A properly ventilated enclosure will help improve the core room environmental conditions by minimizing catalyst (amine, methyl formate, SO2, and CO2). It is equally important to conduct and may be a key contributor to understanding new core machine routine cleaning of the core improved core quality. and its supporting systems can machine itself. The sand magazine, help deliver consistent core quality. inlet hoppers, slide gates or SUMMARY Making good quality cores is a butterfly valves should be cleaned Eliminating bad cores from combination of many factors. at the end of each shift. Blow and the casting defect scenario is Simple changes can dramatically exhaust screens will require some not difficult. It does take close improve the foundry’s profitability, preventative maintenance to keep monitoring and requires a well employee safety, and workplace them in good operating order. Seals thought out and thorough action environment. on the tables, gas plates and blow plan that includes checklists plate sealing surfaces should be for recordkeeping for each job. Contact: routinely inspected and replaced. Initiating simple process changes, JERRY SENK Even the machines alignment of maintenance procedures, and [email protected] pins, bushings or other locating features needs routine inspection and adjustment. Excess sand build-up around the moving parts of the core machine will cause process and operational errors that can affect the quality of core, and lead to premature wear of guide rods, rollers and bushings. Some core processes may even require frequent cleaning throughout each shift, such as loose piece slides. In these cases, it’s helpful to record the number of cycles between cleaning and create some process steps that consider what cleaning steps may be required. This data can be made part of any receipt function as a process step requiring cleaning

6 7 Equipment Manufacturers International, Inc. Foundry Equipment...By Design

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THE USE OF PRE-CAST MONOFORM LINERS (DROP IN LINERS) IN LADLES Clarifying and achieving your ladle's working capacity needs is critical to the process. Back then ladles designed in-line with the standards were expected to have a firebrick lining of, say, STEVEN HARKER 1-1/2” (38mm) thick. However, Technical Director with a castable refractory lining it ACETARC ENGINEERING CO. Ltd was more likely to be 3” (75mm) thick for the same capacity ladle. ARTICLE TAKEAWAYS: Consequently, the working capacity • Clear communications between the foundry, the refractory supplier and the of the ladles was reduced. ladle manufacturer will lead to best results This made it more important to • Just because it was done like that in the past, doesn’t mean it still has to be clarify all specifications at the ladle done that way design stage, including internal shell • Secondary benefits can be an important consideration during the total dimensions, recommended lining working life of a ladle allowance and the working capacity of the molten metal for a given freeboard. Just asking, for example, In the 80's Acetarc casting and bottom pour ladles were a 2 t capacity lip-pour ladle was made to comply with British standards. These standards no longer adequate. The British standards are still used as a base were last revised in 1960, so if you wanted a treatment guide, but current ladle designs ladle, of any type, motor drive, or anything specific to suit have moved past these standards your own particular requirements, you were pretty much in to reflect both current foundry the hands of the ladle manufacturer. The situation is more working practices and advances in so today with the standard being left far behind in practical refractory technology. terms, but at least I hope that I can claim that our design Today, the way we see it, if a decisions are backed up by both decades of experience foundry wants to adjust anything and feedback from foundries. to suit their specific requirements then they can, as long as it is safe Back then when it came to standard However, there was a period to do so. It’s a system that has lip-pour or bottom pouring ladles, in the mid 1980’s when this worked well and today, at the it was all laid out what the shell adherence to standards, that quotation stage, thanks to advances dimensions were for a given were increasingly less relevant, in CAD, the foundry is likely to get capacity, spout size, lining thickness led to situations when the client an accurate GA drawing with a and many other details. Ladle found the capacity of a new ladle shaded isometric view, rather than a manufacturers didn’t have to design was not what was expected. generic quotation drawing with the the ladles, they were, well, standard. Castable refractory concrete dimensions changed. Effectively a There was no customization, no linings were becoming popular picture and not just a 2-D drawing adaptation to the design to make and the then usual method of of the ladle. This makes it far easier it fit in better with your foundry's using firebrick linings was starting for everybody to visualize what they working practices. to be superseded. are getting.

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We know that most foundries, if Cast refractory concrete linings help the ladle be turned around given the choice, want something initially did not always perform quickly when it comes to replacing designed for their specific as well as expected, especially the lining. Correct pre-heating requirements. The one size fits all regarding the life of the lining is important to minimize casting philosophy doesn’t work in most and maintenance required. As defects and to maximize the life cases. Working practices shouldn’t many foundries at that time still of the refractory, but so is ladle have to adapt to suit the equipment, used cupola melting, a common design. when the equipment can be made method of preheating the ladle One of the drawbacks of the to suit the working practices. was by filling it with the first tap castable refractory is that it from the cupola, letting it sit for There have never been any can require a lot of effort to be 10 minutes and then pig out the hard guidelines for the castable removed when it comes to the metal. Leaving aside the poor refractory thickness, but a good rule end of its working life. Detachable efficiency of such a practice, of thumb is 10% of the top diameter. base sections and loose bottom Firebricks could cope with that For example, if the ladle top plates on ladles greatly help, but it sort of thermal shock treatment diameter is Ø30” (Ø762mm) then can take up to 24 hours or longer but castable refractories, for the castable lining thickness should to remove and replace the lining. several reasons, could not. be 3” (76mm). With very large or Often with the use of mechanical Clearly these new types of linings small ladles there is some flexibility. “peckers” that can damage the needed their own techniques The castable lining really needs ladle shell. Then the new lining when it comes to using and to be at least 2” (50mm) thick for has to be correctly dried which maintaining them. installation and integrity purposes. can take a further 24-48 hours Likewise, at the opposite end, if What we quickly learned was that before the ladle can be put onto the lining is up to, say, 8” thick, it was important to pay much pre-heat prior to going back into increasing it to 10” just to adhere to more attention to how the ladle operation. This assumes that all the the 10% guideline is not necessary design can be made to work with work is done at the foundry. If you unless there is a reason for doing so. the refractory lining, especially to incorporate details that can Continued on next page

10 11 send the ladle away to a specialist blows on the base of the ladle are of changes to make it easier to use company to have this done, then usually enough to have the pot and with the monoform liner. you can be adding days or even the powder drop out, with the pot For the new EJ Elmira facility, we weeks to the ladle turnaround time. in one piece. The ladle can then worked closely with EJ to design be cleaned out and relined with Therefore, one of the refractory the ladles to match their very a new pot in a matter of hours. developments that is most specific requirements and the ladles This process is far more efficient interesting is the pre-cast liner, were effectively designed around and reduces replacement time to also known as drop-in liner or the monoform liner that they 4-8 hours depending on the ladle monoform pot, for iron and steel intended to use. The experience size and type. Compared to 24-36 ladles. that EJ Ardmore had gained with hours if completed in house, or 2-3 the use of the pre-cast liners, clearly Several refractory companies have weeks if the ladle was previously made them the choice for their new developed and are expanding this shipped out to a specialist facility. The EJ Elmira ladle shape concept. As a ladle manufacturer, refractory company. This quick was complex, with two extended we have to be aware of these turnaround of ladles can greatly spouts and the use of a pre-cast advances and see if the ladle assist a foundry’s production by monoform liner, greatly simplified designs need to adapt. removing a potential bottleneck the lining of the ladles. The process is similar in principle if they have a limited number of I’d like to leave the last word to to the Foseco insural liners, but is ladles available. Brian Gorton of Weir Minerals. When for use with molten iron and steel. Use of the monoform pots can also asked about the advantages of reduce the risk of white vibration Typically, a base of lining powder the drop-in liners, he provided this finger for the operative who has to is placed in the ladle and then the feedback: monoform pot is placed into the wreck out the old lining. A few taps • Less impact work on the ladle shell and centrally positioned. to the base of the ladle is far better operator - removal of exposure The space between the pot and than several hours with a jack to vibration from lining cleaning the ladle shell is back-filled with hammer or pneumatic chisel. and knock out (HAVs). lining powder, which is vibrated From the ladle design point of down to compact it. This lining view, the use of the pre-cast pots • Safer working environment- powder acts as a safety lining and presents a number of possibilities. Reduced exposure to dust, noise also often allows the use of ladles It is easier to adapt the ladle shell and working in confined that are not specifically designed to suit an available pot size. And, spaces. for the monoform pot to be used. when it comes to treatment ladles, • Improved control of ladle lining teapot spouts, or odd shaped The top of the ladle is capped and maintenance costs. off with a refractory layer to seal ladles, using a pre-cast liner can • Increased availability of ladles for it and stop the powder from greatly simplify matters. Both when production planning. falling out when the ladle is tilted. it comes to fabricating the ladle Typically the ladle will have either a and when installing/replacing the • Production is no longer affected detachable steel flat ring or plates lining. by a lack of ladles available. to hold the pot in place when the FOR EXAMPLE: • No damage to ladle shell after ladle is rotated. We’ve been supplying teapot spout being knocked out by a It is better to design the ladle treatment ladles to EJ since 2003. mechanical method. from the outset to be used with a Initially these ladles were supplied • No repair costs. monoform pot, but you don’t have with a multi-piece lining former to always get a new ladle if you are and the lining of these ladles was • No need to strip casting thinking of using them. a major undertaking. We were mechanisms off and replace them once the ladle is returned. This monoform pot should last as made aware around 2013-14 that long as a castable refractory (it’s EJ had adapted these ladles for • Quick turn around on knockouts basically the same material). use with a monoform pot liner. and relines. We supplied an additional teapot To replace, it is a simple case of spout treatment ladle to EJ in 2016 Contact: removing the ring or plates and and this incorporated a number STEVEN HARKER then inverting the ladle. A few [email protected]

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GRAIN REFINEMENT AND THERMAL ANALYSIS OF LIQUID ALUMINUM; DON’T HURT YOUR MELT! a dirty furnace, turbulent transfer, air aspiration from the pouring basin of the mold and a bad gating SOLUTIONS design. Each day the environment FONDERIE in the foundry can change, affecting the process parameters like the mold thermography, pickup of FRANÇOIS AUDET moisture by the melt, reoxydation SOLUTIONS FONDERIE and the fading of properties like the grain refinement or nucleation ARTICLE TAKEAWAYS: potential. Why do you need to • Grain refining/cleaning flux additions to liquid aluminum prevent degas more today than yesterday? casting defects Let’s record the process data to • Grain refiner additions without measuring the melt properties is understand and discuss as a team. counter-productive What’s happening on the shop floor • Thermal analysis measures the solidification properties of your today that is causing more scrap liquid aluminum than 6 months ago? With data, we’ll have the first step accomplished to • You might not need to add grain refiner at all - let’s use data-driven decisions! prevent defects scientifically and win higher value jobs. MEASURE YOUR MELT by your spectrometer might not PROPERTIES: be active in the form you need it THERMAL ANALYSIS OF Variations of your melt properties to be to perform effective grain ALUMINUM-SILICON ALLOYS: need to be minimized and measured refining; thermal analysis will let All thermal analysis systems are not from shift to shift if you want to you know about that. The goal the same. Make sure to ask how the grow your business into higher value is to always start with the same solidification events are calculated casting jobs or just decrease your quality melt. during your demonstration of a cost of operation. After that, we know our efforts thermal analysis system to confirm The Reduced Pressure Test (RPT) for melt properties control are Continued on next page density gives a melt quality index: often wasted around the world by a mixed value of the hydrogen and oxide content of your melt that contribute to porosity formation. The spectrometer tells you the chemical presence % of a given element in the liquid alloy. A thermal analysis system measures the solidification properties of the shop- floor alloy within 8 minutes; is what your casting simulation software uses? Are the chemical elements measured by the spectrometer available to participate in the solidification events as measured A liquid aluminum sample being taken for thermal analysis of its so- by the thermal analysis system? For Figure 1. lidification properties with the SF system. The thermocouple is surrounded by example, the titanium % value given liquid metal.

13 its repeatability, for instance. Figure 1 shows a liquid aluminum 356 sample being taken for thermal analysis. Among the different solidification characteristics, we look at the liquidus, the mushy zone, the critical fraction solid, the eutectic, the late phases (MgSi, MgCuAl), the solidus and many more based on applications requirement. During the Figure 2. The furnace operator interface of a user-friendly thermal analysis sys- solidification, each event releases tem for grain refinement and modification level evaluation in aluminium A356. or absorbs energy. Your thermal The other melt properties are recorded and used to close the loop with the analysis system should measure casting simulation software. the relative energy of each event by integrating the cooling curve. This method gives better accuracy and repeatability than comparing metallography like the Barker procedure was to add between 0.1 curves or only using temperature method follows. Still, your thermal to 0.5% of grain refiner to the melt. points, but requires a new analysis system should be able Finally, we could add only 0.05% generation system. to provide you with an answer and the fading effect occurred 3 as accurate to run your foundry to 4 hours later, for that particular For example, a lack of nuclei in the operations within 8 minutes. casting job and foundry equipment melt strongly affects the energy and environment on that shift, it CASE STUDY - necessary to start the solidification. was enough to have optimal quality REAL COST SAVINGS: As a consequence, we’re seeing a versus cost of operation. Trust recalescence on the liquidus. The The furnace operator doesn’t need your data! The liquid aluminum addition of grain refiner increases to understand the cooling curve properties will change from day the nucleation potential of the of the thermal analysis sample. to day and often from batch to melt, which eases the start of He only needs the solidification batch. Let’s measure how the solidification. However, how do you property data of the last melt solidification events are affected know when and how much grain sample to take action. Like he often during the casting process in order refiner you should add to the melt? needs the RPT density value in to make a justified action per Is it good or bad for the castings order to confirm his melt has the casting job requirement. Then we’ll you make and the raw material you target cleanliness. (Figure 2) have a good, stable melt to cast use to melt? What’s the efficiency Now the operator or flux injector more and more difficult castings. of your melt treatment and the We will better understand how to fading of their effect over time? machine knows when any grain refining/cleaning flux should be prevent defects. For example, what Does your operator understand is the fault of an off-target melt why he’s doing it? added, if any, and how much of it in case the melt would need some. quality or the fault of a bad gating The industry recognizes several The quality manager will make sure design? Indeed, the party is just solidification events for which to extract the cooling curve and getting started; don’t hurt the melt thermal analysis is great and faster the critical fraction properties that between the furnace and the last to measure, like grain refinement lead to sound castings and export point to solidify in the casting. and eutectic modification level in the data for the mold filling and aluminum 356. In 2020, advanced solidification simulations. Now the thermal systems allow you to loop between the simulated alloy measure solidification events easily properties used by your software in a repeatable and accurate way and the shop-floor data of the by the shop-floor operator, right alloy is more accurate; let’s avoid next to the furnace; no need for garbage in and garbage out. Contact: the lab technician. Of course, For many years, a foundry FRANÇOIS AUDET we’ll measure grain size using [email protected]

14 DEFECT MELT ANALYZERPREVENTION hermal analysis system designed for accuracy repeatability and ease of use.

• Measure your melt properties • Treat the melt based on data • Record the data for diagnostic • Produce consistent casting

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14 DEFECT PREVENTION IN MOLTEN METAL PROCESSING issue as part of our filtered launder transfer system so that these contaminants are filtered out of the process, effectively eliminating the root cause early in the process. By filtering the metal using ceramic foam filters that can be selected JEFF KELLER based on the specifics of the alloy CEO and the potential contaminants, we MOLTEN METAL EQUIPMENT INNOVATIONS can be sure that we are sending clean metal downstream to the ARTICLE TAKEAWAYS: casting machine. • Defect prevention is a multilevel proposition, start at the beginning LOOK AT EACH STEP • Introduce quality improvements at the optimal point in the process It is always tempting to skip ahead • Defect-free outcomes require a system approach in life, and in the world of molten metals, this is always a mistake. Following along with the process The old adage that metal casting is a blend of art and from our example above, it would science certainly rings true. At virtually every stage of the be easy to think that we’ve solved process there are opportunities to create what will ultimately our problem and can now skip become a defect in the part you are making. down to the end of the process. While it may be that we have In many cases, the defect may have START AT THE BEGINNING indeed solved the problem, it is more likely there are other process been created much earlier in the Ultimately, we will see the defect steps that will impact the metal process than where it ultimately in the final product. We will be in a way that can reintroduce a manifests itself, which is a recipe for out of spec with a material or defect. A good example of this spending extra money on what is dimension or have porosity that might be how the metal gets already a bad part. If it were simple provides a leak path or leads to transferred downstream to avoid doing this, we’d all be structural concerns. The key to to the next doing it, and no one would generate effective elimination of the defect any scrap and all of us would have is to determine at what point is it extra cash coming out of our ears. occurring and why. For that reason, So, like most things it is a question we have to start at the beginning of focusing on the right elements of the process in order to eliminate of the process so that we can root causes and avoid the eliminate defects when and where potential for compounding effects they are most likely to occur and downstream. An example of this then maintain the process across would be an alloy that includes time and production runs. By way of contaminants that are getting lessons learned having worked on through to the final stages of the this for many years, here are some process. If you are only focused concepts and examples that I hope on the end of the process, you can be of value and applied more can waste lots of time and money broadly to situations specific to trying to fix the problem when your operations. the root cause is far upstream. MMEI Filtered Launder Transfer We have been able to address this System with Rotary Degasser

16 DEFECT PREVENTION

points in the process. It has been cause of defects by minimizing our experience that if we do not the time during which the metal do all we can to eliminate the can be exposed to new sources of exposure of the metal to the air, hydrogen or other non-desirable or to introduce turbulence in the gasses that can lead to porosity process, we will once again increase defects. the likelihood of defects that won’t LOOK AT THE WHOLE SYSTEM be discovered until later on in the process. By using a launder transfer Similar to our earlier discussion pump that allows the metal to be as to why it’s vital to start at the transferred in a sub-surface manner beginning, if follows that we have we can control this aspect of the to take the whole system into process and avoid the likelihood consideration. In many foundry environments, we have to work of oxidation, which will create new MMEI Filtered Launder Transfer System with what we already have from quality issues for us downstream with Rotary Degasser: Cutaway view not to mention metal loss that will a space and layout perspective. The reality is that there are be very costly. Combining a filter quiescently over the launder. The always competing objectives, with the launder transfer pump interrelationship between these and so at times we are forced to and then a well-designed launder various factors we need to consider compromise. If capital was never that virtually eliminates oxidation, to make the process defect free an issue, we could just replace any we can see how each step of the keeps all of us on our toes and of the system elements we don’t process becomes equally important highlights other basic elements of like and upgrade or start over. In in the goal of delivering clean good process like communication, most cases we don’t have this metal to the mold and avoiding timely feedback and effective luxury and so we need to identify compounding problems given the measurement tools. multilevel processes common to all the parts of the system that are of our operations. fixed in place and determine how SUMMARY to overcome issues they may While our example focuses on a WHY SEQUENCE IS IMPORTANT present. This is where experience process with which I am familiar, the really pays off, as over time we In our operations there are decisions concepts can be applied broadly tend to see similar systems and as to how to sequence steps within our industry. Any time we can more effectively identify and where to introduce quality are adding value to a process or potential areas of defect creation impacting processes. Where to filter, part that already has a defect, we and work to eliminate them. In where to degas and when and if are compounding a bad situation the case of our filtered launder to apply additives are all questions and will see scrap increase and cash transfer system, one of the key that need to be addressed in flow decrease. It is vital to look at impacts will be elevations and relation to the potential for certain the entire process prior to drilling how high we will need to raise types of defects. Sticking with our into the necessary level of technical the metal level to accomplish example of using a filtered launder detail required to prevent complex the transfer in the manner that transfer pump to transfer metal defects. In the case of molten will result in the greatest overall either to a holding furnace, crucible metal and the casting process the benefit to the process and the or more directly to the point of variables can be nearly limitless, financial results. While we have casting, the sequence of where we emphasizing the need for a robust come a long way in this area, introduce quality-focused activities process that builds on previous there are still some limitations, is key. A good example would be an experience. Companies committed to and so understanding this early in-line process where as part of the continuous improvement with good on is a big advantage. The overall transfer process we can introduce documentation processes will get amount of metal flow will also a degassing process so that we can to root cause, see defect rates and be an important consideration at eliminate unwanted trapped gasses scrap decrease and thrive as they this point in the process. Ideally that can be a source of porosity build forward. as the last process step prior to we want to maximize the flow the metal being delivered to the while preserving the benefits Contact: casting machine. This allows us of the filtered metal that flows JEFF KELLER to eliminate yet another potential [email protected]

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20 DEFECT PREVENTION

PRODUCT SOLUTION 1. Resizing the 6 main fibreboard BACKGROUND feeders with isotherm feeders saved 300kgs/ feeder = 1800kgs. Isotherm tile feeder linings: Isotherm is a lightweight ceramic 2. This also resulted in much bonded insulation material which cleaner feeder necks avoiding has no binder and is fired at 1350 flame deflection and cutting °C. This means there is no gas damage. produced during casting and 3. Removal of the inside wall allows them to be placed very padding = 1700 kgs. This was close or even on the casting done by placing ingates in surface without causing any the bottom of the casting and defects or sand burn on. They creating two small isotherm also have a Modulus Extension feeders at the ingates, which Factor of 1.52 compared to the avoids both shrinkages due typical 1.2 MEF performance of to ingating and erosion/burn fibre board on large feeders. This on in this area. The weight of means that isotherm feeders are these feeders was absorbed typically 45% smaller than the by simplification of the gating equivalent fibreboard feeder. system. NEW CASTING METHOD 4. In order to remove the padding it necessitated a line of Through the use of our software, chills along the inner wall to meet discussion and calculation, we the integrity standard required. were able to reduce the cast However, this also avoided any weight to approximately 28.5 tons, risk of machining into the centre by making the following changes. line area and the associated defects, while reducing machining time by approximately 3 hours.

Continued on next page

20 21 CONCLUSION From the foundry’s perspective, the cast weight reduction achieved by the project made it possible for the foundry to use just one ladle and one furnace, which in turn not only solved the handling and pouring problems, but also resulted in a big energy and metal saving. When this is combined with the benefits of reduced machining and the ability Contact: to cut feeders very close to the flange, reducing arc air and grinding USA results in significant time reductions in the finishing process. ROB STEELE Foundry Advanced Clay From our perspective, the new method and gating changes not only Technologies (F.A.C.T.) met the customers requirements, but clearly demonstrated the benefits [email protected] of reducing pouring time -20% super heat temperature -15 °C and JOE HOWDEN ingate velocity by 25%. The proof of the technical benefits can be seen Eildon Refractories Ltd. clearly in the as-cast surface of the casting. [email protected]

22 DEFECT PREVENTION DEFECT PREVENTION WITH A WORLD CLASS MELT SHOP furnaces are properly cleaned, cleaned on time and skimmed, is far more cost effective than the dollars that are thrown out the door because of high scrap rates and major furnace repairs almost quarterly or on some RICHIE HUMPHREY occasions, monthly. I see this time National Sales Manager and again in my travels. THE SCHAEFER GROUP, INC. Here are a few processes you should ARTICLE TAKEAWAYS: be following to make a “World Class • Regular maintenance and documentation of your furnaces is key. Melt Shop." How does your facility compare? • Filter your metal either with a box filter or an inline filter to reduce inclusions • Filtration has many benefits and should be the first thing you look at to correct 1. How often do you flux and clean inclusions and some hydrogen issues. your melt furnaces? I cleaned mine every 12 hours. 2. How often do you flux and clean One of the best ways to optimize defect prevention is to your dip wells/holders? I cleaned offer your casting process world-class melt quality. So many mine every 12 hours. companies have lost focus on what is the most important 3. How often do you skim your element in the casting process, the quality of melt they have in dipwell/at the casting machine? I the dip well. skimmed mine once per hour. 4. How often do you check the with bad/dirty metal. I go into foundries all over the temperature in your dipwells with a country and see that so many have So many foundries today have handheld “Certified Calibrated Unit” forgotten how important taking care maintenance responsible for the to confirm your thermocouple in of the furnaces, fluxing/cleaning furnaces and they only show up your dipwell is reading correctly? I the melt and keeping the furnaces when there is a problem. Foundries checked 3 times in a 12-hour shift. sealed are to make a defect-free don’t regularly check and follow- 5. How often do you check the part. up to understand if procedures temperature in your melt furnace are being followed. I came from a A world-class melt operation has a with the same hand held unit? I foundry that put the furnaces first very low scrap rate at the casting checked 3 times per shift. process because of melt quality and and that was easily recognized in reducing oxides due to the care they the very low scrap rate at the die 6. If you have a manager of the take in cleaning the melt/holding casting process. All this effort put melting operation, how often do they, furnaces. This is the source or “Head into the foundation of the process as manager, go out and take a look of the Stream” where everything was greatly seen in the bottom line at all the furnaces, open the door, else down-stream is a direct result every year when we sat down to look inside to see if they have been of what comes out of the “Head of crunch numbers. cleaned? I looked at least once per day. the Stream." As I have said so many The investment in additional times, it’s hard to make a good part employees that will ensure the Continued on next page

22 23 Exhibit A: 4-Month-Old Lining Stated: Exhibit B: Furnace Lining 3 Years Old Exhibit C: New Furnace Lining They Cleaned It Every Day. Cleaned Properly

I posted a sheet at the charge but to us it was normal to look at the die cast machine slams shut. door of the furnace and when the numbers like that monthly/yearly. However, if you have inclusions in operator cleaned it each shift, they your metal you may trap hydrogen With all this being said, aluminum noted the time and signed that it in a particular area of the part and foundries should rethink the had been cleaned. Since I looked that is your porosity issue, not the direction they are heading (what at them daily, I knew by looking at hydrogen. is not working) and bring back the the time it was last cleaned what melt furnace tenders and melt shop In some rare cases where you are the furnace should look like when I managers. in a very high, humid area, then you inspected. What I observed needed could end up with a large amount to match the timeline of when it of hydrogen in the metal that was last cleaned, or I would hold the Additional Ways of filtration may not take care of. If you person accountable and resolve that Preventing Defects and are casting above 1300 degrees F. before the furnace could get out of (which as a die caster you should hand. Following these procedures Providing “World Class never do) you can be absorbing religiously lead to no major furnace Metal” is Filtering Your more hydrogen into the metal. If, repair issues. Metal. as a foundry, you are above 1400 Here are three examples of degrees F, then you are acting like a WHY SHOULD I FILTER MY everything I have been discussing. wick and really pulling the hydrogen ALUMINUM? Exhibit A: The manager took what into the metal. he was being told by his team as Whether you are a die caster, There are several other reasons accurate. I called the manager and permanent mold or sand foundry hydrogen and inclusions can be he walked up to the furnace and the question is always going to finding their way into your castings. opened the door; what he saw made come up… Should I filter the metal, If you tap metal into a transfer ladle, him speechless. This is why a “World degas or both? So let's put this to then pour it into a holding furnace, Class Melt Shop” has a manager that bed right now. If you are a foundry and then ladle it into the shot hole, checks the furnace daily to confirm and are trying to obtain a specific you have just committed three that processes are being followed. gravity of, lets say, 2.62, chances are very turbulent acts with the molten In Exhibit B and C, you can see the you are going to degas to get you aluminum. These molten metal effects of proper maintenance after there (depending upon the alloy). pours will pick up more inclusions, 3 years as compared to new. If your customer's specifications and trap more air and hydrogen in demand it, then you had better You are probably saying there is the aluminum. This might cause you degas. no way we can do this, and this to have to degas and filter. I have is crazy to work this hard on the If your machining end is seen companies actually raise the metal and furnaces. Well... we did experiencing hard spots then you temperature of the metal to get it where I came from and 30 years need to filter. If your cut castings are better fluidity into the die on hard to later, we were still pressed hard to showing signs of porosity you may cast parts. If they just tried filtration make sure this was done every shift. not have to degas. Let me explain. first, they may not have had to raise Why you say? The proof is in the If your dies are vented correctly the temperature as much, or at all. bottom line. Every year we had very then well dispersed hydrogen will low, unrealistic scrap rates to most, go out the vents in the die when

24 DEFECT PREVENTION

We feel everyone should filter their metal either with a box filter Figure( 1) or an in-line filter Figure( 2). With the possible exception of electric melter (and even those if your are returning scrap metal into them or making aircraft quality parts), every furnace made to melt aluminum will produce some inclusions. Furnaces that have flames touching the bath or solids on a hearth will absorb more hydrogen and products of combustion than those furnaces where the flame never touches the bath of aluminum or the scrap, ingots or sows. Filtration has the following benefits: 1. Filtration increases fluidity, possibly allowing you to reduce your casting temperature, which is better for molds and dies. 2. Helps reduce hydrogen trapped by inclusions. 3. It will reduce hard spot 90% of your inclusions 25 microns or greater and the more clogged the filter becomes the more finite the filtration. Figure 1: Grit box filter for a dip well 4. If you design the filter into the furnace from the start it can be put in to make it easy to change. 5. Filters are good for 1-1.5 million pounds before they clog, depending upon how dirty the metal is coming into them. 6. Inexpensive way of reducing scrap! Filtration should be one of the first things you look at to correct inclusions and some hydrogen issues. I can think of no better way to prevent defects than to supply your casting process with the most pristine/cleanest metal to run parts in their process.

Figure 2: In-line 8 grit filter for a machine side melter or launder system

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51 PREDICTING AND ELIMINATING DEFECTS IN INVESTMENT CASTINGS USING COMPUTER SIMULATION All that is required for the initial simulation is a casting model, normally provided by the customer in the STL file format, and basic process details such as casting alloy, shell material/ thickness, pouring temperature and shell pre-heat temperature. Our DAVID C. SCHMIDT example of a commercial part is an Vice President impeller casting. Unrigged simulation FINITE SOLUTIONS, INC. results are shown in Figure 1. ARTICLE TAKEAWAYS: Once the unrigged simulation is • Computer simulations make good rigging design fast, thorough and highly accurate complete, solidification data is converted to thermal modulus • Learn about the 5 steps in the design process information, and feeding zones are determined. In this case, two zones are predicted; one on the top and INTRODUCTION one on the bottom of the casting. By plotting the higher modulus Computer simulation makes it possible to synthesize elements areas, we can find the preferred gate of good rigging design into a general method that is fast, attachment points. The feeding zones thorough and highly accurate. And, because of the automation and last points to freeze on each zone involved, this tool allows new foundry engineers to effectively are shown in Figures 2 and 3. design casting process methods.

Figure 1: STL model of an impeller The design process consists of these steps: casting. ‘Naked’ simulation results, • Simulation of the ‘Naked’ Casting without filling. • Gate Sizing and Feeding Design • Rigging Geometry Creation • Verification via CFD/Solidification Simulation

‘NAKED’ SIMULATION The first step in the rigging process is to run a simulation of the part ‘naked’; without any rigging system. Simulation shows the effects of part geometry on the overall solidification. Filling analysis is typically not done, providing extremely rapid results, and can point out preferred gate locations which promote directional solidification.

28 DEFECT PREVENTION

Last point to freeze on the zone

Figure 2: Feeding Zone #1

Last point to freeze on the zone

Figure 3: Feeding Zone #2

GATE AND FEEDER BAR DESIGN is done in the Riser Design Wizard, which was originally developed to calculate cylindrical risers for the sand- Gate and Feeder Bar sizes for each feeding zone are casting process. However, it provides good information calculated using the thermal modulus. This takes into for investment castings, too. An example of the wizard account not only casting alloy and shell material, but screen is shown in Figure 5. also the solidification dynamics of the specific situation, including the use of insulating materials such as Kaowool or Fiberfrax wrapping. Guidelines for gate and feeder bar sizing are given in Figure 4. Once we know the maximum modulus in the feeding zone, we can calculate the appropriate size for a tapered gate, as well as feeder bar dimensions that will adequately feed that part of the casting. This calculation

Figure 5: Modulus data is used to size both the tapered gate and the feeder bar. Figure 4: Gate and Feeder Bar Sizing Continued on next page

28 29 MODELING THE RIGGING SYSTEM Gate and feeder bar calculations take only a few minutes to perform. Rigging components can be created in CAD or in the simulation software itself. Items that will be used for more than one casting, such as a standard size of pouring cup, can be created in a component format, and re-used as needed, saving considerable time in the model creation phase. If a library of gating components is developed and used, the entire rigging design process, from loading the unrigged model to having a fully rigged geometry ready for verification simulation, can be as short as 30 minutes or so. Initial rigging design and Material Density plot, showing areas DESIGN VERIFICATION USING CFD AND Figure 6: of poor feeding. SOLIDIFICATION ANALYSIS With the rigging system in place, a full Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis is performed to predict and visualize mold filling. This also provides the most accurate temperature distribution in the casting and mold, which provides the best solidification analysis. In addition to temperature analysis, CFD can provide velocity information. It is important to keep metal stream velocities low during filling, to minimize chances for splashing and re-oxidation defects. Filling analysis is automatically followed up with solidification analysis, using a combined thermal and volumetric calculation. This technique not only predicts poor directional solidification but provides the most accurate analysis of macro- Figure 7: Improved feeding by inverting the casting, adding multiple shrinkage due to lack of volumetric feeding gates on the flange. from the rigging system. temperature gradients for directional solidification. The initial In many cases, the design portion of the design is shown in Figure 6. analysis can be done in an hour or less. Verification simulations, using full CFD Unfortunately, filling did not have the desired effect, and there analysis, can be done typically in about two were isolated areas in each vane. The foundry then flipped the hours to overnight, depending on computer casting over and provided multiple gates into the top flange. The processor speed and available memory, revised model and results are shown in Figure 7. casting complexity and materials cast. In This example shows clearly why it is important to verify the general, thinner walled castings require more rigging design with a full simulation, including fluid flow analysis. computation time, and materials with higher It is impossible for ‘rules of thumb’ to take into account all the thermal conductivities, such as aluminum and variables and dynamics of a process as complicated as the filling copper, will also take longer to simulate, all and solidification of castings. However, those rules can help us things being equal. get to a good rigging design much more quickly than by One of the things that feeding zone analysis simple trial and error. does NOT tell us is the effect of metal flow. In this example, the foundry decided to invert the casting and gate on the top of the solid boss, Contact: hoping that the filling process would create DAVID C. SCHMIDT [email protected]

30 DEFECT PREVENTION

5 KEYS TO REDUCING CASTING DEFECTS THROUGH REFRACTORY COATINGS 5 KEYS TO REDUCING CASTING DEFECTS THROUGH REFRACTORY COATINGS • Selection of Coating • Coating Preparation • Quality Control STANLEY FOREHAND • Proper Application Techniques Field Technical Service Manager • Proper Drying of Coating Deposit HA INTERNATIONAL ARTICLE TAKEAWAYS: • Refractory Coatings are one of the products utilized to produce quality castings • Controlled processes lead to better understanding of what is changing in foundries • Learn the 5 keys to reducing casting defects through refractory coating

Microscopic View of Applied Refractory In an industry that has been around for many centuries with a Coating wealth of knowledge and experience, we still today find ourselves KEY #1: SELECTION OF COATING when analyzing casting defects asking, “what changed?” This is Choose the right refractory blend for because we understand that our industry is process dependent your application. A refractory coating and controlling those processes is key to success. Refractory is a protective material, applied to coatings are one of the products that we utilize to produce quality a core or mold surface, to enhance castings. Although usage is small in comparison, these products the surface finish of the casting and are applied at the mold/metal interface which is critical when it reduce defects that occur at the sand-metal interface. They accomplish comes to defects. Crushes, inclusions, scabs, expansion, gas, metal this by filling voids, increasing the penetration, misruns and rough surface defects can all be affected refractoriness of the mold or core, by refractory coating practices. Therefore, how do we control this improving sand peel, and controlling aspect of our foundry operations? what is happening in the mold. The refractory component is the Typical Refractories Utilized workhorse of the coating. Coating suppliers utilize a wide range of refractories and can customize a coating to your foundries needs. Open conversation with Source: Foundry Management and Technology; October 21 Continued on next page

31 your supplier is key to getting the • Choose the proper blade and more automation and real time testing right coating for the job. proper rotation to move the coating that take out some of the operator around and across dip tanks. variation but the fundamental tests KEY #2: COATING PREPARATION are the same. You should incorporate We must understand a fundamental • Coating tank design is also at least 3 of the following into truth that a coating is only as good critical. Stainless steel construction, your control plan. Foundries are as the core or mold surface upon round or rounded corners, baffles, multivariable so our test methods which it is applied. The goal is still 2:1 to 3:1 tank to blade diameter, and have to be multivariable if we want to to get the right amount of properly mixer off set and placement are key. get a true picture of what is changing. prepared coating on the core or • Document the coating Checking multiple properties of the mold every time. Coatings contain preparation process. coating is key. multiple components and are slurries, not solutions. They typically are Whatever type of mixing and tank 1. Baume - Figure 1 shipped as a heavy slurry to avoid design your foundry has decided 2. Flow Cup - Figure 2 settling and shipping a large carrier on utilizing, make sure the coating 3. Brookfield Viscosity component. These factors make is well mixed before placing into 4. Density (weight per gallon) mixing until homogenized very service and then properly mixed 5. % Solids critical to the process. Suppliers while being used. This is a major 6. Wet or Dry Mil Deposit Thickness have formulized steps to help in this source of coating variation in the area, but the foundry must still do foundries of today. KEY #4: PROPER APPLICATION their part to insure a well-mixed, KEY #3: QUALITY CONTROL. Technique. Remember the goal is homogeneous product is being used Once the coating is mixed and to get the right amount of properly in production. diluted to the operating parameters, prepared coating on the core or mold every time. Whether you are dipping, • Utilize the right size mixer to get it must be controlled. There are spraying, brushing or flow coating, good mixing without shearing. several test methods available to the foundry and new technology it is important to minimize variation • Assure movement without dead is being developed around those in technique. Concentrate on several spots while avoiding air entrapment methods every day. We are seeing key parameters for each method. All or vortex. of the following process parameters

Figure 1: Baume Figure 2: Flow Cup Figure 3: Brookfield Viscosity

Figure 4: Density (weight per gallon) Figure 5: % Solids Figure 6: Wet Mil Thickness

32 DEFECT PREVENTION

can impact coating deposit, coating Two of the main issues associated in between the sand gains. Once penetration and the resultant barrier with brush application are inconsistent this is accomplished, the water or layer that is established at the mold coating thickness and brush marks. solvent carrier must be removed metal interface. Inconsistent coating thickness can from the process by some type result in potential metal penetration, of drying method. There are time, Key Application Process Parameters erosion, and gas temperature, and air movement defects. Brush marks components to this process and all can result in poor are equally important. Drying oven surface finish and temperatures must be controlled rough surfaces on the along with air flow through the casting. Using a good ovens. Dwell time in the ovens quality brush or swab adequate to remove all the water with proper viscosity is a must. Timing of light off is coating will fix these important when using alcohol issues. Also avoid coatings. Lighting off too early can re-brushing an area result in blistering and poor casting after the initial coat finish. Lighting off too late can has matted but not result in residual alcohol left in the When dipping cores, it is important completely dried. core/mold or too deep of coating to maintain a consistent drain cycle. penetration. Do not just assume that The final application dry is dry and how you get there is method is flow not important. Many foundries have incorporated coating. Just like in the previous robotic dipping into the process applications, coating consistency SUMMARY where the casting mix will allow it. and properties are important and will Refractory Coatings are one of the Operator training is critical where control how the coating flows over the products that we utilize to produce robotics are not possible. The core or mold surface. It is important quality castings. We do that by elimination of tear drops, runs and to create a smooth flow from the getting the right amount of properly drips, and heavy coating deposits will wand tip. Coat from top to bottom prepared coating on the core or reduce the resulting casting defects and move at such a pace to get a mold every time. Following these associated with these issues. Baume, good consistent deposit in one pass. 5 keys will help us accomplish that viscosity, and mixing controls are If you have to go back over missed task. essential. Prevention measure should areas the deposit across the face you also be in place to minimize sand are coating will not be consistent. • Selection of Coating contamination in the coating dip This can cause multiple casting • Coating Preparation tanks. This will result in sand inclusion issues at the mold metal interface: • Quality Control defects and rough surfaces on the penetration, surface finish, core set • Proper Application Techniques castings. issues, heat transfer and others. • Proper Drying of Coating Deposit The spray process presents different Sand contamination in catch basins Better controlled processes lead challenges. Properly adjusted is also an issue with this application to better understanding of what spray equipment will help control technique resulting in inclusion type is changing in our foundries. the deposit on the core or mold defects. Partnering with a quality coating surface. Most operators will adjust Many variables can affect the supplier with open communication the equipment to their touch but the application. Regardless of application about issues will also be beneficial. deposit must stay the same. Over type, best practice is to document This enables us to work together atomization of the coating, too low the standard process for coating to address issues with sound a pump pressure, and spray distance application. A standardized process judgement, factual data and proven can all have adverse effects on with ensure consistent performance of methods to correct the casting performance. In this application you your coating. defects as they arise - and they will! are relying on the gun pressure, gun KEY #5: PROPER DRYING OF Control your process – don’t let it distance and coating consistency COATING DEPOSIT control you. (Baume) to work the coating into the All coatings have a carrier component surface and form the desired barrier. Contact: that is designed to get the refractory Standardizing these factors is crucial STANLEY FOREHAND component onto the surface and to consistent casting results. [email protected]

33 THE RESULTS WE DELIVER

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800-457-5456 www.palmermfg.com STOP MAKING EXCUSES. PREVENTING GAS POROSITY IN YOUR CASTINGS IS SIMPLE! HYDROGEN IN THE MELT There is a continuous reaction between air and molten aluminum. The oxygen in the air reacts with the molten aluminum to form aluminum oxides which manifests as the surface BRAD HOHENSTEIN skin on the melt. This surface skin or President - Porosity Solutions oxide layer is also called dross and Course Instructor - The Foundry Way typically skimmed from the surface Learning Center prior to pouring. The hydrogen in the air reacts with the molten aluminum ARTICLE TAKEAWAYS: to separate from the oxygen and • Eliminate gas porosity with sound degassing techniques become dispersed throughout the • Use RPT testing to develop and control the degassing process melt. Key points to understand concerning the reaction between • Avoid the common degassing mistakes molten aluminum and air are: • For all practical purposes, it is t is frustrating to see so many aluminum foundries struggle impossible to stop the oxygen and I hydrogen from combining with the with hydrogen (gas) porosity in their castings, when it is one of molten aluminum. Whenever molten the easiest defect to prevent. aluminum contacts air, there will be oxides and hydrogen in the melt. Elimination of hydrogen porosity in aluminum castings is simple. All it takes is proper foundry degassing techniques and proper implementation of • Higher humidity results in degassing controls. Unfortunately, many foundry floor personnel lack the higher concentrations of hydrogen basic understanding of hydrogen porosity and the process controls required throughout the melt. This means that to prevent it. The goal of this article is to impart this knowledge in a simple, effective degassing may take longer down-to-earth manner which can be used to develop a foundry degassing on high humidity days as there is procedure for eliminating gas porosity as a casting defect in your foundry. more hydrogen to remove from the molten aluminum. • The hotter the molten aluminum, the faster hydrogen is absorbed into the melt. For 300 series alloys such as 356, it is best, if possible, to melt and pour at temperatures under 1400° F (760° C) as the solubility of hydrogen in the molten aluminum increases exponentially above 1400 degrees. The effect of a high melt temperature could be that a degassing time which is normally 15 minutes at 1350° F could become 45 minutes at 1450° F.

36 DEFECT PREVENTION

DEGASSING MEDIA – DEGASSING EQUIPMENT ARGON VS NITROGEN LANCE VS RID The two most common inert gasses The key to effective degassing is used for degassing molten aluminum creating an extremely fine bubble are nitrogen and argon. Other gasses distribution with your degassing used in the past, such as chlorine tool. Distributing small inert bubbles and Sulfur Hexafluoride (SF6), throughout the melt are much more while effective, have been limited or effective at carrying hydrogen to banned from use do to greenhouse the surface than large bubbles gas effects and safety issues. That confined to one area of the crucible. stated, there are foundries that The entire reason for using a Rotary use both chlorine and SF6 when Inert Degasser (RID) is to chop up combined in low concentrations with the inert gas bubbles and distribute either nitrogen or argon. Before using them across the melt. When this is The photo above shows an argon such a mixture, it is advised to consult understood, it becomes clear that lance in a small crucible with with experts and local regulatory using a RID is more effective than hydrogen flames burning at the officials. In this article, we will discuss using a lance. However, there are surface. To effectively degas this only the degassing properties of pure many cases in which a RID cannot be crucible, the foundry had to move nitrogen and pure argon. used. For example, a small crucible the lance several times during the in which a RID won’t fit or a furnace Both nitrogen and argon can be 20-minute degas session. with restricted overhead access which effectively used for degassing. They restricts RID access. No need to The photo below displays a drawing work by being dispersed into the melt panic. A lance can get the job done. It of a Palmer Manufacturing RID unit in using either a refractory based lance will take longer than with a RID and, a crucible. Note the effective bubble or rotary inert degasser (RID). Once if used on a larger crucible (500 lbs distribution throughout the melt. the argon or nitrogen gas is bubbled or more), it may need to be moved a into the melt, the gas attaches to the RPT ANALYSIS OF THE MELT couple of times during the degassing hydrogen in the melt and carries it process. If a lance must be used, Knowing the relative hydrogen levels to the surface where it is burned off. try to select a lance with a diffuser in your melt is essential to both If the degassing process is effective, head rather than just a straight you can literally see flames at the Continued on next page opening. The diffuser head dispenses surface of the melt. the inert gas through The key advantage of degassing with several small openings nitrogen is the raw material cost. creating smaller However, nitrogen is less effective bubbles and greater than argon for removing hydrogen inert gas coverage in from the melt. Both will do the the melt. Some lance job, but given the same degassing manufacturers use a equipment, the degassing time straight tube made required with argon will be less than of graphite or when using nitrogen. To determine refractory whether to use argon or nitrogen, material. The the foundry should perform a cost tube is then evaluation comparing material cost, plugged on the degassing time, labor, and production bottom end output. In most cases argon wins with 1/8” holes this battle as the labor savings drilled around and increased output using argon the base typically outweighs the savings in to facilitate material costs using nitrogen as the distribution inert degassing media. of inert gas bubbles.

37 gas porosity throughout the parts. Increasing the degassing in the 2000 lb crucible until the density measured over 2.60 solved this issue resulting in good parts from both crucibles. • The inert gas flow should be very low. The prevailing thinking seems to be that if a little inert gas is good, then a lot of inert gas must be better. A good inert gas flow results in a slow bubbling of the inert gas across the surface of the melt. Large rolling result in a gas porosity free part. If the bubbles are no good. In fact, they are vacuum sample density measured 2.57 detrimental as the rolling metal folds or lower, additional degassing would oxides and air back into the melt. be required. New porosity analysis • Another common mistake is to equipment on the market make spin the RID shaft as fast as possible measuring the density of the vacuum to distribute a wider swath of bubbles. cast sample simple. Just solidify using Unfortunately, when the RID shaft the RPT vacuum. The sample can then spins too fast it creates a vortex developing your initial degassing be measured with the data recorded around the shaft sucking the surface procedure and controlling the day in just a few seconds. There are even metal and air down into the melt. The to day degassing process. The most advanced porosity analysis systems on speed should be set to a point just effective and simple way to do this the market, which combine automated below the start of the vortex, typically is with the Reduced Pressure Test vacuum, density measurements, and around 300 rpm or less. If you see (RPT). data collection into one all-inclusive molten aluminum sucking down The RPT test works by taking a small unit. around the shaft, back off the speed a sample of the melt and solidifying CONSIDERATIONS IN DEVELOPMENT little. it under a controlled vacuum (a OF DEGASSING PROCEDURE • Develop a target density for each RPT machine) and then measuring alloy and casting process. Start with the density of the sample. The Whether developing or refining your the book density of the alloy. A good entire test takes about 8 minutes, 7 degassing process, RPT testing should starting point for a porosity free target minutes under vacuum and about be used to guide your decisions. The is about 10 points less than the book 30 seconds to get the density result. following are some common issues density. For example, the book density Many aluminum foundries use the I have witnessed over the years in of 356 alloy is 2.67. In most cases a RPT test but not in the best way. The foundry degassing practices. vacuum sample density of 2.57 will be traditional way to measure the RPT • Determine a separate degassing sufficient to yield a gas porosity free sample was by cutting the sample time for each size furnace. Many part. However, solidification rate will on a saw, sanding the surface, and foundries will have a standard affect the result. A permanent mold comparing to a chart. This method is degassing procedure used across or die casting will solidify relatively time consuming, operator dependent, all furnaces and ladles. This is not quick so a density of 2.50 may be and has too much variation in the good practice. For example, one sufficient. A sand casting with no results. Measuring the density of the foundry that I visited had a 10-minute chills will solidify much slower and vacuum cast sample is much quicker degassing procedure which worked may require a target number of 2.60 and extremely accurate. Just set a fine in their 500 lb crucible but not or higher to yield a gas free part. Best target density by alloy, measure the so good in their 2000 lb crucible. A practice corelates the RPT results to sample, and it is either good or bad. quick check of RPT samples from the casting. This allows for adjustment For example, the book density of each furnaced showed a density of of the target density, if required. 356 alloy is 2.67 g/cc. In this case, 2.64 in the smaller crucible and 2.49 most foundries would set a target of in the larger crucible. Of course, this sample density 2.58. This means if resulted in porosity free castings from Contact: the vacuum sample measured 2.58 the 500 lb crucible while castings BRAD HOHENSTEIN or higher, it is okay to cast and would from the 2000 lb crucible contained [email protected]

38 DEFECT PREVENTION 3D PRINTING

SOLIDCast exist substantially to help us understand our castings better and prevent all manners of defects right at the outset. Use 3D printing to build rigging for all kinds of interesting solutions after you’ve WILLIAM SHAMBLEY decided where the problems are. President 2. Match your processes - the NEW ENGLAND FOUNDRY TECHNOLOGIES various 3D printing processes match up better to some casting processes ARTICLE TAKEAWAYS: than others. These days, there are • Expanded design freedom doesn’t fix bad geometry mountains of information available • You’ll have the least defects if you adopt the 3D printing process that from the AFS, manufacturers of 3D fits most directly into your existing foundry process printing systems, universities, service providers, etc. There are charts • The wrong materials selection can lead to defects every time to help you decide which process • Not all applications will require the same settings, even on the same to use based on part complexity, printer and materials number of parts in a run, existence of tooling, and part size. To keep it really simple, try this: What process One of the most commonly heard reasons that foundries fits into your daily operation? If you have put off adopting 3D printing, in any format, is blow cores, you can use core boxes the misperception that “it doesn’t work.” Well, this printed out of plastic or metal. misperception is sort of like running around barefoot, Investment casting? You can print swinging a tree branch and declaring that footwear waxes on several printers, based on your surface finish, ash, shell doesn’t work either. You don’t want to wear super and speed requirements. Ramming insulated duck boots for a summer marathon run, and you green sand, no-bake, etc. with hand can’t reliably wear stiletto heels while fishing for striped or machine? Yes, you can 3D print bass on a jetty. plastic or metal tooling on a variety of systems – some with more hand You have to run the right printing So here’s 4 rules of thumb work than others. Or print sand process, use the right kind of to help you prevent defects cores. Or synthetic sand cores. Or materials, and use all the right when using 3D printing in your print molds. You’ll have the least settings to get defect free castings foundry: defects if you adopt the 3D printing out of any process. Doing a little up- process that fits most directly into 1. Know your casting - good front simulation work to make sure your existing foundry process. Unless casting design is good 3D the casting and rigging are set up you’re really ready to take a leap printing casting design. right before you even start picking forward. Then go with something like Expanded design freedom a 3D printing process is an even the SLM Solutions equipment and doesn’t magically fix bad better idea. print fully dense metal parts directly geometry. Take time to run a from CAD. naked simulation of the casting before you design the tooling to analyze for predicted shrinkage or porosity defects. Tools like Continued on next page

38 39 3. Know your printer materials - Materials to make investment While there is not room in this Most 3D printing processes can run casting waxes are available for article to get into all the details a range of materials these days. extrusion processes as well as but properly set up parts in Lower cost systems like those by Binderjet and DLP/SLA. A metal the build volume and dialing Lulzbot and Ultimaker work well with caster faces process tradeoffs in the settings is one discipline a range of PLA, PC, ABS plastics, between speed, surface quality, that has a major impact on and even with some highly flexible accuracy and cost. Consultation 3D printed part defects. rubber filaments. Higher-end printers with the manufacturer about Experienced operators make a like those from Stacker expand that specific materials is your best bet world of difference. Investing range of plastics, as well as speed to match printed waxes to your in training is a great way to get and build envelope. Top shelf printers current shell materials. The wrong started but using the technology like the pellet fed systems from Titan materials selection can lead to as much as possible helps your 3D Robotics can use an extremely defects every time. whole team approach the next wide range of engineering plastics, Sand printers have materials problem with more savvy. I even high temperature materials and choices as well these days. Furan always advocate for having carbon fiber reinforced filaments. binder on silica sand is still the most folks do projects that they are invested in (hence all my 3D Among the tooling grade materials common combination but ceramic printed fishing lures and garage there are softer plastics for extrusion and synthetic sand options are organizers). Experimentation in style printers like PLA which are low widely used as well. These options non-critical path projects is a cost, print quickly, and work well in can become quite useful solutions great way to learn new ways to most environments. Harder materials for projects with complex cores. apply the tools. such as PEKK and PEEK or glass/ The accuracy of sand printing fiber filled resins cost more, and has progressed to the point that There are so many foundries are more tricky to print, but can be foundries are now using 3D printed using 3D printing now that machined or polished to a smoother sand cores to eliminate dimensional uttering “it doesn’t work” is surface, resulting in much better defects formerly associated with tantamount to saying, “I like casting quality and longer tooling manual assembly. Just like with my head in the sand pile!” life. standard no bake sand casting, Educating yourself on when to making the right selection of sand use which materials, in which 3D printers have come a long way and resin will help prevent casting 3D printing process, and making past plastic extruders, and direct defects. sure that all the settings are metal printers like the SLM can dialed in right will substantially print metal tooling for continuous 4. Know your settings - all reduce costly defects. Just green sand, DISA or diecasting lines, manufactures have claims, and make sure you’re making a good applications which would never be all systems have realities. Build casting at the very beginning of considered with polymer-based settings like scaling and tool the workflow. tooling. Care should be taken in comp get applied differently from these cases not to pick 3D printing one style of printer to the other. materials that are harder than the Part orientation, style of support rest of the tool, as sometimes this structures, wall thickness all varies. can lead to premature tool wear. Are you going to be adding a high build primer? Sanding down the ridges? Assembling lots of pieces with threaded inserts? Not all applications will require the same settings, even on the same printer and materials. You wouldn’t buy a half million-dollar CNC machine and only put one tool in the rack, would you?

Contact: WILL SHAMBLEY [email protected]

40 DEFECT PREVENTION

MOLDMAKING & COREMAKING AUTOMATION TECHNOLOGIES REDUCE VARIABILITY TO INCREASE QUALITY selected. The base machine runs two tooling frames at a time for a minimum of four different patterns and two different molds. As any foundryman will tell you, molding process consistency will JACK PALMER make it easier to achieve casting President quality while getting the sand out PALMER MANUFACTURING & SUPPLY, INC. of the box quickly will drive casting productivity. ARTICLE TAKEAWAYS: Casting quality and consistency • Automating molding systems reduces variations will dramatically improve since • RFID technologies eliminate human intervention many of the difficult to control variables are removed from the molding process. The elimination A wise man once said, “With so many ways to make a of these defects reduces rework bad casting, it’s amazing we can ever make a good one.” and scrap rates, and cleaning room time. While there are many areas for MOLDING AUTOMATION fingers to point once a casting GREEN SAND TO NO-BAKE Automating the mixing and COVERSION runs into problems; the area we are molding process with a carousel Additionally, this technology is going to address is the mixing and and a rollover has been the uniquely designed for green sand molding operation. industry standard, until recently. or no-bake tooling. Green sand As lean manufacturing The Universal Molding Machine molding has always required practitioners, we understand that (UMM) is a revolutionary molding operators capable of being anything the customer doesn’t system that takes the place of part scientist and part artist, value is waste. Therefore, our a traditional compaction table, with an attention to detail and entire goal is to produce mixing carousel and rollover. Having experience requiring significant and molding equipment that fewer components in the process tribal knowledge involved in the eliminates waste in pursuit of reduces variability, making it easier individual foundry process. As delivering more high quality to achieve casting quality goals. the modern workforce continues castings, at the lowest price, In this new automated system, the to evolve, it becomes increasing delivered when they are needed. patterns are bolted to adjustable difficult for foundries to find and Automating systems to reduce tooling frames that are easily retain qualified green sand molders human intervention to enhance changed out on the machine. The with these attributes. Employees quality control are not new to tooling frame accepts molds on that can produce a consistently the foundry floor. Robotic cells, top and bottom to accommodate high quality, defect free end automatic pouring ladles, carousel match plates and can accept product in the green sand process molding systems, and transfer cars multiple boxes at a time when are in extremely short supply. are all pretty common automation running smaller castings systems being deployed today. depending on the machine size Continued on next page

40 41 When converting from a green sand molding system to the UMM process, the foundry will benefit from the elimination of the need for this operator expertise, as well as many of the daily casting defects and issues commonly associated with green sand molding. This system reduces how many times a mold is touched by human hands, which reduces the chances to create defects. Maybe your operation doesn’t need over 500 molds a day to meet your production needs, but this system will allow the foundry to get the molding done in a fraction of the day and then make your employees available to manage another process for the remainder of the day. ISO 14443 standards) each have a one more button to begin the unique identification number that is coremaking process, and the core RFID IN THE COREROOM read when the box is presented to box is moved into the core blower. Adjusting settings, recalling the CoreMaker. During the set-up The computer instructs the blower recipes, and documentation of procedure, the worker enters the accordingly and injects sand and recipe changes all require costly settings for that particular core box chemicals before purging the box. human intervention. And, when into the machine’s programmable The ability to make higher quality not performed correctly, result in logic controller (PLC). Once the cores is the biggest advantage of costly human errors. RFID (radio setting is determined, the worker RFID. Anytime you allow a worker frequency identification tags) saves it permanently to that recipe. to manually change recipes, your represent a major break-through This equipment allows foundries core’s condition can be expected in foundry production, to reduce to compete with lower prices from to change. Excessive amine time for recipe management, offshore foundries because it can catalyst material can weaken the prevention of costly errors truly guarantee quality. The quality a core after metal is poured. and enhance quality control. control is built into the machine RFID ensures that the core is Unlike other key manufacturing with the RFID tags and therefore, guaranteed to be made with the breakthroughs, RFID can be reduces human handling. proper settings. Higher quality deployed on specific equipment cores mean higher quality parts. for a particular process or can be RFID technology runs on deployed plant-wide. Users have core machines with and The foundry floor is undergoing a the ability to expand automation a without tooling mounted transformation like never before little at a time, making this ideal for with continuous improvement both small and large foundries directly to the machine and being the name of the game to removed after blowing and produce better castings, in less While RFID technologies can be time—guaranteed. deployed on the molding line, gassing. perhaps one of the easiest places To begin coremaking, the RFID Some of the excepts in the article to introduce a foundry to RFID interrogator built into the first appeared in Cast Metal & is in the core room. The process coremaker bench, reads the Diecasting Times. is not difficult, as a tag is simply tag’s number, and transmits that fastened to the bottom of each information to the PLC. Then, the Contact: core box. The tags (compliant computer retrieves the settings JACK PALMER with ISO 18000-3, ISO 15693, and for that core. The worker presses [email protected]

42 3X HIGHERDEFECT Revolutionary PREVENTION Automated PRODUCTIVITY Universal Molding VS TRADITIONAL System MOLDING

“The combination of reduced costs, increased productivity, SYSTEMS… reduced floor space requirements, and reduced staffing levels has made the Palmer Flip Molding Machine a very AT LESS COST! profitable addition to our foundry.” Jack Laugle, President, Innovative Casting Technologies

HOW IT WORKS • Matchplate wooden box or cope/drag box is mounted onto tooling frame: filled, compacted, struck off, indexed & inverted • Completed mold is simply rolled out and the next mold is started a few seconds later • Universal Molding Machine can use cope/ drag, matchplate, green sand, no-bake, shell, metal, wood, or plastic tooling • Flip Molding Machine uses copy/drag tooling

FEATURES • Up to 25 Molds/HR with 1 operator • Up to 40 Molds/HR with 2 operators • Up to 65 Molds/HR with 2-3 operators • Sizes: 12x12 4/4 up to 72x72 36/36 • Cores and molds can be produced singly or in multiples • NO ROLLOVER NEEDED • Patent Pending

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Contact: YEARS JACK PALMER OF EXCELLENCE [email protected] Made in USA UMM Video 1975 • 2020 FMM Video 42 43 DEFECT PREVENTION IN PERMANENT MOLD CASTING THROUGH PROCESS CONTROL • After heat treatment • During machining • During assembly • By the customer As one can deduce, it is much JOHN HALL less costly to detect a defect at President CMH MANUFACTURING COMPANY the casting machine than for the customer to experience a failure. ARTICLE TAKEAWAYS: Defects are not free. When a defect • Defects are not free occurs a person was paid to make • Processes for preventing defects it. Poor quality begets poor quality and lowers productivity throughout • Understanding all of the variables the process and if the defective casting goes to the customer it The proverb, “An ounce of prevention is worth a pound could lead to loss of the account of cure”, applies to defects in the permanent mold casting or even the closing of the foundry. industry. Defects, as defined by the foundry industry, are It is always better to prevent a defect rather than detect one. variances from a desired outcome. This principle can be expressed becomes. Automotive casting graphically: The cost of scrapping a casting is defects can be found in the extremely high when compared to Casting defects can be caused by: following phases of the casting preventing the defect. Hence, it is • Inadequate training/lack of cycle: better to take measures to prevent knowledge the defect as early as possible. The • In the dip well • Poor communication further down the manufacturing • At the casting machine process, the more costly the defect • Failure to document the problem/ • In the workcell omission

Detection Tolerates Destroys Raises Cost (after event) Waste Jobs

Prevention Avoids Protects Lowers Cost (before event) Waste Jobs

44 DEFECT PREVENTION

• Varying from published casting At minimum the following variables Remember, process control is procedures for the casting should be documented: an engineering discipline that deals with the mechanisms • Accidental • Metal temperature and algorithms for maintaining A good method for preventing • Die temperature the output of the casting defects is to: • Die shut time process within a desired range. • Identify the defect/state the The foundry engineer must • Die open time problem communicate to the casting • Total cycle time buyer what the capabilities of • Get the facts the permanent mold process • Tilt speed • Research for missing facts are. They must both understand • Hydrogen level in metal in advance what defects are • Test a trial solution acceptable and what justifies • Mold coating thickness • Document and communicate the rejection. findings • Alloy composition Methodology for process • Develop a solution/take action • Metal cleanliness control: • Document and communicate the Research for missing facts – look for • Understand the process – results areas that are not in the production before attempting to control log or in the molders head. Quite the casting process the This process allows foundry often the machine operator knows foundry engineer must engineers to use critical analysis to what caused the defect. understand the process and determine the cause and a solution how it works. for the defect. Defect prevention Test a trial solution – many foundry is not just the responsibility of engineers start the defect reduction • Identify operating the foundry engineer. Prevention process at this step and attempt to parameters – once the activities should be planned into the solve the problem without knowing process is understood, responsibilities of each person in the the exact reason for the casting operating parameters (see casting process. defect. Only change one casting list above) and other variables parameter at a time. If the foundry specific to the process must be Identify the defect/state the engineer changes two or more identified for its control. problem – A correct, concise, parameters of the process and the complete statement of the defect/ • Identify hazardous conditions defect is eliminated one cannot be problem is mandatory for reducing – tilt pour permanent mold sure which of the changes had the the defect occurrence. For example, casting machines move in desired effect. part number 123 has a consistent many axes and at extremely misrun in cavity two. Restate the problem/Take action – high pressure. A thorough risk Once you have done your research assessment must be a part of Get the facts – The facts or data and tested a trial solution it is the process design. should come from the job process possible to restate the problem in documentation and production • Identify measurables (see list a way that will lead to a solution. logs. Always ask Where? When? above) Some foundry engineers skip all the How? How often? Why? Who? Data preceding steps and skip directly • Identify points of acquisition software is the preferred to take action. This can be very measurement – once the method for getting the facts as it expensive. Making a change in a measurables are identified, eliminates human error. process is the last step in process it is important to locate where control, not the first. they will be measured so that the system can be properly

Continued on next page

44 45 controlled. For example, where • Set control limits – • Define lead/lag criteria – to place a thermocouple in a understanding the operating depending on the conditions die so that it gives the relevant parameters gives the foundry within the casting work cell, tool temperature. engineers the ability to define there may be lag times associated with peripheral • Select measurement the limits of the measurable equipment such as ladlers, methods – selecting the parameters in the casting casting extraction devices, proper measuring device process. conveyors, and saws. Setting specific to the casting process • Define control logic – most lead/lag times compensates will ensure that the system tiltpour casting machines use for this effect and can reduce will be accurate, stable, and some form of ladder logic the possibility of creating a cost effective. Tilt pour casting and in some cases must d efect. machine signal types include: communicate with other • Investigate effects of changes – Electric machine languages such as robots or CNC. before/after – as noted above, – Pneumatic investigating casting process • Create redundancy – even the changes in the control system, – Hydraulic best control will have failures. unforeseen problems can be It is important to design – Light identified and corrected before a redundancy system to avoid casting defects are created. – Radio waves catastrophic failures or create an – Ultrasonic unsafe condition. • Integrate and test with other systems - the proper integration • Define a fail-safe – fail-safes • Select control method – in of a casting process with the allow the casting machine to order to control the casting goal of eliminating defects in return to a safe state after a parameters, selecting the a work cell environment avoids control breakdown. In a tilt pour proper control method is conflicts between multiple systems casting machine these include: critical in controlling the with improved defect reduction, casting process effectively. – Spring to center hydraulic safety, cost and profitability. valves In the tilt pour process these The single best way to prevent method include: – Normally closed water and air defects is to keep the casting process – On/off valves in control. The benefits of controlling or automating the casting process – Proportional – In line hydraulic velocity fuses are not only defect reduction, but it – Integral – Motor protection also increases worker safety. – Derivative – Lock out tag out • Select control system – most permanent mold casting cells utilize local control, but a distributive can be utilized.

Contact: JOHN HALL [email protected]

46 47 DEFECT PREVENTIONBACK TO BASICS

47 57 BETTER SAND REDUCES DEFECTS is only the beginning of the process with the next step being what to do about it. You can simply accept the fact that you are faced with a defect, try to repair it and continue production without consideration of cost, or you can spend time and effort to discover the root cause CHRIS DOERSCHLAG and work on eliminating it, which KLEIN PALMER INC. may require a more detailed analysis of the entire process, including the production equipment. ARTICLE TAKEAWAYS: Some time ago a foundry reported • The difference between Dilute and Dense Phase in conveying and sand impact a caved-in roof over the pouring • Where sand degradation occurs prior to production area as a result of about 15 tons of collected sand dropping from • How to reduce sand velocities to reduce defects and operating costs a leak in the sand conveying pipeline running above the roof. When maintenance checked out Conducting a survey among - The activities involved in the situation it was found that the foundry management would identifying defects or potential core room operators occasionally no doubt discover a common defects and preventing them from experienced sand shortages but did goal of satisfying the customers’ being introduced into a product not think any more of it. Recognizing expectations with a quality (Zahran); or that something was different from product. In other words, castings normal operations would be the first - A program focusing on those that meet specifications and will step in working on preventing the process areas that are the not turn into problems later during defect but considering the options greatest sources of trouble the machining or assembly process of fixing or eliminating the defect whether methods, technology, into the final products. Stated should have been the next step. The procedures or training simply, castings without defects. “fix” selected was to plug the leaky (Humphrey); or pipeline by welding a patch plate Castings without defects are As summarized by the world over the leak and no further analysis the result of meeting quality famous quality guru Dr. W. was attempted. A more desirable and control requirements with certain Edwards Deming: effective process would have been procedures in place which are to question why did the pipeline strictly adhered to. - It’s what is needed in develop a leak? Could it be that improvement of the process, Studying defects prevention, we the layout of the piping run needed by reduction of variation or by can find a number of definitions improvement? Could it be that the air change of level or both. Study of which all contribute to the desired pressure and volume settings of the the sources of product, upstream, outcome and can point us in the pneumatic conveying system were gives powerful leverage on right direction. adjusted incorrectly? Could it be that improvement. the capacity of the system required How do you define Defects Sources and causes of defects in to provide sufficient sand to the core Prevention? Let’s see who says the final casting vary all over the room was increased from the original what: map but for the sake of simplicity design tonnage? - Corrective and preventive today we will limit our discussion Short of reviewing all the applicable actions (Galin); or to sand because “Sand Matters!” reasons for the defect the patched Of course discovering a defect pipeline will probably hold up for a

48 DEFECT PREVENTION

time and then develop another leak categories, Dilute Phase and Dense phase, it quickly became clear that and then we are back to “repair and Phase conveying. Dilute Phase the much higher velocities of the go on.” generally works by vacuum or low truck delivery system far exceeded pressure air of up to 20 psig and the design capacity of the piping Every foundry has to move velocities in the pipeline of 4000 system causing pipeline leaks tremendous amounts of sand as FPM and higher, while Dense Phase already after a very short time. part of the daily operations and to works by medium pressure air of 10 handle such amounts effectively can – 60 psig and pipeline velocities of To put up with the heavy wear sometimes grow into an ongoing 2800 – 5000 FPM. properties of sand it is usually only major material handling battle. Belt transported by using pressure conveyors and elevators have been Sand grain degradation in the piping vessels whose sizes are matched used many times to transfer sand caused by excessive velocities in to the conveying capacities. The but today pneumatic conveyors the piping results in more dust or prevalent thinking is that high are probably widely accepted as a higher AFS numbers for the sand conveying capacities require large more practical means to distribute which in turn, if not separated prior pressure vessels in order that sand in the foundry. Depending on to binder coating, requires higher the frequency of actuation of what type of pneumatic conveying amounts of resin for chemically the different components in the system is used can have a great bonded sands and the subsequent system are not too high and they, influence on the quality of sand effects of higher resin percentage therefore, have sufficient service delivered to the production line on mold/core performance in life. when considering sand grain the casting process. Similarly In these systems the sand is degradation, dust generation and the higher velocities also cause pushed through the conveying life expectancy of the piping. increased wear of the pipeline and bends with resultant increased pipeline in slugs which are formed In general, all conventional downtimes and maintenance costs. in accordance with the frictional pneumatic conveying systems A typical example is the filling of relationship between the sand can be divided into two broad sand silos from bulk delivery trucks. and the wall of the conveying pipe Every foundry is familiar with and the permeability of the sand, the associated problems of such without any mechanical assistance systems, mainly due to the delivery in the pressure vessel itself. in dilute phase (low air pressure but These conveyors are costly to very high velocity), which definitely manufacture and incorporate is not recommended for sand. relatively many components Recalling another pneumatic and the electrical controls are sand conveying project, shortly also costly. The normally used after the brand new installation level probes, functioning as was completed and production capacitive switches, can cause started frantic telephone calls from malfunctioning when there are the customer reported that after fluctuations in the sand moisture just a few days of operation the content and temperature. pipeline developed several leaks Defects prevention, relative to and sand was being sprayed all over sand and the resulting quality of the production equipment in the castings, has therefore become foundry. Of course, the first impulse a popular topic and was the question was “how can that be?” As driving force to conduct sufficient it turned out the customer installed research and development of all the sand piping runs but pressing appropriate equipment to prevent production requirements did not certain sand related casting allow the additional time to also problems. What would it mean to install and connect the transporter foundries if the casting defects pressure vessel to push the sand caused by poor sand qualities through the pipeline. Instead the could be reduced or eliminated? sand delivery truck was connected What would it mean to have a directly to the sand piping and reliable sand transfer system and sand was blown directly from the reduced maintenance costs? sand truck to the receiving hoppers in the plant. Since all sand trucks unload and deliver sand in dilute Continued on next page

48 49 True to the various definitions of total cycle time for fill and blow of only about defects prevention mentioned 14 seconds, resulting in an almost continuous above, it was soon realized that a flow of sand into the pipeline. The required totally different approach to the individual cycle functions were also simplified elimination of the problems of so that fewer control components are needed, current sand transfer systems was resulting in additional cost savings. necessary rather than build on The advantages of a pneumatic sand conveying existing technology. The driving system with proper defects prevention built-in: force for the development of a better and more efficient sand 1. You don’t need fluidization! This means: transfer system was to eliminate the inherent defects of the “old - 40% lower compressed air consumption systems” and provide a system that - fewer parts to install and maintain can be “install and forget.” - less compressor energy required - lower operating cost To start, an investigation of - standard schedule 40 pipe can be used different sizes of pressure vessels - no need for heavy duty pipe or blow tanks was initiated, which showed that small units with 2. You don’t need boosters! Again, this a fast sequence of operation means: and short cycle times not only - lower compressed air offered advantages with respect consumption and to size and cost, but also with elimination of the extra respect to energy requirements. booster piping and fittings A new conveying system was - smaller dust subsequently developed, as an collectors extension of the Dense Phase - reduced installation concept, operating between 15-90 labor psig air pressure, sand velocities in - fewer parts to install the pipeline of only 100 to 450 FPM - minimal and using up to 45 percent less maintenance compressed air than conventional - a less complicated Dense Phase systems. This meant system that sand velocities in the piping were as much as 6 to 10 times 3. Much lower velocities! lower than in conventional Dilute Translating into: and Dense Phase systems, pipeline - considerable less wear was drastically reduced, sand pipeline wear! degradation practically eliminated - fewer costly repairs and operating costs slashed to the - less waste of bone. compressed air; A major difference between the (leaks in the pipe newly developed conveying system line waste a lot of compressed air) and the conventional conveying And what can we expect regarding systems was the reduction in 4. Lower sand degradation sand quality with a system designed cycle time for the batch operation. because of lower velocities! to prevent problems because of sand Because of the comparatively large Resulting in: defects? To determine the feasibility of size of the pressure vessels of such a system a number of tests were conventional systems, a complete - less dust generation - less waste material performed to assure consistency of cycle included the approximately results. Shown below is typical test data 90 seconds fill time required to - savings in resin consumption (excessive and proof that recognizing problems in refill the pressure vessel with sand, a process or equipment and systematic which took up a large portion of dust in the sand soaks up resin like crazy) follow-up to eliminate defects is realistic the overall cycle and temporarily and brings desired results. stopped the flow of sand in the - more efficient operation pipeline. The newly developed - improved house cleaning Contact: conveying system utilized a much JIM GAULDIN smaller pressure vessel with a [email protected]

50 DEFECT PREVENTION

50 49 CASTING COOLER CONVEYORS production volumes, also through a properly designed material handling system and a tailored-made plant arrangement. In order to gain a reliable and flexible process it is necessary to have a fine-tuning step GAETANO CORAGGIO and adjustment of casting cooling Process Engineer parameters. Regardless the casting MAGALDI TECHNOLOGIES, LLC process, the cooling method must ARTICLE TAKEAWAYS: be able to ensure the performance along the casting cooling curve. • An efficient cooling method can increase foundry production volumes • Automatic systems can help to ensure an accurate control on process In the metal casting processes, the parameters solidification is a phenomenon that • A test-rig and CFD analysis are helpful to obtain an effective casting cooling controls several properties of the final product. In this scenario, the cooling curves control the quality of the castings. One of the most he increasing demand of customers pushes suppliers T important parts of the cooling curve to research and develop new casting processes and is the cooling rate, which affects technologies. the microstructure and properties of the castings. During the local CASTING COOLING solidification time, the material is One of the main issues in the foundry field is the casting cooling time. completely converted from liquid to An efficient casting cooling method allows foundries to increase their solid. In alloys, solidification will not occur at a given temperature value,

Figure 1: Metal casting, typical cooling curve Figure 2: Cooling curves for aluminum casting

52 DEFECT PREVENTION

but in a range that depends on present article is to discuss the • Castings indexing according to their composition. solid cooling curve (SCC). foundry needs. After solidification is over, solid CASTING COOLING Moreover, an automated system cooling (ref. SCC in the Figure TECHNOLOGIES performs a dynamic control on the 1) occurs at different rates. process parameters, such as: The most common technologies Figure 2 shows the cooling to perform the casting cooling • The temperature of the curves obtained on aluminum process downstream the molding castings, through a set of optical castings for reference. The line are: pyrometers at different points curves were obtained with a data along the transportation. pack (data logger) wired to an • Cooling drums • The casting ID in order to adjust aluminum casting with a set of • Vibrating coolers thermocouples. The data logger the air flow rate and the steel stores the temperature trend from • Steel belt coolers belt speed, according to the the casting pouring until the end The steel belt coolers have multiple casting type. of the cooling stage. The missing advantages compared to the other HEAT TRANSFER METHODS area is due to the disconnection of conventional technologies: the data pack before manipulator In order to reduce the cooling loads the casting on the steel • Smooth castings handling with time, the thermal energy has to belt conveyor. Figure 2 shows no vibrations, dust or noise. be efficiently removed from the again two cooling curves: a liquid • No relative motion between castings. cooling curve (LCC) and a solid material and belt, thus no wear. One of the most critical factors in cooling curve (SCC). The point • Flexible layout arrangement, the casting cooling process is the “A” represents the beginning of including greater inclined ramps heat exchange method adopted the forced air cooling when the for material lifting. to cool the castings down. In castings enter the castings cooler a parallel-flow pattern, also conveyor. The main purpose of the • No heavy foundations are referred to as “co-current” flow, required. both the airflow and the castings enter the cooling tunnel at the same point and then moves together in the same direction. This method is not as effective because there is a large temperature gradient at the inlet of the cooling tunnel and the cooling medium cannot reach a given temperature to maximize the overall efficiency of the cooling process. Counter-flow pattern, also referred to as “counter-current” flow, is by far the most common arrangement for heat exchange. It occurs when Figure 3: Typical combination of heat exchange methods Continued on next page

52 53 the airflow and the castings enter the cooling tunnel at opposite points and flow in opposite directions. The temperature gradient at the inlet of the cooling tunnel is smaller, thus reducing thermal stress of the castings, while the overall efficiency of the cooling process is maximized. According to layout and space constraints, it is possible to adopt a combination of both heat exchange arrangements: parallel- flow and counter-flow. In addition to the co-current and counter-current air flows, a further cooling air flow, also referred to as “cross flow”, enters the system through some slots on the belt pans. Thus, the cooling rate performance is enhanced. In this way, cooling air not only Figure 4: Experimental and Analytical results flows around the castings, but also passes through them, resulting in a more effective cooling. the boundary conditions are It is possible to monitor the Figure 3 shows a typical set in the pre-process ambient temperature trend of that casting configuration of the cooling tunnel of a dedicated CFD software. during the heating stage in the held under negative pressure. As a result, the cooling curve is oven, until the end of the cooling A stream of cooling air flows at finally obtained through the post- process. controlled speed to avoid thermal process along with further process shocks to the castings. Ambient air The thermocouples positions are parameters: e.g. air speed and is forced to enter the extremities defined according both to clients pressure drop in the cooling tunnel, of the cooling tunnel and then it is input and to critical cooling areas castings and air temperature. In sucked from the central hood. highlighted by the CFD analysis. order to validate the above CFD CFD MODEL analysis, an experimental test Figure 4 shows a comparison between the experimental results In order to perform an efficient campaign can be carried out if the and the analytical once obtained casting cooling process, the reference castings are available. through the CFD analysis. thermal properties both of EXPERIMENTAL TESTS air and of castings have to be Thanks to a specific test-rig thoroughly investigated. Thus, equipped with a cooling tunnel a CFD (Computational Fluid prototype, it is possible to validate Dynamics) approach is required and adjust the theoretical curve to implement the casting cooling obtained from the CFD analysis. A simulation model. Starting from set of thermocouples welded on the casting 3D model, a calculation the tested casting is connected Contact: grid (mesh) is generated. Then, to a data acquisition system. GAETANO CORAGGIO both the thermal properties and [email protected]

54 MCC®

• High mechanical dependability. The - MCC® - is an automated • • downstream the molding lines and it can be also a

need for a further conveyor. • Flexible layout arrangement, including inclined The MCC® system is based on the well-proven Superbelt® • • requirements. Custom- • .

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THE FOCUS OF THIS ISSUE: PREDICCIÓN DE DEFECTOS BIENVENIDOS A NUESTRA EDICIÓN “PREDICCIÓN DE DEFECTOS”

Con tantas maneras de sacar una pieza defectuosa, no sorprende que la industria metalmecánica lleve el liderazgo en el mundo en la construcción de calidad, desde el comienzo. A diferencia de otros procesos de manufactura, que se apoyan mayormente en la inspección final como método principal de asegurar la calidad, las fundiciones comprenden mejor que el resto, que uno no puede esperar a mecanizar la pieza para su evaluación.

A lo largo de los últimos diez años, la planta de fundición sufrió una transformación revolucionando los diseños para producir piezas mejores y más complejas a un menor costo y con menos rechazos. Con principios Six Sigma, celdas de trabajo robotizadas, fabricación aditiva y tecnologías inteligentes, todos ellos contribuyen a lograr mejores piezas con procesos repetibles. Hoy, todos en la planta de fundición están involucrados en la prevención de defectos y este trabajo es permanente.

Esta edición está dedicada a esta tarea ya que es un tema del que nunca puede hablarse demasiado. Esperamos que entre las ideas de prevención de defectos (que abarcan ligantes y proceso de mezclado, fusión del metal, análisis, materiales y moldeo), encuentre técnicas que pueda aplicar hoy mismo.

Me gustaría agradecer a todos nuestros colaboradores que aportaron sus enriquecedores artículos a esta edición. Un agradecimiento especial a Scott Gil, gerente de laboratorio de la Fundición Dualtek - Innovative Casting Technologies, por aparecer en la portada de este número. Como siempre, ¡gracias por leer nuestra 13ava edición de Soluciones Simples que Funcionan! CONSIGA LA APP

Jack Palmer Presidente, Palmer Manufacturing & Supply, Inc. [email protected]

¿QUIERE VER MÁS? VISIT OUR WEBSITE TO GET PAST ISSUES! palmermfg.com/simple-solutions PALMER MANUFACTURING & SUPPLY INC. PUBLICATIONS © 2020 Palmer Manufacturing & Supply, Inc. All Rights Reserved TABLE OF CONTENTS

ENGLISH ESPAÑOL Welcome to Our “Defect Prevention” Issue...... 02 Bienvenidos a Nuestra Edición Jack Palmer – Palmer Manufacturing & Supply, Inc. “Predicción de Defectos” ...... 58 Jack Palmer – Palmer Manufacturing & Supply, Inc. Reducing Core Defects...... 04 Jerry Senk – Equipment Manufacturers International, Inc. Menos Defectos en Corazones...... 60 Jerry Senk – Equipment Manufacturers International, Inc. The Use of Pre-Cast Monoform Liners (drop in liners) in Ladles...... 10 Utilización de Revestimientos Premoldeados Steven Harker – ACETARC Engineering Co. Ltd. (Monoforma Pre-Cast) en Cucharas...... 66 Steven Harker – ACETARC Engineering Co. Ltd. Grain Refinement and Thermal Analysis of Liquid Aluminum; Don’t Hurt Your Melt!...... 13 Afino de grano y análisis térmico del aluminio François Audet – Solutions Fonderie líquido; ¡no dañe a su metal líquido!...... 69 François Audet – Solutions Fonderie Defect Prevention in Molten Metal Processing...... 16 Jeff Keller – Molten Metal Equipment Innovations Puntos sobresalientes del artículo...... 72 Jeff Keller – Molten Metal Equipment Innovations Turbine 30 Ton Steel Case Study...... 20 Joe Howden – Eildon Refractories Ltd. Caso de Estudio Turbina de 30 Ton de Acero...... 76 Joe Howden – Eildon Refractories Ltd. Defect Prevention with a World Class Melt Shop ...... 23 Richie Humphrey – The Schaefer Group Prevención de Defectos con una Fundición de Clase Mundial ...... 79 Predicting and Eliminating Defects in Investment Richie Humphrey – The Schaefer Group Castings Using Computer Simulation...... 28 David C. Schmidt – Finite Solutions, Inc. Predicción y Eliminación de Defectos en Ceras Perdidas utilizando Simulación ...... 84 5 Keys to Reducing Casting Defects through David C. Schmidt – Finite Solutions, Inc. Refractory Coatings...... 31 Stanley Forehand – HA International 5 Claves en Pinturas Refractarias para Reducir Defectos en Piezas Fundidas...... 87 Stop Making Excuses. Preventing Gas Porosity in Stanley Forehand – HA International Your Castings is Simple! ...... 36 Brad Hohenstein – Porosity Solutions Basta de Excusas. ¡Prevenir la Porosidad por Gas en sus piezas Fundidas es Simple! ...... 92 3D Printing ...... 39 Brad Hohenstein – Porosity Solutions Will Shambley – New England Foundry Technologies Artículo de Prevención de Defectos ...... 95 Moldmaking & Coremaking Automation Technologies Will Shambley – New England Foundry Technologies Reduce Variability To Increase Quality...... 41 Jack Palmer – Palmer Manufacturing & Supply, Inc. Tecnologías Automatizadas de Fabricación de Moldes & Corazones Reducen la Variabilidad para Aumentar Defect Prevention in Permanent la Calidad...... 97 Mold Casting Through Process Control ...... 44 Jack Palmer – Palmer Manufacturing & Supply, Inc. John Hall – CMH Manufacturing Prevención de Defectos mediante Control de Better Sand Reduces Defects...... 48 Procesos para Fundición en Molde Permanente...... 100 Chris Doerschlag – Klein Palmer Inc. John Hall – CMH Manufacturing Casting Cooler Conveyors...... 52 Una Mejor Arena Reduce Defectos...... 104 Gaetano Coraggio – Magaldi Technologies, LLC Chris Doerschlag – Klein Palmer Inc. Cintas Transportadoras Enfriadoras...... 108 Gaetano Coraggio – Magaldi Technologies, LLC

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Llame al 937.436.2648 o envíe email a [email protected] hoy. MENOS DEFECTOS EN CORAZONES • ¿Qué tipo de terminación superficial se necesita en la pieza? • Volumen de producción: ¿series grandes o trabajos a demanda? • ¿Puede el Desgaseo del corazón afectar de manera adversa a la JERRY SENK pieza? Presidente EQUIPMENT MANUFACTURERS INTERNATIONAL, INC. • ¿Habrá restricción alguna para quitar los corazones con shake-out? PUNTOS SOBRESALIENTES DEL ARTÍCULO • ¿Cuál es el impacto ambiental? • Mejores Corazones = Mejores Piezas El costo del corazón suele ser el • Cinco consideraciones para mejor calidad del corazón impulsor principal en la elección • Mejoras en el equipamiento existente pueden minimizar defectos del proceso, pero todas las variables listadas intervienen en la • Nuevas piezas fundidas pueden necesitar nuevos procesos de producción de comparación de costos. corazones

Desde que se coló la primera pieza fundida, los fundidores han estado trabajando en la eliminación del scrap o piezas rechazadas y en la mejora de las piezas fundidas. Este artículo se enfocará en un área de reducción de defectos y rechazos en las piezas fundidas al delinear cinco consideraciones importantes para una producción de corazones de arena confiable.

Hay numerosos procesos de producción de corazones que los fundidores pueden elegir utilizar. Entre ellos están: caja fría (Isocure), arena de Shell, caja tibia, inorgánica, autofraguante, entre otros. Cualquiera de estos procesos puede utilizarse casi para cualquier aleación. Su elección se basa típicamente en el tamaño del corazón, volumen de producción, terminación superficial de la pieza fundida, herramental e inversión de capital. 1. PROCESO DE CORAZONADO Muchas veces este proceso se define en base al proceso de producción de corazones con el que la fundición esté familiarizada, pero a medida que las fundiciones incorporan nuevas piezas a su porfolio; las especificaciones del cliente pueden imponer un nuevo método de fabricación de corazones, o algunas de las siguientes consideraciones podrían impactar en la elección:

60 PREVENCIÓN DE DEFECTOS

2. DISEÑO DEL HERRAMENTAL TEl diseño del herramental es un factor crítico para lograr corazones que llenen correctamente, tengan una geometría bien definida y puedan satisfacer los requerimientos del proceso de fundición. Los herramentales pueden ser de diversos materiales: desde cajas de madera cubiertas en resina para producciones pequeñas, puede usarse aluminio para corazones de caja fría, inorgánicos o autofraguantes, hasta cajas de hierro /acero utilizadas para series de medianas a grandes, o por consideraciones del proceso de Shell o caja caliente o tibia. Para minimizar defectos y mejorar la confiabilidad de los corazones debemos comenzar por el diseño del herramental. El análisis del son críticas, el llenado es el primer operador debe tener presente llenado y su curado puede hacerse requerimiento importante por que al final la paciencia y la por prueba y error, por simple establecer. Ingenieros de diseño perseverancia siempre dan frutos. experiencia o con software de experimentados sabrán dónde se Cada corazonera y su herramental simulación comercial. El éxito necesitan los venteos. Como regla presenta pequeños inconvenientes general, típicamente se colocan que no pueden preverse. Casi el doble de venteos en el “sobre” todo herramental va a necesitar (molde superior) que en el “bajero” algún ajuste o modificación y (molde inferior) en moldes de sólo mediante prueba y error partición horizontal. Nunca coloque con paciencia, el ingeniero podrá un venteo directamente por debajo conseguir entregar corazones de de un tubo de soplado. calidad consistente. Desde el inicio deben considerarse 3. MÁQUINA CORAZONERA Y el montaje y remoción del EQUIPOS AUXILIARES herramental, especialmente Hay para elegir muchas variantes con una maquinaria nueva o un de corazoneras; desde prototipos o reacondicionamiento. Cualquier equipos en desarrollo, corazoneras característica de cambio rápido semiautomáticas hasta celdas (ya sea con interfaz automática completas usando sistemas de o manual) necesita ser confiable, manipulación robotizada. de fácil acceso y seguro. Es importante considerar su limpieza, Un primer paso para determinar carga del herramental, conexiones la corazonera apropiada es para gaseo y venteos, ajustes comprender el tamaño y finos y conexiones de las piezas complejidad del corazón. móviles; todos estos son aspectos Corazones grandes pueden importantes en el diseño y alivianarse con mandriles o piezas al lanzar un nuevo herramental planificación. móviles. Lo más deseable es generalmente requiere de una tener corazones de una pieza, sin Incluso el herramental con el combinación de los tres pasos. embargo, puede que se necesiten mejor diseño va a precisar algunas corazones de múltiples piezas Normalmente el herramental atenciones periódicas durante dependiendo de la complejidad tendrá venteos, que pueden ser la producción. Es importante del corazón. Para cada equipo agujeros, ranuras, mallas u otros soplar la línea de partición, limpiar debe considerarse el costo total de materiales mallados que permitan los venteos o rociar la línea de propiedad, incluyendo un análisis que el aire escape durante el partición con espray. Con cada soplado. Aunque ambas etapas nueva caja de corazones, el continúa en la página siguiente…

60 61 caja de corazones. Al utilizar datos precisos Debe resistirse almacenados junto con la tendencia a la tecnología actual en cambiar varias instrumentación y control, los variables al mismo operadores de las corazoneras tiempo (soplido, pueden entregar corazones de alta gaseo, venteo, calidad con baja posibilidad de etc.). La mejor defectos. metodología es cambiar un 5. LIMPIEZA Y MANTENIMIENTO parámetro a la GENERAL vez. Documente La variable de proceso que más y registre cada se pasa por alto es asegurarnos cambio hasta que de la limpieza de la máquina y haya encontrado su herramental antes y durante un conjunto de la producción. Limpieza de los concienzudo de capital inicial, parámetros consistente para una venteos y líneas de partición, tasas de productividad, coste buena producción de corazones. soplado del “sobre” o sellado de trabajo, materiales, servicios, de áreas con gas, todos son Otro modo de ayudar a eliminar pasos importantes del proceso. mantenimiento preventivo y los defectos en corazones de capacitación de los operadores. El rociado de espray sobre el diferentes productos y diferentes patrón puede también ser crítico, Al analizar los requerimientos de cajas (distintas piezas en almacén ya que las fundiciones se han una corazonera, debe considerar “SKU”) es utilizar los controladores acostumbrado a utilizar soplador la totalidad de la producción lógicos programables de de aire comprimido para ayudar de corazones, la cantidad de la máquina (PLCs) con la en este paso. Pero a partir de la corazones por herramental (o por funcionalidad de recetas. Es una implementación de la regulación caja de corazones), la cantidad característica relativamente fácil de Sílice, se agregaron desafíos a la anual de corazones y las horas de de añadir a equipos con PLC e operación. operación. Con estos datos básicos interfaz Hombre Máquina (HMI) a mano puede hacerse un análisis para controlar la operación de de los tiempos de producción y las la corazonera. Como muchas mejoras potenciales que ayudarán fundiciones se apoyan en sus a identificar el tamaño correcto equipos relativamente añejos, esta (tamaño de caja y capacidad característica podría ser costosa de de soplado) que satisfaga las añadir. necesidades presentes y futuras de El uso de la función de recetas la fundición. es una gran alternativa para el 4. MANTENIMIENTO DE ajuste de parámetros del operador. REGISTROS La interfaz HMI y controles PLC pueden operar automáticamente Algo crítico que a menudo se la corazonera sin ajustes manuales olvida es el registro cuidadoso del operador. Una vez cargada de los parámetros de máquina y la información y demostrada su datos de arena y resina al producir funcionalidad, el operador de la un corazón de buena calidad. La corazonera solo debe ingresar la vasta lista de variables involucradas información del SKU en la interfaz en la fabricación de un corazón HMI y el equipo se encarga. Un es asombrosamente compleja y paso más avanzado es utilizar fácilmente olvidada. Asegúrese identificadores de radiofrecuencia que la atención a los detalles del RFID montados en el herramental proceso de corazonado es tan con un lector también montado minuciosa como con los otros en el equipo, entonces los ajustes procesos. de la receta se hacen de manera Mantener registros de los automática; sin lugar para errores parámetros de proceso es una del operador. práctica excelente que debería comenzar con las pruebas de cada

62 PREVENCIÓN DE DEFECTOS

Las corazoneras modernas generalmente se entregan de completamente cerradas, con ventanas de accionamiento rápido y funcionalidades de limpieza automática a alta presión del herramental. La función de limpieza automática añade un nivel de seguridad adicional manteniendo al operador fuera de los movimientos automáticos del equipo. Un confinamiento apropiadamente ventilado ayudará a mejorar las condiciones ambientales del sector de corazonado al minimizar los catalizadores (aminas, formato de metilo, SO2 y CO2). Igualmente importante es realizar limpiezas diarias de la propia mejorar la calidad de los corazones. de las nuevas corazoneras y sus corazonera. El cargador de arena, equipamientos auxiliares, ayuda tolvas de entrada, compuertas RESUMEN a entregar corazones de calidad deslizantes o válvulas mariposa Quitar a los corazones del arco consistente. Hacer corazones de deben ser limpiadas al final de posibles promotores de buena calidad es una combinación de cada turno. Los tamices de defectos no es difícil. Sí requiere de varios factores. Simples cambios soplado y venteo necesitarán un monitoreo cuidadoso y un pueden mejorar dramáticamente un poco de mantenimiento plan de acción bien pensado que la rentabilidad de la fundición, la preventivo para mantenerlas en incluya planillas de verificación seguridad de los empleados y el buen funcionamiento. Deben para guardar registro de ambiente de trabajo. inspeccionarse periódicamente cada trabajo. Dar comienzo a sellos en las mesas y platinas de pequeños cambios de proceso, gas y reemplazarse cuando sea Contacto: procedimientos de mantenimiento necesario. Incluso la alineación JERRY SENK y comprender el funcionamiento de pins, cojinetes y cualquier [email protected] característica de ubicación debe ser inspeccionada y ajustada de manera rutinaria. SI la arena en exceso se acumula en las partes móviles del equipo, se producirán errores en el proceso que podrían afectar la calidad del corazón y pueden dar lugar a desgaste prematuro de varillas guía, cojinetes y rodillos. Algunos procesos de producción de corazones pueden requerir limpiezas frecuentes incluso dentro de cada turno de trabajo, como los portaobjetos de piezas sueltas o postizos. En estos casos, es útil registrar la cantidad de ciclos entre limpiezas y crear algún programa del proceso tomando en cuenta la limpieza requerida. Estos datos del proceso de limpieza pueden ser incluidos en algún registro y podría ser un contribuyente clave para

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UTILIZACIÓN DE REVESTIMIENTOS PREMOLDEADOS (MONOFORMA PRE-CAST) EN CUCHARAS. método de colocación de ladrillos refractarios iba dejándose de lado. Clarificar y alcanzar la capacidad de trabajo necesaria de su cuchara es crítica para el proceso. En aquel entonces las cucharas STEVEN HARKER diseñadas, en lineamiento con el Technical Director estándar, hacían una previsión ACETARC ENGINEERING CO. Ltd para un revestimiento de ladrillos refractarios, que tendría un espesor PUNTOS SOBRESALIENTES DEL ARTÍCULO de unos 38mm. Sin embargo, el • Los mejores resultados se obtienen fruto de una clara comunicación entre la refractario moldeado solía tener un fundición, su proveedor de refractario y el fabricante de la cuchara espesor de unos 75mm para una cuchara de la misma capacidad. • Solamente porque algo se hizo así en el pasado, no significa que deba seguir En consecuencia, se reducía la haciéndose así capacidad de trabajo de la cuchara. • Los beneficios secundarios pueden ser una consideración importante a lo largo Esto hizo que se volviera más de la vida útil total de trabajo de una cuchara importante la claridad en todas las especificaciones en la etapa de diseño de la cuchara; incluyendo: En los años 80 las cucharas y las cucharas de colado las dimensiones del armazón por la base inferior Acetarc se hacían para satisfacer los interno, la holgura recomendada estándares británicos. Estos estándares fueron revisados para el revestimiento y la capacidad por última vez en 1960, de manera que, si precisaba una de metal líquido para un dado cuchara de tratamiento, de cualquier tipo, una cuchara borde libre de seguridad. Ya no motorizada o cualquier característica específica que se era suficiente pedir una cuchara de volcado superior de 2t. Los acomode a los requerimientos particulares de su fundición, estándares británicos se utilizan usted se encontraba más bien en manos del fabricante de todavía como guía base, pero los la cuchara. La situación es aún más marcada hoy, con el diseños actuales han sobrepasado estándar que ha quedado lejos en términos prácticos, pero al estos lineamientos para reflejar menos puedo afirmar que nuestras decisiones de diseño se tanto las prácticas habituales basan tanto en nuestras décadas de experiencia como de la de trabajo de la fundición como retroalimentación de las fundiciones. los avances en tecnología de refractarios. En aquel entonces, cuando nos prácticas de su fundición. Actualmente, nosotros vemos referíamos a las cucharas de Sin embargo, hubo un periodo que, si una fundición quiere vertido superior o por la base a mediados de la década del ajustar cualquier parámetro para inferior, estaban dispuestas ya las 1980 en el que esta fidelidad a adecuarlo a sus requerimientos dimensiones de la carcasa para una los estándares, que cada vez particulares, puede hacerlo, dada capacidad, tamaño de pico, eran menos relevantes, llevó a siempre que sea seguro. Es un espesor del revestimiento y muchos situaciones en donde el cliente sistema que ha funcionado bien otros detalles. Los fabricantes de encontraba que la capacidad y hoy, en la etapa de cotización, cucharas no tenían que diseñar de la cuchara nueva no era la gracias a los avances en CAD, la las cucharas, ya que ellas eran, que esperaba. Comenzaban fundición tendrá probablemente estándar. No había adaptación a hacerse populares los un plano de disposición general en a medida del cliente, para que revestimientos refractarios vista isométrica en lugar de una su diseño encajara mejor con las de concreto por moldeo y el cotización genérica con cambios en

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las dimensiones. Una imagen tipo para seguir el lineamiento del especialmente, incorporar detalles fotografía y no un plano 2D de la 10% no sería necesario, a menos que puedan ayudar a que la cuchara. Esto hace mucho más fácil que hubiera alguna razón para cuchara rote rápidamente cuando que todo el mundo visualice lo que hacerlo. llega el momento de reemplazar va a obtener. el revestimiento. Un precalentado Los recubrimientos moldeados correcto es sustancial para de concreto refractario Sabemos que la mayoría de las minimizar los defectos de colado inicialmente no siempre tuvieron fundiciones, si le dan a elegir, y maximizar la vida del refractario, el comportamiento esperado, prefiere algo diseñado para sus pero también lo es el propio especialmente en lo que respecta requerimientos específicos. La diseño de la cuchara. filosofía de talla universal no a la vida útil del revestimiento funciona en la mayoría de los casos. y el mantenimiento requerido. Uno de los inconvenientes del las prácticas de trabajo no deberían Como muchas fundiciones refractario moldeable es que adaptarse al equipo, cuando el entonces utilizaban un crisol puede necesitar mucho esfuerzo equipo puede adecuarse a las para fundir, un método común cuando llega al fin de su vida útil. prácticas de trabajo. de precalentamiento de la Ayuda tener secciones de la base cuchara era llenarlo con el desmontables y placas inferiores Nunca ha habido un lineamiento fijo primer pinchazo al crisol, dejarlo móviles, pero puede llevar 24 para el espesor de los refractarios estar unos 10 minutos y luego horas o más quitar el refractario moldeables, pero una buena regla lingotear el metal. Dejando de y reemplazarlo. A menudo el uso empírica es 10% del diámetro lado la baja eficiencia de dicha de “picadores” mecánicos que superior. Por ejemplo, si el diámetro práctica, los ladrillos refractarios pueden dañar la estructura de la superior de la cuchara es de Ø30” podían resistir el choque térmico cuchara. Luego debe dejarse secar (Ø762mm) entonces el espesor pero los refractarios moldeados, correctamente al revestimiento del recubrimiento moldeable debe por varias razones, no podían. y esto puede tomar unas 24-48 ser 3” (76mm). Con cada cuchara Claramente estos nuevos horas antes de que se pueda pequeña o grande hay algo de revestimientos necesitaban poner la cuchara a precalentar flexibilidad. El recubrimiento sus propias técnicas de uso y para usar en la operación refractario debe tener un espesor mantenimiento. nuevamente. Estamos suponiendo de al menos 2” (50mm) a fines de que todas estas tareas se hacen Lo que rápidamente aprendimos una buena instalación e integridad en la misma fundición. Si debe fue que era importante prestar del mismo. Y, de manera similar en enviar la cuchara a una compañía mucha más atención al diseño el extremo opuesto, si el espesor especializada debe sumarle días o de la cuchara para que pudiera de refractario es de, digamos, unas incluso semanas hasta tenerla de 8”, aumentarlo a 10” solamente trabajar con el revestimiento, vuelta. Por lo que uno de los desarrollos más interesantes de los refractarios es el revestimiento premoldeado “pre-cast”, también conocido como vasija monoforma o pot, para cucharas de hierro y acero. Muchas compañías de refractarios están desarrollando y expandiendo este concepto. Como fabricantes de cucharas, tenemos que estar al tanto de estos avances y continúa en la página siguiente…

66 67 ver si el diseño de la cuchara debe horas si se cambia en la misma Para la nueva planta de EJ, en adaptarse. fundición y unas 2 ó 3 semanas Elmira, trabajamos codo a codo si la cuchara se debía enviar a con EJ para diseñar las cucharas El proceso es similar en principio en función de sus específicos a los revestimientos insural de una empresa especialista en refractarios. Este rápido recambio requerimientos. Efectivamente Foseco, pero es para utilizar con diseñamos sus cucharas en base hierro y aceros fundidos. de cucharas puede ayudar en gran medida a la producción de al refractario monoforma que Generalmente, se coloca una base la fundición evitando un potencial pretendían utilizar. La experiencia de polvo refractario en la cuchara cuello de botella si tienen un adquirida en EJ Ardmore, les hizo y luego se coloca la monoforma número limitado de cucharas ver claramente la elección para su en la carcasa y se lo posiciona en disponibles. nueva planta. La cuchara para EJ el centro. El espacio que queda en Elmira tenía una forma compleja, entre esta vasija premoldeada y El uso de la monoforma puede con dos boquillas extendidas la carcasa de la cuchara se rellena también reducir el riesgo de y el uso de una monoforma con polvo refractario, el cual se la enfermedad ocupacional de premoldeada les simplificaba en va compactando por vibración. dedo blanco por vibración para gran medida el revestimiento de Este polvo del revestimiento el operador que debe destrozar estas cucharas. el viejo recubrimiento. Unos actúa como un recubrimiento de Me gustaría dejar las palabras finales seguridad y a menudo permite el pocos golpecitos en la base de la cuchara es mucho mejor que varias a Brian Gorton de Weir Minerals. Al uso de cucharas que no fueron consultarle acerca de las ventajas diseñadas específicamente para horas con un martillo o taladro neumático. de los revestimientos preforma, me esta monoforma. devolvió estos comentarios: Se da terminación a la parte Desde el punto de vista del diseño de la cuchara, la utilización de • Menos trabajo de impacto para superior de la cuchara con una el operador – se quita la exposición capa de refractario para sellarlo y pots premoldeados presenta un abanico de posibilidades. Es más a la vibración de la limpieza y evitar que el polvo caiga al inclinar remoción del revestimiento (HAVS – la cuchara. Normalmente la sencillo adaptar la carcasa de la cuchara para adaptarse a una Síndrome de Vibraciones al sistema cuchara tendrá o bien un aro plano Mano-Brazo). o placas de acero desmontables preforma disponible. Y cuando se para mantener a la monoforma en trata de cucharas de tratamiento, • Ambiente de trabajo más seguro- su lugar cuando se rota la cuchara. con vertido tipo tetera o cucharas Menor exposición al polvo, ruido y de geometría extraña, el uso de un trabajo en espacio confinado. Es mejor diseñar la cuchara desde revestimiento premoldeado puede el vamos para ser usada con un simplificar las cosas en buena • Mejor control del revestimiento pot monoforma, pero no siempre medida. Tanto al fabricar la cuchara refractario y de los costos de es necesario conseguir una como al instalar/reemplazar el mantenimiento. cuchara nueva si piensa en utilizar refractario. • Mayor cantidad de cucharas monoformas premoldeadas. POR EJEMPLO: disponibles para la producción. La monoforma debería durar tanto Hemos suministrado cucharas • Ya no se afecta a la producción como un refractario moldeable. por falta de cucharas disponibles. (Básicamente es el mismo de tratamiento tipo tetera para material). EJ desde el 2003. Inicialmente, • No se daña la carcasa de la las cucharas se entregaban con cuchara luego del golpeado Reemplazarlas, es tan simple como un formador del revestimiento mecánico (knock out). quitar el aro o placas y luego dar de piezas múltiples y revestir vuelta la cuchara. Unos pocos con refractario esas cucharas era • Sin costos de reparación. soplidos en la base de la cuchara una tarea mayúscula. Alrededor • Sin necesidad de quitar son generalmente suficientes del año 2013-14 nos enteramos mecanismos de colado y volver a para que salgan los polvos y la de que EJ había adaptado estas colocarlos al recibir de vuelta la monoforma, ésta última en una cucharas para usarlas con una cuchara. sola pieza. Luego puede limpiarse monoforma en forma de vasija la cuchara y volver a recubrir para el recubrimiento refractario. • Plazos breves para recambio del con un nuevo pot en cuestión de Proveímos una cuchara tipo tetera revestimiento refractario. horas. Este proceso es por lejos adicional en 2016 para EJ y en esta más eficiente y reduce el tiempo cuchara incorporamos algunos de reemplazo a 4 – 8 horas, cambios para que su uso con la Contacto: dependiendo del tipo y tamaño de monoforma fuera más sencillo. cuchara. Comparado con 24-36 STEVEN HARKER [email protected]

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AFINO DE GRANO Y ANÁLISIS TÉRMICO DEL ALUMINIO LÍQUIDO; ¡NO DAÑE A SU METAL LÍQUIDO! las propiedades del baño fundido a menudo se desperdician en todo el mundo por un horno SOLUTIONS sucio, transferencia turbulenta, FONDERIE aspiración de aire del basín de colado y de un sistema de canales de alimentación mal diseñado. Cada FRANÇOIS AUDET día puede cambiar el ambiente en SOLUTIONS FONDERIE la fundición, afectando parámetros de proceso como termografía del PUNTOS SOBRESALIENTES DEL ARTÍCULO molde, atrapamiento de humedad • Añadir afinadores de grano/fundentes al baño de aluminio líquido previene en el baño metálico, reoxidación defectos en las piezas fundidas; y atenuamiento del nivel de refinamiento de grano o de su • Adiciones de afinador de grano sin medir las propiedades del baño es con- potencial de nucleación. ¿Por qué traproducente; necesita desgasificar más hoy que • El análisis térmico mide las propiedades de la solidificación de su aluminio antes? Recolectemos datos de líquido; proceso para comprender y discutir como equipo. ¿Qué sucede en la • Podría no necesitar añadir refinador: ¡tomemos decisiones basadas en datos! planta que provoca más rechazos que hace 6 meses? Con datos, MEDICIÓN DE PROPIEDADES DEL ejemplo, el valor de % de Titanio tendremos el primer paso cumplido BAÑO: entregado por su espectrómetro para prevenir defectos de manera Es necesario medir y minimizar las podría no encontrarse activo en científica y para conseguir trabajos variaciones de propiedades de su la forma que usted lo necesita; en piezas de mayor valor. el análisis térmico le permitirá baño de metal de turno en turno, si ANÁLISIS TÉRMICO DE ALUMINIO conocer eso. El objetivo es quiere hacer crecer su negocio con A356: piezas de mejor valor o solamente siempre comenzar con un baño para bajar el costo de su operación. de la misma calidad. Todos los sistemas de análisis térmico no son lo mismo. Asegúrese La densidad obtenida con el ensayo Aún más, conocemos que de preguntar cómo se calculan los de presión reducida (Reduced nuestros esfuerzos para controlar Pressure Test “RPT”) proporciona continúa en la página siguiente… un índice de calidad del baño; un valor mixto de contenido de hidrógeno y óxidos en su baño que contribuye a la formación de porosidad. El espectrómetro le dice la presencia porcentual % de algún elemento químico en la aleación. Un sistema de análisis térmico como el de Solutions Fonderie mide las propiedades de solidificación de la aleación en planta en menos de 8 minutos; ¿Es el que utiliza su software de simulación? ¿Los elementos que medimos por el espectrómetro están disponibles para participar en los eventos de Figura 1: Se está tomando una muestra de aluminio líquido para el análisis solidificación como se mide en un térmico de sus propiedades de solidificación con el sistema SF. La termocupla sistema de análisis térmico? Por está rodeada por el metal líquido.

69 eventos de solidificación durante su demostración de un sistema de análisis térmico para confirmar su repetibilidad, por ejemplo. La Figura 1 muestra de aluminio líquido A356 tomada de un análisis térmico usando el sistema SF. Entre las diversas características de solidificación, observamos el liquidus, zona pastosa, la fracción sólida crítica, el eutéctico, las fases tardías (MgSi, MgCuAl), el Figura 2. Interfaz amigable del sistema de análisis térmico para el operador del solidus y varios más basados en horno para afino de grano y evaluación del nivel de modificación para aluminio los requerimientos de la aplicación. A356. Las otras propiedades del baño se registran y se utilizan para cerrar el lazo Durante la solidificación, cada de análisis del caso con el software de simulación. evento libera o absorbe energía. Por ejemplo, una escasez de núcleos en el baño afecta fuertemente la energía necesaria CASO DE ESTUDIO - REAL 0,05% y el efecto de envejecido para iniciar la solidificación. Como AHORRO DE COSTOS: ocurrió de 3 a 4 horas después. consecuencia, vemos recalescencia El operador del horno no Para esa pieza en particular y en el liquidus. El añadido de un necesita comprender la curva ese equipo de fundición y las refinador de grano aumenta de enfriamiento de la muestra condiciones ambientales en ese el potencial de nucleación del del análisis térmico. Solamente turno, esa cantidad fue suficiente baño lo cual facilita el arranque necesita los datos de propiedades para obtener una calidad óptima de la solidificación. Pero ¿Cómo de solidificación de la última versus costos de operación. sabe cuándo y cuánto añadir de muestra fundida para tomar ¡Confíe en sus datos! La calidad del refinador de grano al baño de medidas. Como cuando precisa aluminio líquido cambiará día a día metal? ¿Es bueno o malo para las el valor de densidad del RPT para y a menudo, lote a lote. Midamos piezas que hace y para la materia confirmar que el baño alcanzó su cómo se afectan los eventos de prima que utiliza para fundir? ¿Cuál objetivo de limpieza. (Figura 2) solidificación durante el proceso es la eficiencia del tratamiento de de colado para tomar las acciones su baño? ¿Cuánto se atenúa su Ahora el operador (o la máquina justificadas por los requerimientos efecto con el paso del tiempo? ¿Su de inyección de fundente) sabe de cada trabajo. Luego tendremos operador comprende los que está cuándo se debe agregar un un buen y estable baño líquido haciendo y por qué? refinador de grano /fundente de para colar piezas cada vez más limpieza, si fuera necesario, y en complejas. Comprenderemos La industria reconoce varios ese caso cuánto necesita el baño. mejor cómo prevenir defectos. eventos de solidificación, para los El gerente de calidad se asegurará Por ejemplo: ¿fue la culpa de cuales el análisis térmico es rápido de extraer la curva de enfriamiento un lote de aluminio de calidad y efectivo para medirlos, como y las propiedades de las fracciones fuera de estándar o fue culpa de afino de grano y modificación críticas que llevan a tener buenas un mal diseño de los canales de del nivel de eutéctico en aluminio piezas coladas. Y exportará los alimentación? A decir verdad, esto 356. En 2020, los sistemas de datos para las simulaciones de recién empieza; no dañe su metal análisis térmico avanzado permiten llenado y solidificación. Ahora fundido en el camino desde que lo medir fácilmente los eventos de las propiedades para nuestra saca del horno y hasta que termina solidificación de manera precisa aleación utilizadas en el software de solidificar dentro del molde. y repetitiva. Esto puede hacerlo de simulación y los datos de el operador de planta, al lado del la aleación en planta son más horno; sin necesidad de un técnico exactos; evitemos el meter datos del laboratorio. Por supuesto, basura para obtener simulaciones mediremos luego el tamaño de sin valor. grano utilizando metalografía como el método Barker. Aun así, su Durante muchos años, el sistema de análisis térmico puede procedimiento de la fundición proveer en menos de 8 minutos era añadir entre 0,1% y 0,5% Contacto: una medición con la precisión que de afinador de grano al baño. FRANÇOIS AUDET su operación necesita. Finalmente, pudimos añadir sólo [email protected]

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• Mida las propiedades de su metal líquido • Trate al baño en base a los datos • Registre los datos para diagnóstico • Produzca piezas fundidas de calidad consistente

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el proceso, volvemos a aumentar a nuevas fuentes de hidrógeno la probabilidad de defectos que o de otros gases no deseables no se descubrirán hasta más que pueden llevar a defectos de tarde en el proceso. Al utilizar porosidad. una bomba de transferencia con OBSERVE EL SISTEMA sistema launder que permite COMPLETO transferir el metal de manera subsuperficial, podemos controlar Como en nuestra discusión este aspecto del proceso y evitar anterior acerca de por qué hay la probabilidad de oxidación que a que comenzar por el principio, su vez nos traerá inconvenientes de se desprende que tenemos que calidad, y ni mencionar la costosa tomar en consideración el sistema Sistema de Transferencia Launder MMEI pérdida de metal resultante. Al completo. En muchos ambientes combinar un filtro con una bomba de fundición, tenemos que trabajar Filtrada con Desgasificador Rotatorio de transferencia launder y luego con lo que tenemos respecto a la (Vista de Corte) un bien diseñado recinto launder, distribución de equipamiento en que eliminará casi completamente el espacio (layout). La realidad mantener los beneficios del metal la oxidación, es que podemos ver es que siempre hay objetivos filtrado que fluye tranquilamente cómo cada paso del proceso se que compiten entre sí, de modo sobre el launder. Debemos vuelve igualmente importante al que a veces estamos forzados considerar las interrelaciones entre buscar lograr que entre un metal a encontrar soluciones de estos varios factores y estar alerta limpio al molde y evitar que se compromiso. Si la inversión nunca para lograr un proceso libre de agraven los inconvenientes dados fuera un problema, podríamos defectos. Esto nos resalta otros los procesos multinivel de todas simplemente reemplazar elementos básicos de un buen nuestras operaciones. cualquiera de los elementos del proceso como comunicación, sistema que no nos gusten y oportuna retroalimentación e POR QUÉ ES IMPORTANTE LA reemplazarlos o modernizarlos. instrumentos de medición efectivos. SECUENCIA En la mayor parte de los casos no RESUMEN En nuestras operaciones hay podemos darnos este lujo y por decisiones acerca de cómo lo tanto necesitamos identificar Aunque en nuestro ejemplo secuenciar los pasos y dónde las partes del sistema que analizamos un proceso que me introducir procesos que impacten tenemos fijas y determinar cómo es muy familiar, estos conceptos la calidad. Dónde filtrar, dónde sobrellevar los inconvenientes pueden aplicarse ampliamente desgasificar y cuándo y si es que pudieran presentar. Aquí dentro de nuestra industria. Cada necesario añadir aditivos, son es donde la experiencia da sus vez que le agregamos valor o todos interrogantes que necesitan frutos, ya que a lo largo del tiempo procesamos una pieza que ya tiene encararse para estudiar el potencial tendemos a ver sistemas similares un defecto estamos agravando una para ciertos tipos de defectos. y podemos identificar más mala situación y veremos aumentar Siguiendo con nuestro ejemplo de eficientemente áreas potenciales los rechazos y disminuir el flujo utilizar una bomba tipo launder de creación de defectos y trabajar de efectivo. Es vital observar el con filtro para transferir el metal ya para eliminarlos. En el caso de proceso completo antes de ponerse sea a un horno de mantenimiento, nuestro sistema de transferencia a extraer datos con el nivel de detalle cuchara o más directamente al launder con filtro cerámico, uno necesario para prevenir defectos punto de colado, la secuencia de los impactos clave serán complejos. En el caso de la fusión de dónde introducir actividades las elevaciones y qué tan alto metal y los procesos de fundición, enfocadas en la calidad es clave. necesitaremos elevar el nivel la cantidad de variables son casi Un buen ejemplo sería un proceso de metal para transferirlo de ilimitadas enfatizando la necesidad en-línea, donde como parte del manera que resultará en mayor de un proceso robusto que se proceso de transferencia podemos beneficio global del proceso y cimiente en las experiencias pasadas. introducir un desgasificado de de los resultados financieros. Las empresas comprometidas modo de poder eliminar gases Aunque hemos recorrido un con la mejora continua, con buena indeseados atrapados que puedan largo camino en esta área, aún documentación de sus procesos, ser fuente de porosidad, como hay limitaciones y comprender que encuentran la causa raíz, verán último proceso anterior a que se esto tempranamente es una gran disminuir sus tasas de defectos y entregue el metal a la máquina de ventaja. El caudal total de metal rechazos y progresarán sobre base colado. Esto nos permite eliminar fluyendo será una consideración firme hacia el futuro. otra cusa potencial más de defectos importante en este punto del Contacto: al minimizar el tiempo durante el proceso. Idealmente querríamos JEFF KELLER cual puede estar expuesto el metal maximizar el caudal y a la vez [email protected]

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Desafortunadamente esto llevó a 1. Redimensionamiento de las algunas zonas muertas / con escoria 6 mangas de placa fibrosa con atrapada en esa área. mangas isotherm ahorró 300kg/ manga = 1800kg ANTECEDENTES DEL PRODUCTO SOLUCIÓN 2. Esto también resultó en cuellos de montante más limpios evitando Recubrimiento del montante con la deflexión de la llama y daños al cerámicos Isotherm. Isotherm es un cortar. material cerámico aislante de bajo peso que no necesita ligante y hace 3. Remoción de los pads en ignición a 1350 °C. esto significa pared interna = 1700 kg Se realizó que no se producen gases durante colocando canales de entrada el colado y permite que puedan en la parte inferior de la pieza y colocarse muy cerca o incluso sobre creando dos montantes pequeños la superficie de la pieza colada sin isotherm en las entradas, lo cual causar ningún defecto ni arena evitó tanto las contracciones como quemada. También tienen un factor la erosión/quemado en esta área. de extensión de Modulus (MEF) de El peso de estos montantes se 1,52 en comparación con el típico absorbió al simplificar el sistema 1,2 MEF de las placas fibrosas en de alimentación. montantes grandes. Esto significa 4. Para poder remover los pads se que los mangos isotherm son necesitó una hilera de enfriadores típicamente un 45% más pequeños a lo largo de la pared interna que su equivalente de placa fibrosa. para cumplir con el standard de integridad requerido. Sin embargo, NUEVO MÉTODO DE COLADO esto también evitó cualquier riesgo Mediante el uso de nuestro de mecanizar dentro del área de software, discutiendo y calculando la línea central y sus defectos pudimos reducir el peso de la pieza asociados, se redujo también el colada hasta llevarlo a unas 28,5 tiempo de mecanizado en aprox. 3 ton aproximadamente, al hacer los horas. siguientes cambios:

continúa en la página siguiente…

76 77 CONCLUSIÓN Desde el punto de vista de la fundición, la reducción en el peso lograda por el proyecto no sólo hizo posible que la fundición utilizara un único horno y una única cuchara, lo cual además de resolver inconvenientes de manipulación y colado trajo aparejado un gran ahorro en energía y metal. Cuando a esto le sumamos el beneficio de menor mecanizado y la posibilidad de cortar los montantes muy cerca de la brida, reducir los Contacto: cortes por arco y el desbarbado, da por resultado ahorros significativos de USA tiempo en el proceso de acabado. ROB STEELE Desde nuestro punto de vista el nuevo método y los cambios en la Foundry Advanced Clay Technologies (F.A.C.T.) alimentación de la pieza no sólo cumplió los requerimientos del cliente, [email protected] sino que también demostró claramente los beneficios de reducir el tiempo de colado -20% temperatura sobrecalentado -15 °C y la velocidad JOE HOWDEN en el ataque un 25%. La prueba de los beneficios técnicos puede verse Eildon Refractories Ltd. [email protected] observando la terminación superficial de la pieza recién colada.

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PREVENCIÓN DE DEFECTOS CON UNA FUNDICIÓN DE CLASE MUNDIAL En mis viajes veo una y otra vez fundiciones que tienen que hacer mantenimiento a los hornos cada trimestre y, hasta cada mes. Aquí hay algunos procesos que RICHIE HUMPHREY debería seguir para tener una National Sales Manager “Fundición de Clase Mundial”. THE SCHAEFER GROUP, INC. ¿Cómo se compara su fundición? PUNTOS SOBRESALIENTES DEL ARTÍCULO 1. ¿Qué tan a menudo añade fundentes y limpia su baño? Yo lo • Realizar mantenimiento de sus hornos regularmente y registrarlo es crucial. limpiaba cada 12 horas. • Filtre su metal ya sea con un filtro caja o uno en línea para minimizar las 2. ¿Cada cuánto añadía fundentes/ inclusiones limpiaba sus fosas u hornos de • Filtrar tiene muchos beneficios y debe ser lo primero que observe para mantenimiento? Yo lo limpiaba cada corregir problemas de inclusiones y algunos de hidrógeno. 12 horas. 3. ¿Cada cuánto quita la escoria sobrenadante de su máquina de Una de las mejores maneras de optimizar la prevención de fundición o cuba? Yo desescoriaba a defectos es ofrecerle a su pieza fundida un metal líquido de cada hora. calidad de nivel mundial. Tantas compañías han perdido el 4. ¿Cada cuánto chequeaba la foco de lo que es más importante en el proceso de fundición, temperatura del baño del horno de la calidad del metal que tienen en el horno. mantenimiento con una unidad de mano con “Calibración Certificada” Visito fundiciones a lo largo y Tantas fundiciones tienen un para confirmar que la lectura de la ancho del país y veo que muchos responsable de mantenimiento de termocupla sumergida es exacta? Lo han olvidado lo importante que es los hornos y solamente aparece hacía 3 veces en un turno de 12 horas. cuidar bien de los hornos, limpiar/ cuando hay un problema. las 5. ¿Cada cuánto chequeaba la añadir fundentes al baño y mantener fundiciones no hacen controles temperatura del horno de fusión con los hornos sellados, para lograr una regulares para verificar que se la misma unidad de mano? Lo hacía 3 pieza libre de defectos. sigan los procedimientos. Vengo de una fundición que priorizaba los veces por turno. Fundir metal con calidad mundial hornos y se la reconocía fácilmente 6. Si tiene un gerente de significa tener una tasa muy baja de por la baja tasa de rechazos al operaciones, ¿cada cuánto sale esta rechazos de piezas fundidas debido sacar piezas inyectadas. Todo este persona, como gerente a mirar los a la buena calidad de la aleación y su esfuerzo puesto al inicio del proceso hornos, abrir la puerta y verificar que baja cantidad de óxidos producto de se veía claramente al sentarnos a hayan sido limpiados? Lo hacía una la limpieza de los hornos de fusión/ hacer los números del balance. vez al día. mantenimiento. Esta es la fuente o “Naciente del Río” donde todo lo La inversión en empleados Coloqué una hoja en la puerta de que sucede aguas abajo es resultado adicionales que se aseguren que los carga del horno y cuando el operador directo de lo que salió de dicha hornos estén limpios, se limpien a de cada turno la limpiaba, anotaba naciente. Como he dicho tantas tiempo y que se haga desescoriado, el horario y firmaba para registrar veces, es difícil sacar una buena tiene una mejor relación costo que había sido limpiada. Como pieza con un metal sucio/malo. beneficio que el dinero tirado en hacer piezas defectuosas y en reparaciones hechas a los hornos. continúa en la página siguiente…

78 79 Muestra A: Revestimiento de 4-Meses Muestra B: Revestimiento de 3 años de Muestra C: Revestimiento nuevo del que dicen limpiar a diario. horno limpiado apropiadamente horno yo la miraba diariamente, sabía Dicho esto, las fundiciones de En algunos raros casos cuando cómo debía lucir al inspeccionarla aluminio deberían repensar la se encuentre en una zona muy viendo el horario en que se había dirección que están tomando (que húmeda, podría terminar con una limpiado. Lo que observaba debía no está funcionando) y retornar a gran cantidad de hidrógeno en el correlacionarse con el horario los horneros y fundidores de planta. metal de la que el filtrado no se registrado caso contrario lo resolvía encarga. Si cuela por encima de con la persona responsable, antes Otra Manera de Prevenir los 1300 ºF (704ºC), (que como de que el horno se saliera de inyector es algo que nunca debiera control. Seguir religiosamente estos Defectos y Entregar un hacer), puede estar absorbiendo procedimientos llevó a no tener más hidrógeno en el metal. Si, reparaciones de importancia en el “Metal de Nivel Mundial” como fundidor, se encuentra horno. es Filtrarlo. por encima de 1400 ºF (760ºC), entonces está actuando como Aquí hay tres ejemplos de todo lo ¿POR QUÉ DEBERÍA FILTRAR MI esponja, llevando al hidrógeno que hemos discutido. Muestra A: El ALUMINIO? dentro del metal. gerente tomó por cierto lo que su equipo de trabajo le decía. Llamé Ya sea que inyecte, cuele en Hay varias razones más por las al gerente junto al horno, abrí la molde permanente o en arena, la que las inclusiones y el hidrógeno puerta y le mostré. Lo que vió lo pregunta que siempre surge es: pueden encontrar el camino hasta dejó sin palabras. Por esto llamo yo ¿debería filtrar el metal, desgasearlo su pieza. Si pincha el horno y a una fundición que el responsable o ambos? Terminemos con este pasa el metal a su cuchara de de planta mira a diario el horno asunto ahora mismo. Si usted transferencia, luego lo vuelca a un una “Fundición de Clase Mundial”, funde aluminio para obtenerlo horno de mantenimiento y luego verificando que se hayan seguido con una gravedad específica de, con una cuchara lo vuelca en el los procedimientos. En las muestras digamos, 2,62, es probable que orificio de colado, usted acaba de B y C, puede ver los efectos de un va a desgasificar para llegar a ello cometer tres actos turbulentos con mantenimiento apropiado luego (dependiendo de la aleación). Si su aluminio líquido. Estos vuelques de 3 años al compararlo con uno las especificaciones de su cliente de metal atraparán aire e hidrógeno nuevo. lo demandan, mejor que haga en el aluminio e inclusiones. desgasificado. Esto podría provocar que tenga Probablemente esté pensando que Si al final del mecanizado están que desgasear y filtrar. He visto no hay manera de que podamos compañías que de hecho elevan la hacer esto y que es una locura encontrando zonas duras, entonces necesita filtrar. Si al cortar las temperatura del aluminio para lograr trabajar así de duro en el horno y una mejor colabilidad y fluidez en el metal. Bueno……. Lo hacíamos piezas se ven signos de porosidad podría ser que no sea necesario piezas difíciles. Si sólo hubieran en la fundición de la que vengo intentado filtrar primero podrían no y 30 años después, seguimos desgasificar. Déjeme explicar. Si sus moldes están correctamente tener que subir tanto la temperatura presionando para que el trabajo se o incluso nada. haga como es debido cada turno. Se venteados, el hidrógeno disperso preguntarán el porqué. La prueba saldrá entonces por los venteos Nos parece que todos debieran está en el balance financiero. Cada cuando se cierra la máquina de filtrar su metal ya sea con un filtro año tuvimos tasas de rechazos colado. Pero, si tiene inclusiones en tipo caja (Fig. 1) o (Fig. 2). Con asombrosamente bajas para su metal, puede atrapar hidrógeno la posible excepción de fusión muchos, pero para nosotros era en un área particular de la pieza y eléctrica (e incluso ellos si están normal mantener esos bajos valores ese es su problema de porosidad, fundiendo piezas de retorno o cada mes/cada año. no el hidrógeno. haciendo piezas de calidad para

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la industria aeronáutica), todo horno fabricado para producir aluminio producirá algunas inclusiones. Hornos que tienen llamas tocando el baño ó sólidos sobre una solera absorberán más hidrógeno y productos de combustión que aquellos hornos donde la llama nunca toca el baño de aluminio o las piezas de retorno o los lingotes. El filtrado tiene los siguientes beneficios: 1. El filtrado aumenta la fluidez posiblemente permitiéndole reducir la temperatura de colado que es mejor para los moldes. 2. Ayuda a reducir el hidrógeno que atrapan las inclusiones. 3. Reducirá el 90% de todas sus inclusiones de 25 micrones o más y cuánto más se vaya taponando el filtro, más fina será la filtración. 4. Si toma en cuenta el filtro al momento de diseñar el horno, puede diseñarse de manera que sea muy fácil cambiarlo. 5. Los filtros filtran 1-1,5 millones de libras con buen resultado Figura 1: antes de taponarse, dependiendo de qué tan sucio esté el metal entrante. Filtro caja de gravilla para inmersión en fosa 6. ¡Manera barata de reducir el scrap!

El Filtrado debería ser una de las primeras cosas que mira al corregir temas de hidrógeno e inclusiones. No puedo pensar una mejor manera de prevenir defectos que alimentar al proceso con el metal más limpio/ inmaculado para alimentar las piezas.

Figura 2: Filtro de gravilla Nº8 en línea para sistema launder o al lado de máquina

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LA SOLUCIÓN PRÁCTICA EN SIMULACIÓN www.finitesolutions.com PREDICCIÓN Y ELIMINACIÓN DE DEFECTOS EN CERAS PERDIDAS UTILIZANDO SIMULACIÓN Todo lo que se precisa para esta simulación inicial es el modelo de la pieza, generalmente provisto por el cliente en formato STL y datos muy básicos del proceso como aleación de la pieza, material/espesor de la cáscara, temperatura de colado y temperatura de precalentamiento DAVID C. SCHMIDT del molde. Nuestro ejemplo de Vice Presidente pieza industrial es un impulsor. En la FINITE SOLUTIONS, INC. figura 1 se muestran los resultados de la simulación sin sistema de PUNTOS SOBRESALIENTES DEL ARTÍCULO alimentación. • Las simulaciones logran un buen diseño de alimentación de la pieza de manera Una vez que esta simulación está rápida, concienzuda y altamente precisa. completa, se convierten los datos • Aprenda los 5 pasos en el proceso de diseño. de solidificación a información de módulo térmico y se determinan las áreas de alimentación. En este INTRODUCCIÓN caso, se predicen dos zonas; una en la cara superior y otra en la inferior. La simulación computacional hace posible sintetizar los Al graficar las áreas de mayor elementos de un buen diseño de alimentación en un método módulo, podemos encontrar los general que es rápido, minucioso y altamente preciso. puntos de entrada de alimentación preferibles. Las zonas de alimentación Y, debido al nivel de automatización involucrado, esta y los últimos puntos en solidificar se herramienta permite a los nuevos ingenieros de fundición muestran el las figuras 2 y 3: diseñar sistemas de colado efectivos.

El proceso de diseño consta de los siguientes pasos: Figura 1: Resultados de simulación de solidificación de “pieza desnuda” a partir del • Simulación de la pieza “desnuda” modelo STL de una pieza fundida de un impulsor. • Dimensionamiento de la alimentación • Creación de la Geometría de Barra de Alimentación • Verificación mediante Simulación de Solidificación/CFD

SIMULACIÓN DE ‘PIEZA DESNUDA’ El primer paso para diseñar el sistema es correr una simulación de la pieza ‘desnuda’; sin ninguna alimentación. La simulación muestra el efecto de la geometría de la pieza en la solidificación global. Generalmente no se analiza el llenado, obteniendo resultados extremadamente rápido y puede indicar las ubicaciones preferidas para la alimentación que promoverán una solidificación direccionada.

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Último punto en solidificar en la zona

Figura 2: Zona Nº1 de alimentación

Última área en solidificar en la zona

Figura 3: Zona Nº2 de alimentación

DISEÑO DE ENTRADA DEL METAL Y BARRA el asistente de cálculos de montantes “Riser Design ALIMENTADORA Wizard”, que se desarrolló inicialmente para calcular montantes cilíndricos para el proceso de fundición Se calculan las dimensiones de la entrada de metal y en arena por gravedad. Sin embargo, brinda buena de la barra alimentadora usando el módulo térmico. información para el proceso de ceras perdidas, también. Esto toma en cuenta no solamente la aleación y el Un ejemplo de la pantalla interactiva del asistente se material de la cáscara, sino también las dinámicas de muestra en la : solidificación de la situación específica incluyendo el Figura 5 uso de materiales aislantes como cobertores Kaowool o continúa en la página siguiente… Fiberfrax. Lineamientos para dimensionar la entrada y barra alimentadora en Figura 4: Una vez conocido el módulo máximo en la zona de alimentación, podemos calcular el tamaño apropiado de una entrada con forma cónica, así como las dimensiones de la barra alimentadora que entregará metal adecuadamente a la pieza. Este cálculo lo hace

Figura 5: Los datos del Modulus se usan para dimensionar Figura 4: Dimensionamiento de ataque y barra alimentadora. tanto la boquilla de entrada como la barra alimentadora.

84 85 MODELADO DEL SISTEMA DE ALIMENTACIÓN El cálculo de boquilla de entrada y barra alimentadora solamente toman unos minutos. Los componentes del sistema se pueden crear en CAD o en el mismo software de simulación. Ítems que se usarán para más de una pieza, como una copa de colado standard, puede crearse en un formato de componente, que permite reutilizarla cuando se necesite, ahorrando un tiempo considerable en la fase de creación de los modelos. Si se desarrolla y utiliza una biblioteca de componentes del sistema de alimentación, el proceso completo de diseño del proceso, desde la carga de la pieza desnuda hasta tener un sistema completo listo para la simulación de verificación, puede hacerse en unos 30 minutos. Figura 6: Diseño inicial y gráfica de la densidad del material, mostrando áreas de pobre alimentación. VERIFICACIÓN DEL DISEÑO UTILIZANDO CFD Y ANÁLISIS DE LA SOLIDIFICACIÓN Una vez diseñado el sistema de alimentación, se hace un análisis computacional completo fluidodinámico (CFD) para visualizar y predecir el llenado del molde. Esto también nos entrega una distribución de temperaturas más precisa, lo cual nos da el mejor análisis de solidificación. Además del análisis de temperatura, el análisis CFD puede entregar información de velocidades. Es importante mantener bajas velocidades en el flujo del metal durante el llenado, para minimizar las posibilidades de defectos por reoxidación o turbulencia. Generalmente al análisis del llenado le sigue automáticamente un análisis de la solidificación, usando cálculos térmico y volumétrico combinados. Esta técnica no sólo predice Figura 7: Alimentación mejorada al invertir la pieza, agregando entradas una solidificación pobremente direccionada, múltiples a la brida. sino que también nos entrega el más preciso análisis de macroporosidades debidas a falta de alimentación de metal. decidió invertir la pieza y alimentación sobre ésta, esperando que En muchos casos, la porción de análisis del el proceso de llenado crearía los gradientes de temperatura para la diseño puede hacerse en una hora o menos. Las solidificación direccional. Se muestra el diseño inicial en laFigura 6: simulaciones de verificación, utilizando análisis Desafortunadamente, el llenado no tuvo el efecto deseado y hubo CFD completo, puede hacerse típicamente en áreas aisladas de la alimentación en cada paleta o aspa. Entonces dos horas o durante la noche, dependiendo la fundición dio vuelta la pieza y le dio múltiples entradas a la brida. de la velocidad de los procesadores y de la Se muestran el modelo y los resultados en la Figura 7: memoria disponible de la computadora y de la complejidad de la pieza y los materiales Este ejemplo muestra claramente por qué es importante verificar el utilizados. En general, las piezas fundidas con diseño de la alimentación con una simulación completa, incluyendo paredes delgadas requieren más tiempo de el análisis fluidodinámico. Es imposible que las reglas empíricas cálculo y los materiales con conductividades tomen en cuenta todas las variables y dinámicas de un proceso tan térmicas mayores, como el aluminio y el cobre, complicado como el llenado y la solidificación de piezas fundidas. tomarán más tiempo de cálculo, con los otros Sin embargo, esas reglas nos pueden ayudar a tener un buen parámetros iguales. diseño mucho más rápido que por simple prueba y error.

Una de las cosas que el análisis de las zonas Contacto: de alimentación NO nos dice es el efecto del DAVID C. SCHMIDT flujo de metal. En este ejemplo, la fundición [email protected]

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5 CLAVES EN PINTURAS REFRACTARIAS PARA REDUCIR DEFECTOS EN PIEZAS FUNDIDAS 5 CLAVES EN PINTURAS REFRACTARIAS PARA REDUCIR DEFECTOS EN PIEZAS FUNDIDAS • Elección de la pintura refractaria • Preparación de la pintura • Control de calidad STANLEY FOREHAND • Técnicas de Aplicación adecuadas Field Technical Service Manager • Secado apropiado de la Pintura HA INTERNATIONAL Depositada PUNTOS SOBRESALIENTES DEL ARTÍCULO • Las Pinturas Refractarias son uno de los productos utilizados para producir piezas fundidas de calidad • Procesos controlados permiten comprender mejor qué es lo que está sucedien- do en las fundiciones. • Aprenda las 5 claves para reducir los defectos en las piezas usando pinturas refractarias Vista Microscópica de Pintura Refractaria Aplicada En una industria que existe desde hace varios siglos de riqueza de conocimientos y experiencia, aun hoy nos encontramos CLAVE Nº1 :ELECCIÓN DE LA PINTURA analizando un defecto en una pieza fundida y nos preguntamos: Seleccionar la mezcla refractaria “¿qué cambió?” Esto es así porque sabemos que nuestra industria correcta para su aplicación. La pintura es dependiente de sus procesos y que tenerlos bajo control es la refractaria es un material protector, clave del éxito. El recubrimiento de pintura refractaria es uno de los aplicado a la superficie de un corazón productos que utilizamos para producir piezas de calidad. Aunque o molde, para reforzar el acabado superficial de la pieza y reducir los la cantidad usada es pequeña en comparación, estos productos se defectos que aparecen en la interfaz aplican en la interfaz molde/metal, la cual es crítica cuando se habla arena-metal. Lo logran rellenando de defectos. Desprendimientos, inclusiones, costras, expansión, vacíos, aumentando el poder refractario gas, penetración del metal, llenados incompletos y defectos del molde o corazón, mejorando la superficiales, todos pueden verse afectados por las prácticas piel de la arena y controlando lo que en aplicación e revestimientos refractarios. Por lo tanto, ¿cómo sucede en el molde. El componente controlamos este aspecto de las operaciones de nuestra fundición? refractario es el caballito de batalla de la pintura. Los proveedores utilizan un amplio rango Refractarios Típicos Utilizados de refractarios y pueden hacer un revestimiento a medida de las necesidades de su fundición. Una conversación fluida con su proveedor es clave para obtener la pintura correcta para el trabajo. Source: Foundry Management and Technology; October 21 continúa en la página siguiente…

87 CLAVE Nº2: PREPARACIÓN DE LA • Elija la cuchilla correcta y la automatización y ensayo en tiempo PINTURA rotación adecuada para mover la real que eliminan algo de la variación Debemos comprender una verdad pintura a lo largo de todo el tanque. dependiente del operador, pero fundamental que es que una pintura • El diseño del tanque de pintura los ensayos fundamentales son los es solamente tan buena como la también es crítico. Construidos en mismos. Debería incorporar al menos superficie del corazón o molde sobre acero inoxidable, redondos o con 3 de los siguientes métodos dentro la que está aplicada. El objetivo esquinas redondeadas, deflectores, de su plan de control. Las fundiciones es siempre aplicar sobre el molde relación tanque a diámetro de son multivariable de modo que o corazón una pintura preparada cuchilla 2:1 a 3:1 y la separación y nuestros métodos de ensayo deben apropiadamente. Estas pinturas ubicación de la mezcladora también ser multivariable si queremos lograr tienen múltiples componentes y son clave. una fotografía verdadera de lo que son suspensiones, no soluciones. • Documente le proceso de está cambiando. Verificar propiedades Típicamente se las despacha preparación de la pintura. múltiples de la pintura es clave. como barros espesos para evitar Cualquiera sea el tipo de mezcladora 1. Baume la sedimentación y embarcar un y tanque que su fundición haya 2. Viscosímetro de copa gran componente portante. Estos decidido utilizar, asegúrese de que la 3. Viscosidad Brookfield factores hacen que sea crucial para pintura esté bien mezclada antes de 4. Densidad (peso por galón) el proceso mezclarlos hasta su ponerla en servicio y de que se siga 5. % Sólidos homogeneización. Los proveedores con un buen mezclado mientras se 6. Galga de espesor de película seca o tienen fórmulas paso a paso para la utiliza. Esta es una gran fuente de húmeda hacerlos, pero la fundición debe variación en los recubrimientos en hacer su parte para asegurarse CLAVE Nº4 : ADECUADA TÉCNICA las fundiciones actuales. una buena mezcla para utilizar un DE APLICACIÓN Recuerde que el producto homogéneo en producción. CLAVE Nº3: CONTROL DE CALIDAD objetivo es poner la cantidad correcta Una vez que se mezcló la pintura de pintura preparada correctamente • Utilice una mezcladora del y se la diluyó de acuerdo con los en el corazón o molde cada vez tamaño correcto para tener un buen parámetros de operación, debe que se aplica. Ya sea que sumerja, mezclado sin cizalla. controlársela. Hay varios métodos de rocíe, pase con pincel o pinte por • Asegúrese un buen movimiento ensayo disponibles para la fundición aspersión, es importante minimizar las sin áreas estancas evitando también y se desarrollan nuevas técnicas variaciones en la técnica. Concéntrese atrapar aire o vórtice. cada día. Estamos presenciando más en varios parámetros críticos para cada método. Todos los parámetros

Figura 1: Baume Figura 2: Flow Cup Figura 3: viscosidad Brookfield

Figura 4: Densidad (peso por galón) Figura 5: % Sólidos Figura 6: Espesor película

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de proceso siguientes pueden crucial para obtener piezas fundidas se logra, el agua o componente impactar en el depósito de la pintura, consistentes. portante debe quitarse del proceso su penetración y la barrera protectora mediante algún método de secado. Dos de los inconvenientes principales resultante que se establece en la Hay componentes igualmente asociados con la aplicación con pincel interfaz molde/metal. importantes en este proceso como: son el espesor inconsistente y las tiempo, temperatura y movimiento Parámetros de Proceso Clave en la Aplicación marcas del pincel. Inconsistencias de aire. Las temperaturas del horno en el espesor de la película de secado deben controlarse junto de pintura puede resultar en con el flujo de aire de estos. Debe potenciales penetración de metal, permanecer en el horno el tiempo erosión y defectos de gas. Las adecuado para eliminar toda el marcas del pincel pueden dar agua. El tiempo de apagado es por resultado un pobre acabado importante al utilizar pinturas al superficial de la pieza. Utilizar un alcohol. Un apagado demasiado cepillo o hisopo de buena calidad temprano puede resultar en ampollas con una pintura de viscosidad o un pobre acabado superficial. Una adecuada resolverá estos exposición demasiado prolongada inconvenientes. También evite re puede resultar en que quede alcohol pincelar un área luego de que la residual más profundo. No debemos capa inicial haya sido aplicada pero Al sumergir corazones, es importante asumir que secado es secado y que no completamente seca. mantener constante el ciclo de no importa cómo se logra. escurrido. Muchas fundiciones El método de aplicación final RESUMEN incorporaron inmersión robotizada al es por aspersión. Igual que en las Las pinturas refractarias son uno de proceso donde la mezcla lo permita. aplicaciones previas es importante los productos que utilizamos para Donde no es posible utilizar robots, una aplicación consistente y controlar producir piezas fundidas de calidad. la capacitación del operador es cómo fluye hacia la superficie del Lo logramos colocando la cantidad crítica. Eliminar la caída de gotas, corazón o molde. Es importante adecuada de pintura preparada los escurrimientos, salpicaduras y crear un flujo uniforme desde el apropiadamente cada vez sobre los depósitos de pintura demasiado aplicador. Aplicar de a arriba hacia el molde o corazón. Seguir estas 5 pesados, va a reducir los defectos en abajo y moverlo con una velocidad claves nos ayudará a cumplir esa las piezas fundidas asociados a ellos. tal que logre un depósito de pintura tarea. Es esencial hacer ensayo Baume, de consistente en una pasada. Si tiene viscosidad y controlar el mezclado. que volver a pasar sobre áreas • Elección de la pintura refractaria Deben tomarse medidas preventivas omitidas el revestimiento no será • Preparación de la pintura para minimizar la contaminación de consistente. Esto puede causar • Control de calidad arena en los tanques de inmersión, inconvenientes múltiples en la • Técnicas de Aplicación adecuadas esta contaminación resultará en interfaz molde/metal: penetración, • Secado apropiado de la Pintura defectos por inclusiones de arena y terminación superficial, inconvenientes Depositada superficies rugosas en las piezas. en la colocación de corazones, Los procesos mejor controlados El proceso de rociado o spray intercambio de calor y otros. La nos llevan a comprender mejor lo presenta diversos desafíos. contaminación por arena en las bateas que cambia en nuestra fundición. Un equipamiento de rociado también puede resultar en defectos Asociarse a un proveedor de adecuadamente configurado ayudará del tipo inclusión. revestimientos de calidad y mantener a controlar lo que se ha depositado en Muchas variables pueden afectar la una comunicación fluida será la superficie del corazón o molde. La aplicación. Independientemente del también beneficioso. mayoría de los operadores ajustarán el tipo de aplicación, la mejor práctica Esto nos permite trabajar juntos equipamiento según su tacto, pero el es documentar el proceso standard depósito debe ser consistente. Sobre para encarar los inconvenientes con de la aplicación de la pintura. Un criterio sólido, datos y métodos rociado de la pintura, una presión proceso estandarizado le asegurará muy baja de la bomba, diferencia probados para corregir los defectos una performance consistente de su en las piezas fundidas cuando en la distancia de aplicación, todos pintado. estos aspectos pueden tener un surjan ¡y van a aparecer! Controle su efecto adverso en la performance. CLAVE Nº5: SECADO ADECUADO proceso, no deje que el proceso lo En esta aplicación usted se apoya en DE LA PINTURA DEPOSITADA controle a usted. la presión de la pistola, su distancia Todas las pinturas tienen un y la consistencia de la propia pintura componente portador que se (Baume) para aplicar la pintura de diseña para llevar al componente Contacto: manera que forme la barrera deseada. refractario a la superficie y entre los STANLEY FOREHAND Estandarizar estos factores es granos de arena. Una vez que esto [email protected]

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800-457-5456 www.palmermfg.com BASTA DE EXCUSAS. ¡PREVENIR LA POROSIDAD EN SUS PIEZAS FUNDIDAS POR GAS ES SIMPLE! HIDRÓGENO EN EL BAÑO Hay una reacción continua entre el aire y el aluminio fundido. El oxígeno en el aire reacciona con el aluminio para formar óxidos de aluminio que se manifiestan como la piel superficial del baño. Esta piel superficial o capa BRAD HOHENSTEIN de óxido también se llama escoria Presidente - Porosity Solutions y típicamente se la remueve de la Course Instructor - The Foundry Way superficie previo al colado. El hidrógeno Learning Center del aire reacciona con el aluminio fundido para separarse del oxígeno PUNTOS SOBRESALIENTES DEL ARTÍCULO y se dispersa en él. Los puntos clave • Elimine la porosidad por gas con técnicas robustas de desgaseado a comprender en la reacción entre el • Use ensayos RPT para desarrollar y controlar el proceso de desgaseado aluminio fundido y el aire son: • Evite los errores más comunes en el desgaseado • A los fines prácticos, resulta imposible impedir que el oxígeno e hidrógeno del aire se combinen con el aluminio líquido. Siempre que el Es frustrante ver a tantas fundiciones de aluminio lidiar con aluminio líquido esté en contacto con porosidad por hidrógeno (gas) en sus piezas fundidas, cuando el aire, habrá óxidos e hidrógeno en el se trata de uno de los defectos más fáciles de prevenir. baño. • A mayor humedad mayor Eliminar la porosidad por hidrógeno en piezas de aluminio es simple. concentración de hidrógeno en el Todo lo que se precisa son técnicas de desgaseado y control adecuados. baño. Esto significa que un desgaseado Desafortunadamente, mucho del personal de planta de la fundición carecen efectivo puede tomar más tiempo en del conocimiento básico de la porosidad debida al hidrógeno y de los días con alta humedad ya que hay controles de proceso necesarios para prevenirla. El objetivo de este artículo más hidrógeno que quitar del aluminio es impartir estos conceptos de manera simple, bien concreta para que líquido. puedan ser usados para desarrollar un procedimiento de desgaseado que elimine el defecto de porosidad por gas para su fundición. • Cuanto más caliente el aluminio, más rápido absorbe hidrógeno el baño. Para la serie 300 como la aleación 356, lo mejor, si es posible, es fundir y colar a temperaturas por debajo de 1400ºF (760ºC) ya que la solubilidad del hidrógeno en el aluminio fundido crece exponencialmente por encima de los 1400 grados. El efecto de una temperatura de fusión alta podría ser que el tiempo de Desgaseo, que normalmente es de 15 minutos a 1350ºF se vuelva de 45 minutos a 1450ºF. ELEMENTO DESGASIFICADOR– ARGÓN VS NITRÓGENO Los dos gases inertes desgasificadores del aluminio más comunes son el nitrógeno y el argón. Otros gases usados en el pasado, como Cloro

92 PREVENCIÓN DE DEFECTOS

y Hexafluoruro de Azufre (SF6), pequeñas burbujas inertes por todo aunque efectivos, se encuentran el baño es mucho más efectivo para limitados o prohibidos debido arrastrar al hidrógeno a la superficie al efecto invernadero y temas que burbujas más grandes confinadas de seguridad. Dicho esto, hay a un área del crisol. La razón clave fundiciones que utilizan tanto cloro para usar un desgasificador rotatorio como SF6combinados en bajas de gas inerte (RID) es partir las concentraciones ya sea con nitrógeno burbujas del gas inerte y repartirlas o con argón. Antes de utilizar esa a lo largo del baño. Cuando esto se mezcla, se aconseja consultar con comprende, se vuelve evidente que expertos y revisar la legislación RID es más efectivo que utilizar una local. En este artículo, solamente lanza. Pero, hay varios casos en los discutiremos las propiedades de que no puede utilizarse RID. Por desgaseado del nitrógeno y argón ejemplo, un crisol pequeño en el que puros. no cabe un equipo RID o un horno con poco espacio sobre el mismo que Note la distribución efectiva de Puede usarse tanto nitrógeno como restrinja el acceso al RID. No hay por burbujas en todo el baño. argón para desgasificar de manera qué entrar en pánico. Una lanza podrá efectiva. Actúan esparciéndose en ANÁLISIS DEL BAÑO RPT hacer el trabajo. Tomará más tiempo el baño mediante una lanza con que un RID y, si se lo utiliza en un Conocer los niveles relativos de base refractaria o un desgasificador horno grande (de 500 libras o más) hidrógeno de su baño es esencial rotatorio inerte (RID). Una vez podría ser preciso moverlo durante tanto para el desarrollo inicial de su que se ha burbujeado el argón o el proceso de desgasificado. Si debe procedimiento de desgasificado como nitrógeno en el baño, el gas se adosa usarse una lanza, procure elegir una también para controlarlo día a día. al hidrógeno en el baño y lo lleva a con un cabezal difusor en lugar de La manera más simple y efectiva de la superficie donde se quema. Si el una con un simplemente la abertura determinarlo es el ensayo de presión proceso de desgasificado es efectivo, directa. El cabezal difusor deja salir reducida (RPT). puede ver llamas literalmente en la el gas inerte a través de muchos superficie del baño. El ensayo RPT trabaja tomando pequeños orificios y logra una mayor una pequeña muestra del baño y La ventaja fundamental del cobertura de gas inerte en el baño. solidificándola en un vacío controlado desgasificado con nitrógeno es el Algunos fabricantes de lanzas utilizan (el equipo RPT) y luego midiendo la bajo costo de la materia prima. Sin un tubo recto de grafito o material embargo, el nitrógeno es menos refractario. El tubo se conecta al continúa en la página siguiente… efectivo que el argón para quitar fondo con orificios perforados de 1/8” hidrógeno del baño. Ambos harán el cerca de la base para trabajo, pero con el mismo equipo facilitar la distribución de de desgasificado, el tiempo de burbujas de gas inerte. trabajo requerido por el argón será La foto debajo muestra menor que al utilizar nitrógeno. una lanza de argón en un Para determinar si utilizar argón pequeño crisol con llamas o nitrógeno, la fundición deberá de hidrógeno ardiendo hacer una evaluación de costos en la superficie. Para comparando costo del material, desgasificar de manera tiempo de desgasificado, mano de efectiva este crisol, obra y volumen de producción. En la fundición tuvo que la mayoría de los casos esta batalla mover la lanza la gana el argón, por los ahorros varias veces en mano de obra y el aumento de durante los 20 producción que típicamente superan minutos de al ahorro de costo de al utilizar desgasificado. nitrógeno como gas inerte. La foto debajo EQUIPO DE DESGASEO LANZA es esquema VS RID de una unidad La clave para un desgasificado RID de Palmer efectivo es crear una distribución de Manufacturing burbujas extremadamente fina con su en un crisol. herramienta desgasificante. Distribuir

93 • El flujo de gas inerte debe ser muy bajo. El pensamiento preponderante parece ser que, si un poco de gas inerte es bueno, entonces mucho gas inerte debe ser mejor. Un buen caudal de gas inerte va burbujeando lentamente a través de la superficie del baño. No es bueno que haya grandes burbujas rodando. De hecho, El método más rápido y preciso es son perjudiciales ya que los pliegues medir la densidad al vacío usando un de la superficie del metal líquido van metiendo óxidos al baño. equipo de Análisis de Porosidad. • Otro error común es hacer rotar el eje RID tan rápido como sea posible registrados. Hay sistemas de análisis para distribuir una hilera más amplia de porosidad incluso más avanzados, de burbujas. Desafortunadamente, cuando el eje del RID gira demasiado El método tradicional RPT de medición como Palmer PAS5000, que combinan rápido, crea un vórtice alrededor del de una muestra al vacío es cortarla y vacío automatizado, medición de eje succionando el metal superficial compararla con un cuadro de valores. densidad y recopilación de datos, todo en la misma unidad todo-en-uno. y aire hacia abajo al baño. La velocidad debe configurarse en el densidad de la muestra. El ensayo CONSIDERACIONES AL punto justo debajo del inicio del completo lleva unos 8 minutos, DESARROLLAR UN PROCEDIMIENTO vórtice, típicamente en unas 300 7 minutos bajo vacío y unos 30 DE DESGASIFICADO rpm o menos. Si usted ve que el segundos para obtener el valor de Ya sea que esté desarrollando aluminio líquido se chupa hacia abajo la densidad. Muchas fundiciones de o modificando su proceso de alrededor del eje, disminuya un poco aluminio usan el ensayo RPT aunque desgasificado, el ensayo RPT debería la velocidad. no de la mejor manera. La manera guiarlo para tomar sus decisiones. A • Desarrolle una densidad para tradicional de medir la probeta del continuación hay algunas cuestiones cada aleación y proceso de fundición. RPT era cortarla con una sierra, arenar que observé a lo largo de los años en Parta de la densidad teórica de la la superficie y compararlo con un las prácticas de desgasificado de las aleación. Un buen punto de partida es cuadro. Este método requiere mucho fundiciones. 10 puntos por debajo de la densidad tiempo, depende del operador y tiene teórica. Por ejemplo, en el manual, mucha variación en los resultados. • Determine un tiempo diferente de desgasificado para cada tamaño la densidad del aluminio 356 es 2,67. Medir la densidad de la muestra Para la mayoría de los casos, una solidificada al vacío es un método de horno. Muchas fundiciones tienen definido un tiempo standard muestra solidificada al vacío de 2,57 mucho más veloz y extremadamente de densidad será suficiente para más preciso. Solamente defina un De desgasificado que utilizan para entregar una pieza fundida libre de objetivo de densidad por aleación, todos sus hornos y cucharas. No es porosidad por gas. Sin embargo, la mida la muestra y es buena o mala. una buena práctica. Por ejemplo, velocidad de solidificación afectará Por ejemplo, la densidad de libro del una fundición que visité tenía un el resultado. Una pieza en molde aluminio 356 es 2,67 g/cm3. En este procedimiento de 10-minutos que permanente (coquilla) o inyectada caso, la mayoría de las fundiciones funcionaba bien en su crisol de 500 solidificará relativamente rápido pondrán una densidad objetivo lb, pero no tanto en el de 2000 lb. por lo que una densidad de 2,50 de 2,58. Esto significa que, si una Un ensayo rápido de muestra RPT de podría ser suficiente. Una pieza muestra medida al vacío da 2,58 o cada horno mostró una densidad de colada en arena sin enfriadores más de densidad, está OK para colar 2,64 en el horno pequeño y de 2,49 solidificará mucho más lentamente y dará por resultado una pieza libre en el más grande. Por supuesto, esto y precisa un valor objetivo de 2,60 o de porosidad por gas. Si la densidad resultaba en piezas libres de porosidad incluso mayor para tener una pieza medida al vacío es 2,57 o menos, se a partir del metal del horno pequeño libre de gas. Las mejores prácticas necesitará desgasificado adicional. mientras que tenían problemas de correlacionan los resultados RPT Los equipos nuevos de análisis de defectos de porosidad con las piezas con la pieza. Esto permite ajustar el porosidad como el Palmer PAS3000 que provenían del metal del crisol valor objetivo de densidad, de ser hacen que medir la densidad al vacío de 2000 lb. Aumentar el tiempo de necesario. de la muestra sea simple. Sólo deje desgasificado en el horno de 2000 lb solidificar usando el vacío RPT. Luego hasta lograr una densidad de al menos Contacto: se mide la muestra en unos segundos 2,60 resolvió el problema con las BRAD HOHENSTEIN y se compara con los valores piezas. [email protected]

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del diseño. Use la impresión 3D para imprimir el sistema de alimentación para todo tipo de soluciones interesantes una vez que haya decidido dónde están los problemas. 2. Empareje sus procesos - los diferentes tipos de impresión WILLIAM SHAMBLEY 3D se llevan mejor con algunos Presidente procesos de fundición que con NEW ENGLAND FOUNDRY TECHNOLOGIES otros. Actualmente, hay montañas de información disponible de la PUNTOS SOBRESALIENTES DEL ARTÍCULO asociación de fundidores AFS, los • • Mayores libertades en el diseño no suplantan una mala geometría propios fabricantes de sistemas de impresión 3D, universidades, • Tendrá la menor cantidad de defectos si adopta la impresión 3D que mejor proveedores de servicios, etc. Hay se adapta directamente a los procesos existentes en su fundición cartillas para ayudarlo a decidir, • La elección de los materiales equivocados siempre llevará a defectos basándose en complejidad de • No todas las aplicaciones utilizarán los mismos ajustes, incluso con misma la pieza, cantidad de piezas por impresora y materiales corrida, existencia de herramental, tamaño de pieza, cuál es el mejor proceso. Para mantenerlo simple, intente esto: ¿Qué proceso encaja Una de las razones que escucho más comúnmente por en su operación diaria? Si usted parte de las fundiciones que han pospuesto la adopción sopla corazones, puede utilizar cajas de la impresión 3D, en cualquiera de sus formatos, es de corazones impresas en plástico o metal. ¿Fundición por ceras la idea equívoca de que “no funciona.” Bueno, este perdidas? Puede imprimir cáscaras pensamiento es como correr descalzo, agitando una rama de cera en varias impresoras, de de árbol y declarar que los zapatos no funcionan tampoco. acuerdo con sus requerimientos No querrá utilizar botas con corderito para correr una de terminación superficial, ceniza, cáscara y velocidad. ¿Apisona la maratón en verano y no puede usar de modo confiable arena verde, autofraguante, etc. unos tacos stiletto al pescar un róbalo rayado desde el con maquinaria o a mano? Sí, muelle. puede imprimir 3D en plástico o metal herramental de una variedad Tiene que utilizar el proceso de 1. Conozca su pieza - un buen de sistemas – algunas llevan más impresión adecuado, el tipo de diseño de pieza es un buen trabajo manual que otras. O material apropiado y configurar diseño para impresión 3D. La imprimir corazones de arena. O el proceso correctamente para ampliación de la libertad en el corazones de arena sintética. O obtener una pieza libre de defectos. diseño no arregla mágicamente imprimir moldes. Tendrá la menor Hacer primeramente algún trabajo una mala geometría. Tómese el cantidad de defectos si adopta de simulación para saber que el tiempo de correr una simulación el proceso de impresión 3D que sistema de alimentación y los de la pieza desnuda antes de se ajuste más directamente a su montantes estén bien elegidos, diseñar el herramental para proceso de fundición existente. antes de incluso elegir el proceso analizar la previsión de defectos A menos que esté realmente listo de impresión 3D es una muy buena de porosidad o rechupes. para pegar un salto. Entonces tome idea. De modo que hay 4 reglas Herramientas como SOLIDCast un equipo como el SLM e imprima empíricas para ayudarlo a prevenir existen principalmente para directamente piezas densas en metal defectos al utilizar la impresión 3D ayudarnos a entender mejor a directamente a partir del CAD. en su fundición: nuestras piezas y prevenir todo tipo de defectos desde el inicio continúa en la página siguiente…

94 95 3. Conozca los materiales de su una decisión de compromiso para construcción y el cargado de impresora - La mayoría de los el proceso entre velocidad, calidad los ajustes es una disciplina que procesos de impresión 3D pueden superficial, precisión y costos. tiene impacto mayúsculo en los utilizar un abanico de materiales Consultas con el fabricante acerca defectos en piezas impresas en actualmente. Los sistemas de costo de los materiales específicos es la 3D. Operadores experimentados más bajo como los de Lulzbot y mejor estrategia para emparejar las hacen un mundo de diferencia. Ultimaker trabajan bien con un rango ceras impresas con los materiales Invertir en entrenamiento es una de plásticos PLA, PC, ABS e incluso de cáscaras actuales. La elección buena manera de comenzar, con filamentos de goma altamente del material equivocado llevará a pero utilizar la tecnología todo flexibles. Impresoras de mejores defectos indefectiblemente. lo posible ayuda a que todo prestaciones como las de Stacker el equipo de trabajo enfrente Las impresoras de arena tienen expanden ese rango de plásticos y al próximo problema con más opciones de materiales hoy día. también la velocidad y el volumen sabiduría. Siempre abogo La combinación más común es imprimible. Impresoras de alta gama porque la gente se encargue aún arena de sílica con resina como las alimentadas a pellet de de los proyectos en los que furánica, pero las opciones de Titan 3D Robotics pueden utilizar estén interesados (de ahí salen arena cerámica y sintética se un abanico extremadamente amplio todas mis cañas de pescar utilizan ampliamente y también de plásticos de diseño, incluso y organizadores de garaje algunos ligantes nuevos. Estas materiales de alta temperatura y impresos en 3D). Experimentar opciones pueden ser una solución filamentos de fibra de carbono en proyectos de piezas no- para proyectos con corazones reforzados. críticas es una gran manera complejos. La precisión de la de aprender a utilizar las Entre los materiales de grado impresión en arena ha progresado nuevas herramientas de formas herramental hay plásticos más al punto de que las fundiciones novedosas. blandos para extrusión como ahora utilizan la impresión 3D de impresoras PLA que tienen bajo corazones para eliminar defectos Hay ya tantas fundiciones costo, imprimen rápidamente y dimensionales previamente usando impresoras 3d que decir trabajan bien en la mayoría de los asociados con el ensamble manual. “no funciona” es equivalente ambientes. Materiales más duros Igual que con la fundición standard a decir: “¡me gusta mi cabeza como PEKK , PEEK o resinas llenas en arena autofraguante, seleccionar en la pila de arena!” Infórmese de vidrio/fibras cuestan más y correctamente la arena y resina acerca de cuándo utilizar son más complejas para imprimir, ayudará a prevenir defectos en las qué materiales, en cuál de los pero pueden mecanizarse o pulirse piezas. procesos de impresión 3D y logrando una superficie mucho más asegúrese que todos los ajustes - suave, resultando en mejor calidad 4. Conozca sus parámetros estén marcados, le reducirá todos los fabricantes tienen sus de la pieza fundida y mayor duración sustancialmente costosos declaraciones y cada sistema tiene de la vida útil del herramental. defectos. Solo asegúrese de su realidad. Los ajustes de fábrica estar haciendo una buena pieza Las impresoras 3D recorrieron un como escala y componentes se desde el comienzo del flujo de largo camino desde las extrusoras aplican de manera diferente entre plásticas, e impresoras directo en distintos estilos de impresora. trabajo. metal como la SLM pueden imprimir Orientación de la pieza, estilo de herramental en metal para líneas las estructuras de soporte, espesor continuas de arena, DISA o de de la pared, todo varía. ¿Va a moldeo, aplicaciones que nunca agregar una imprimación de alto habrían sido consideradas para espesor? ¿va a pulir con arenado los herramental en base polímero. rebordes? ¿ensamblar numerosas Debe tenerse cuidado al elegir los piezas con insertos roscados? No materiales de impresión 3D en no todas las aplicaciones requerirán elegir materiales que sean más duros los mismos parámetros de que el resto de la herramienta, ya configuración, incluso para la misma que esto puede llevar a un desgaste impresora y materiales. Usted no prematuro de la herramienta. compraría un equipo CNC de medio millón de dólares para poner sólo Se encuentran disponibles materiales un herramental, ¿no es así? para ceras de fundición por ceras perdidas para procesos de extrusión, Aunque no queda lugar en este así como también Binderjet y DLP/ artículo para adentrarnos en Contacto: SLA. Un fundidor enfrenta muchas detalles, una adecuada colocación WILL SHAMBLEY situaciones en las que debe tomar de las piezas en el volumen de [email protected]

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TECNOLOGÍAS AUTOMATIZADAS DE FABRICACIÓN DE MOLDES & CORAZONES REDUCEN LA VARIABILIDAD PARA AUMENTAR LA CALIDAD moldes en su cara superior e inferior para acomodar placas match-plate y puede aceptar cajas múltiples a la vez al trabajar con piezas más pequeñas dependiendo del tamaño de la máquina elegida. El modelo base funciona con dos marcos de herramental a la vez JACK PALMER para un mínimo de cuatro patrones Presidente diferentes y dos moldes distintos. PALMER MANUFACTURING & SUPPLY, INC. Como cualquier fundidor podrá PUNTOS SOBRESALIENTES DEL ARTÍCULO decirle, la consistencia en el • Sistemas Automatizados de Moldeo reducen la variabilidad proceso de moldeo le hará más sencillo lograr piezas fundidas • Tecnologías RFID eliminan la intervención humana de calidad a la vez que sacar la arena de la caja rápidamente le aumentará la productividad. Un hombre sabio dijo una vez: “Con tantas maneras La consistencia y calidad de las piezas fundidas mejorarán de sacar una pieza fundida defectuosa, es sorprendente de forma dramática ya que se hacer alguna vez una buena.” elimina la dificultad de controlar variables del proceso de moldeo. Aunque hay muchas áreas a las automatizados bastante comunes La eliminación de estos defectos que apuntar una vez encontrada de encontrar hoy. reduce las tasas de rechazos y una pieza con problemas; a la que retrabajos y disminuye el tiempo nos enfocaremos es el área de MOLDEO AUTOMÁTICO en el área de acabado final. mezclado y moldeo de arena. Automatizar el proceso de Como practicantes de “Lean mezclado y moldeo con un CONVERSIÓN DE ARENA EN Manufacturing”, comprendemos carrusel ha sido el estándar VERDE A AUTOFRAGUANTE que, si hay algo que el cliente no industrial, hasta hace poco. La Además, esta tecnología se ha valora, es el desperdicio. Por lo Máquina de Moldeo Universal diseñado especialmente para tanto, nuestro objetivo principal es (UMM) es un sistema de moldeo herramental de moldeo en verde producir equipamiento de mezclado revolucionario que reemplaza o autofraguante. El moldeo en y moldeo que elimine el desperdicio a los tradicionales: mesa de verde siempre requirió operadores en búsqueda de lograr piezas compactación, carrusel y Rollover. capaces de ser en parte científicos fundidas de alta calidad, al menor Tener menos componentes en el y en parte artistas, con especial costo, entregadas cuando sean proceso reduce la variabilidad, atención a los detalles y siempre necesarias. haciendo más fácil alcanzar los fue importante la experiencia estándares de calidad para las grupal adquirida en cada proceso Los sistemas automatizados, piezas fundidas. individual de fundición. A medida que reducen la intervención que la fuerza laboral moderna humana para asegurar el control En este nuevo sistema continúa evolucionando, se vuelve de la calidad, no son nuevos en automatizado, los cada vez más difícil para las las plantas de fundición. Celdas patrones(herramental) se fundiciones encontrar y retener a Robotizadas, cucharas de vertido abulonan (atornillan) a marcos moldeadores en verde con estos automático, sistemas de moldeo ajustables que son fácilmente de tipo carrusel y carritos de intercambiables en la máquina. transferencia son sistemas El marco de herramental acepta continúa en la página siguiente…

96 97 atributos. Hay extremadamente fabricación de poca oferta de empleados que corazones. El puedan producir consistentemente proceso no es productos de alta calidad y sin difícil, ya que defectos con procesos de arena en simplemente verde. Al convertir su moldeo en se coloca una verde al proceso UMM, la fundición etiqueta a la se beneficiará con la eliminación cara inferior de esta necesidad de un operador de cada caja de tanta experiencia, así como de corazones. también de los tantos defectos Las etiquetas o comunes que diariamente suceden “tags” (cumplen asociados al moldeo en verde. con estándares ISO 18000-3, Este sistema reduce la cantidad de ISO 15693 e ISO veces que un molde es tocado por 14443) tienen un manos humanas, lo que reduce las número único posibilidades de crear defectos. de identificación Quizás su operación no necesita para cada una más de 500 moldes al día para de ellas que es abastecer a su producción, pero este sistema le permitirá tener el leído cuando la caja es presentada de corazones a la sopladora. moldeo listo en una fracción del a la Corazonera. Durante el proceso La computadora instruye a la día y luego liberar a sus empleados de carga de parámetros o set-up, sopladora en consecuencia e para que se ocupen de otros el trabajador ingresa los ajustes inyecta los químicos y la arena y procesos por lo que quede del día. para esa caja de corazones en luego purga la caja. particular en el controlador lógico La capacidad de hacer corazones RFID EN LA FABRICACIÓN DE programable de la máquina (PLC). de alta calidad es la mayor de CORAZONES Una vez configurado, el trabajador las ventajas del RFID. Cada vez Ajustar parámetros, volver a cargar guarda permanentemente esa que permite que un trabajador recetas y documentar los cambios receta. cambie manualmente las recetas, de las recetas, todo esto requiere Este equipamiento permite que puede esperarse que cambie la de la costosa intervención humana. las fundiciones compitan contra condición de su corazón. Una Y, al no realizarse correctamente, las fundiciones más económicas cantidad excesiva de amina como resulta en costosos errores extraterritoriales, ya que catalizador puede debilitar al humanos. Las RFID (etiquetas de verdaderamente pueden garantizar corazón en el momento que se identificación por radio frecuencia) la calidad. El control de calidad está cuela el metal. RFID se asegura representan un grandísimo avance construido dentro de la máquina que el corazón se fabrica con los en la producción de fundición, para con los tags RFID y, por lo tanto, parámetros correctos. Corazones reducir el tiempo de gestión de reduce la manipulación humana. de mejor calidad se traducen recetas, prevenir costosos errores y en piezas fundidas de calidad robustecer el control de calidad. A La tecnología RFID funciona superior. diferencia de otros avances claves en la corazonera con o en manufactura, la tecnología sin herramental montado Las plantas de fundición RFID puede aplicarse en un equipo directamente en la máquina están experimentando unas específico, en un proceso particular transformaciones como nunca y removido luego del antes con la mejora continua o bien utilizarse a lo largo de toda soplado y gaseado. la planta. Los usuarios tienen como lema para producir mejores la capacidad de expandir la Para empezar a producir los piezas fundidas, en menos tiempo automatización un poco a cada corazones, el interrogador del –garantizado. vez, haciendo esto ideal tanto sistema RFID, construido en el Algunos pasajes de este artículo para fundiciones grandes como mismo banquillo de la corazonera, aparecieron antes en Cast Metal & lee el número del tag y transmite pequeñas. Diecasting Times. esa información al PLC. Entonces, Aunque la tecnología RFID puede la computadora pone los ajustes desplegarse en la línea de moldeo, para ese corazón. El trabajador tal vez uno de los lugares más presiona un botón más para Contacto: sencillos para introducir esta iniciar el proceso de fabricación tecnología en una fundición es la JACK PALMER de corazones y se mueve la caja [email protected]

98 PREVENCIÓN DE DEFECTOS Revolucionario 3 VECES MÁS Sistema PRODUCTIVIDAD Automatizado de QUE LOS SISTEMAS Moldeo Universal DE MOLDEO

“La combinación de menores costos, aumento de la TRADICIONALES… productividad, menor requerimiento de espacio en planta y menor requerimiento de dotación de personal hizo que la compra de una Máquina de Moldeo Flip de Palmer fuera ¡A MENOS COSTO! una adquisición muy rentable para nuestra fundición.” Jack Laugle, Presidente, Innovative Casting Technologies

CÓMO FUNCIONA • Las cajas de madera tipo Matchplate sobre/bajero se montan en el marco del herramental: llenado, compactado, alisado, regulado e invertido • El molde completo simplemente se hace rodar hacia fuera e inicia el siguiente molde unos segundos después • La máquina universal de moldeo puede utilizar moldes de sobre/bajero, Matchplate, arena en verde, autofraguante, shell, herramental en metal, arena o plástico • La máquina de moldeo Flip utiliza herramental de sobre/bajero

CARACTERÍSTICAS • Hasta 25 Moldes/hora con 1 operador • Hasta 40 Moldes/hora con 2 operadores • Hasta 65 Moldes/hora con 2-3 operadores • Tamaños: 12x12 4/4 hasta 72x72 36/36 • Pueden producirse corazones y moldes individuales o múltiples • NO NECESITA ROLLOVER

• Patente Pendiente SOLAMENTE POR

Contacto: Palmermfg.com JACK PALMER YEARS [email protected] OF EXCELLENCE Made in USA

98 431975 • 2020 PREVENCIÓN DE DEFECTOS EN FUNDACIÓN DE MOLDES PERMANENTES A TRAVÉS DE UN PROCESO CONTROLADO • En la inmersión • En la máquina de fundición • En la célula de trabajo • Después de tratamiento térmico JOHN HALL • Durante maquinado Presidente CMH MANUFACTURING COMPANY • Durante ensamblado PUNTOS SOBRESALIENTES DEL ARTÍCULO • Por el cliente • Los defectos no son gratis Como uno puede deducir, es mucho • Procesos para prevenir defectos menos costoso detectar un defecto en la máquina de fundición a que el • Entendiendo todas las variables cliente experimente una falla. Los defectos no son gratis. Cuando un El proverbio que dice, “Una onza de prevención es tan defecto sucede una persona fue valiosa como una libra de curación”, se aplica también pagada para hacerlo. Baja calidad crea baja calidad y disminuye la a los defectos en la industria de fundación de moldes productividad a través del proceso permanentes. Defectos, como los define la industria de y si la pieza fundida pasa por el fundición, son variaciones del resultado deseado. cliente puede llevar a la perdida de la cuenta o aun el cierre de El costo de desechar partes de más avance el proceso de la fundidora. Siempre es mejor fundición es extremadamente fabricación, el costo del defecto prevenir un defecto que detectar alto comparado con el costo de aumenta. Defectos de moldes uno. Este principio puede ser prevención de defectos. Por lo para automóviles pueden ser expresado gráficamente: tanto, es mejor tomar las medidas encontrados en las siguientes adecuadas para prevenir defectos fases del ciclo de molde: lo más pronto posible. Mientras

Detectar Tolerar Aumentar Destruir (despues del evento) Desperdicios Costos Empleos

Prevenir Evitar Reducir Proteger (antes del evento) Desperdicios Costos Empleos

100 PREVENCIÓN DE DEFECTOS

Defectos de piezas de fundición Conseguir los datos- Los datos o en una manera que guiará a la pueden ser causadas por: hechos deben llegar por medio solución. Algunos ingenieros del proceso de documentación de de fundición se saltean todos • Entrenamiento inadecuado/ falta la zona de trabajo y registros de los pasos previos y se saltean de conocimiento producción. Siempre preguntar directamente a tomar acción. Esto • Falta de comunicación ¿Dónde? ¿Cuándo? ¿Cómo? ¿Qué puede ser muy costoso. Hacer un tan frecuente? ¿Porque? ¿Quién? Un cambio en el proceso es el último • Fallas de documentación del programa digital de adquisición de paso en el proceso de control, no problema/ omisión datos es el método preferido para el primero. • Variaciones de los procedimientos conseguir los datos ya que elimina Recuerda, el proceso controlado publicados para hacer piezas de el error humano. Como un mínimo es una disciplina de ingeniería fundición. los siguientes variables deben ser que lidia con los mecanismos documentados: • Accidentes y algoritmos para mantener la producción del proceso de Un buen método para prevenir • Temperatura del metal fundición en el rango deseado. defectos es: • Temperatura del dado El ingeniero de fundición debe • Identificar el defecto/ establecer • Tiempo de cierre del dado comunicar al comprador de el problema partes de fundición cuales son • Tiempo de apertura del dado • Conseguir los datos las capacidades del proceso • Tiempo del ciclo total de moldes permanentes. • Investigar los datos faltantes Ambos deben comprender por • Velocidad de inclinación • Tratar prueba de solución adelantado que defectos son • Nivel de hidrogeno en el metal aceptables y cuales justifican su • Documentar y comunicar los • Espesor de la capa del molde rechazo. hallazgos • Composición de la aleación Metodología del proceso de • Desarrollar una solución/ tomar control: acción • Limpieza del metal • Entender el proceso- Antes de • Documentar y comunicar los Investigar los datos faltantes- tratar de controlar el proceso resultados Buscar en áreas que no están de fundición el ingeniero de en el registro de producción o Este proceso permite que los fundición debe comprender el en los cabezales de los moldes. ingenieros de fundición utilicen proceso y como funciona. Frecuentemente el maquinista sabe análisis crítico para determinar la que causó el defecto. • Identificar los parámetros causa y una solución para la falla. de operación- Una vez ya Prevención de defectos no es Tratar prueba de solución- Muchos entendido el proceso, parámetros solamente la responsabilidad del ingenieros de fundición comienzan operacionales (ver lista arriba) ingeniero de fundición. Actividades el proceso de reducción de defectos y otros variables específicos al de prevención deben ser planeadas en este paso e intentan resolver el proceso deben ser identificados in las responsabilidades de cada problema sin saber la razón exacta para su control. persona en el proceso de fundición. del defecto de la pieza. Solo cambia un parámetro de la pieza a la vez. • Identificar condiciones Identificar el defecto/ establecer el Si el ingeniero de fundición cambia peligrosas- Las máquinas de problema- Una declaración correcta, dos o más parámetros en el proceso fundación de inclinación y vacío concisa y completa del defecto/ y el efecto es eliminado uno no se mueven en muchos ejes y problema es mandatorio para puede estar seguro de cuál de los en presión alta extrema. Un reducir los sucesos de defectos. cambio causó el efecto deseado. asesoramiento completo debe ser Por ejemplo, el número de parte parte del proceso de diseño. 123 tiene una falla consistente en la Reestablecer el problema/ tomar cavidad dos. acción- Una vez ya conducida la • Identificar los mensurables (ver investigación y probada la solución lista arriba). es posible reestablecer el problema

continúa en la página siguiente…

100 101 • Identificar puntos de medidas- • Seleccionar sistema de control- • Definir criterio de avance/retraso- Una vez que los mensurables La mayoría de las células de Dependiendo en las condiciones son identificados, es importante fundición de molde permanente en la célula de trabajo de fundición, localizar donde serán medidos utilizan control local, pero una puede que haya tiempos de retraso para que el sistema pueda ser distribuidora puede ser utilizada. con equipo periferal como el ingreso propiamente controlado. Por de material líquido, aparatos de • Colocar límites de control- El ejemplo, donde colocar un par extracción de piezas de fundición, comprender los parámetros termoeléctrico en un dado para cintas transportadoras y sierras operativos da a los ingenieros de que dela temperatura relevante de corte. El establecer tiempos de fundición la habilidad de definir de la herramienta. avance/retraso compensa para este los límites de los parámetros efecto y puede reducir la posibilidad • Selecciona los métodos de mensurables en el proceso de de crear un defecto. medición- Utiliza el aparato de fundición. medición apropiado y específico • Investigar efectos de cambios • Definir la lógica de los controles- para el proceso de fundición que antes/después- Como se menciona La mayoría de las maquines de asegurara que el sistema será arriba, investigar los procesos de inclinación y vacío usan alguna exacto, estable, y efectivo en fundición cambia en el control del forma de lógica de escalera y en costo. Máquinas de fundición de sistema, problemas no previstos algunos casos deben comunicarse inclinación y vacío tienen estos pueden ser identificados y corregidos con otros leguajes de máquinas tipos de señales: antes que los defectos sean creados. como robots o CNC. – Eléctricas • Integrar y probar con otros • Crear redundancia- Aun el sistemas- La integración apropiada – Neumáticas mejor control tendrá fallas. Es del proceso de fundición con importante diseñar un sistema – Hidráulicas la meta de eliminar fallas en el redundante para evitar fallas entorno de la célula de trabajo evita – Luz catastróficas o crear condiciones conflictos entre múltiple sistemas inseguras. – Ondas de radio con un mejoramiento de reducción de defectos, seguridad, costo y – Ultrasonido • Definir un fallo-seguro- Fallos- seguros le permite a la máquina ganancia. • Seleccionar método de de fundición regresar a un estado La única mejor manera de prevenir control- Para poder controlar seguro después de una falla de defectos es manteniendo el los parámetros del proceso control. Máquinas de fundición de proceso de fundición en control. de fundición, la selección del inclinación y vacío incluyen esto: Los beneficios del controlamiento método apropiado de control o automatización del proceso de es crítico para el controlamiento – Válvulas hidráulicas de resorte al fundición no solo reduce defectos efectivo del proceso de centro sino que también aumenta la fundición. En el proceso de – Válvulas de air y agua seguridad del trabajador. inclinación y vacío estos normalmente cerradas. métodos incluyen: – Fusibles de velocidad hidráulica – Encendido/Apagado en línea – Proporcional – Protección de motor – Integral – Bloqueo y etiquetado – Derivativo

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103 UNA MEJOR ARENA REDUCE DEFECTOS con él. Puede simplemente aceptar el hecho de que acaba de encontrar un defecto, intentar repararlo y continuar con la producción sin considerar el costo, o puede dedicar tiempo y esfuerzo para descubrir la causa raíz y trabajar para eliminarla, lo cual puede CHRIS DOERSCHLAG precisar un análisis más detallado KLEIN PALMER INC. del proceso completo incluyendo el equipamiento de producción. Algún tiempo atrás una fundición PUNTOS SOBRESALIENTES DEL ARTÍCULO reportó un techo que se desmoronó • La diferencia entre Fase Diluta y Densa en el transporte de Arena y su impacto sobre el área de colado como resultado de unas 15 toneladas de • Donde ocurre degradación de la arena antes de entrar a producción. arena que fue acumulada por una pérdida en la línea de transporte de • Cómo reducir las velocidades de la arena para reducir defectos y costos arena que corría por encima del techo. operativos Cuando el personal de mantenimiento verificó la situación se encontró que los operarios de la sala de fabricación Si se realizase una encuesta entre - Las actividades involucradas en la de corazones/machos ocasionalmente gerentes de fundiciones no nos identificación de defectos o defectos experimentaron faltantes de arena sorprendería descubrir el objetivo potenciales y la prevención para no pero no le prestaron atención. común de satisfacer las expectativas introducirlos en un producto (según Reconocer que algo es distinto a de los clientes con un producto Zahran); la operación habitual debería ser de calidad. En otras palabras, el primer paso en la prevención de - Un programa enfocado en aquellas piezas coladas que cumplen con defectos, pero considerar la opción áreas de procesos que son la las especificaciones y que no se entre reparar o eliminar el defecto mayor fuente de problemas ya sean convertirán en un problema al debería haber sido el paso siguiente. métodos, tecnología, procedimientos mecanizarlas o en el proceso de El “arreglo” elegido fue adosar a la o entrenamiento (según Humphrey); ensamblado en el producto final. tubería que perdía un parche soldado Dicho de manera simple “ piezas sin Como lo resume el famoso gurú sobre el punto de la pérdida pero defectos”. mundial de calidad Dr. W. Edwards no se intentó analizar más allá. Un Deming: proceso más deseable y efectivo Las piezas coladas sin defectos habría sido preguntarse por qué son el resultado de satisfacer - Es lo que se necesita en la mejora desarrolló un pérdida la tubería. los requerimientos del control del proceso, mediante reducción de ¿Será que el layout de la tubería de calidad mediante ciertos la variación o mediante el cambio necesita mejorarse? ¿Podría ser que procedimientos que se cumplen. de nivel o ambos. El estudio de las los valores de configuración de la fuentes del producto, aguas arriba, Al estudiar la Prevención de presión y volumen de aire del sistema entrega una poderosa ventaja para la Defectos podemos encontrar neumático de transporte se ajustaron mejora. varias definiciones que todas ellas incorrectamente? ¿Podría ser que la capacidad del sistema requerido para contribuyen al resultado deseado Las fuentes y causas de los defectos entregar arena suficiente al sector y pueden guiarnos en la dirección en una pieza colada terminada se de corazoneras se aumentó del valor correcta. encuentran desparramadas por todo inicial de tonelaje de diseño? el mapa, pero para simplicidad hoy ¿Cómo define la Prevención de nos limitaremos a discutir la arena Defectos? Veamos quién dice qué: Una breve revisión de todas las porque “¡La arena importa!” Desde ya razones que podrían ser aplicables - Acciones Correctivas y Preventivas que el descubrimiento de un defecto para el defecto de la tubería (según Galin); es solamente el inicio del proceso, emparchada probablemente quedará siendo el paso siguiente qué hará en espera un tiempo y luego

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provocará otra pérdida y de vuelta a para la arena, la cual a su vez si grietas y pérdidas de arena en muy la reacción de “reparar y seguir.” no se la separa previamente al poco tiempo. contacto con la resina, consumirá Para compensar las propiedades Cada fundición tiene que movilizar cantidades mayores de resina para altamente erosivas de la arena cantidades tremendas de arena como las arenas ligadas químicamente usualmente se transporta parte de sus operaciones diarias y y con los consiguientes efectos utilizando recipientes a presión el manejo de tales cantidades de de un porcentaje mayor de resina cuyos tamaños son adaptados manera efectiva puede a veces ir en la performance del molde/ a la capacidad de transporte. El transformándose en una batalla corazón en el proceso de colado. pensamiento dominante es que las contra el material. Se han utilizado De manera semejante, las mayores altas capacidades de transporte muchas veces cintas transportadoras velocidades también causan requieren grandes recipientes a y elevadores para transferir arena un aumento del desgaste de la presión para que la frecuencia pero hoy en día los transportadores cañería y accesorios (codos) con el de actuación de los diferentes neumáticos son probablemente los resultado de aumento de paradas componentes en el sistema no sea más ampliamente aceptados como de línea y costos de mantenimiento. demasiado alta y, por lo tanto, tenga una manera más practica de distribuir Un ejemplo típico es el llenado de suficiente vida útil. arena en la fundición. Dependiendo silos de arena desde camiones de del tipo de sistema neumático entrega a granel. Cada fundición En estos sistemas se empuja utilizado, puede tener una gran está familiarizada con los problemas la arena a través de la tubería influencia en la calidad de la arena asociados a este tipo de sistemas, transportadora en flujo tapón el que entregada a la línea de producción, principalmente asociados a la se forma de acuerdo a la relación considerando la degradación del entrega en fase diluta (baja presión de fricción entre la arena y la pared grano de arena, la generación de de aire pero muy alta velocidad), de la tubería y la permeabilidad finos y la expectativa de vida útil de la lo cual definitivamente no es de la arena, sin ninguna asistencia cañería. recomendable para arena. mecánica en el recipiente de presión en sí mismo. En general, todos los sistemas Recordando otro proyecto de convencionales de transporte transporte neumático de arena, Estos transportadores son neumático pueden dividirse en dos muy poco después de que se costosos de fabricar e incorporan amplias categorías, completara una flamante instalación relativamente muchos componentes transporte en y comenzara la producción y sus controles eléctricos también Fase Diluta y en comenzaron unas llamadas son costosos. Las probetas de Fase Densa. La telefónicas agitadas por parte nivel normalmente utilizadas, que Fase Diluta trabaja del cliente que reportó que justo funcionan como interruptores generalmente por después de unos días de operación capacitivos, pueden causar vacío o con aire aparecieron en la línea varias fallas donde hay fluctuaciones a baja presión perdidas u la arena se rociaba a en el contenido de humedad y de hasta 20 psi todo el equipamiento de producción temperatura de la arena. manométrico y de la fundición. Por supuesto, velocidades en la el primer impulso fue preguntar La Prevención de Defectos línea de 4000 FPM “¿Cómo puede ser?” Resultó que relacionados con la arena y la (pies por minuto) o el cliente instaló todas las tuberías calidad resultante de las piezas mayores, mientras de conducción de la arena pero coladas, se ha vuelto un tema que los de Fase los apremiantes requerimientos de interés popular y ha llevado a Densa trabajan de producción no le permitieron conducir investigaciones suficientes con presión de aire el tiempo adicional para también y a desarrollar el equipamiento media de 10 – 60 instalar y conectar el recipiente apropiado para prevenir ciertos psi manométricas a presión del transportador que problemas de piezas fundidas y velocidades en la empuja a la arena a través de la relacionados con la arena. ¿Cuánto tubería de 2800 – tubería. En cambio, conectaron significaría para las fundiciones si 5000 FPM. el camión de entrega de arena los defectos ocasionados por la baja calidad de la arena pudieran La degradación directamente a la tubería de arena reducirse o eliminarse? ¿Qué les del grano de arena y se la sopló directamente desde significaría poseer un sistema de dentro de la línea el camión hacia las tolvas de la transferencia de arena confiable es ocasionado por planta. Como todos los camiones y que reduzca los costos de las velocidades descargan y entregan arena en fase mantenimiento? excesivas en la diluta rápidamente se hizo claro que cañería lo que las velocidades mucho más altas Verdadero para las varias resulta en más del sistema de entrega del camión excedieron por mucho la capacidad finos o un número continúa en la página mayor de AFS diseñada de trabajo causando siguiente…

104 105 definiciones arriba expuestas, en la tubería. Los sistemas de transporte recientemente pronto se dieron cuenta que en desarrollados utilizan un recipiente a presión mucho la prevención de defectos de más pequeño con un ciclo total de llenado y soplado la transferencia de arena debía de solamente unos 14 segundos, lo que resulta en un buscarse una nueva solución en lugar fluir casi continuo de arena en la línea. Las funciones de seguir construyendo sobre las necesarias para un ciclo individual se simplificaron bases de la tecnología existente. La también de modo que se requieren menos componentes fuerza impulsora para el desarrollo de control lo que se traduce en ahorros adicionales. de una mejor y más eficiente Las ventajas de un sistema de transporte neumático transferencia de la arena fue el deseo de arena con adecuados dispositivos de prevención de de eliminar los deseos inherentes a defectos incorporados: los “viejos sistemas” y entregar una ¡LA ARENA IMPORTA! solución que fuera de “instalarlo y 1. ¡No necesita fluidización! Esto significa: olvidarse.” - 40% menor consumo de aire comprimido ® - menor cantidad de partes para instalar y mantener Muévala eficientemente con Klein Palmer PLUG FLO Para comenzar, se inició una - menor necesidad de energía del compresor investigación acerca de tanques - menores costos operativos presurizados o de soplado de - puede utilizarse tuberías Standard Schedule 40 diferentes tamaños la cual mostró - Sin necesidad de cañerías de alta resistencia que unidades pequeñas con una SINGLE PF-100 secuencia de operación veloz y 2. ¡Sin necesidad de reforzadores de tiempos cortos de ciclo ofrecía presión! Nuevamente, esto significa: • Mejore la arena & su calidad para colar – transfiere no solamente ventajas respecto al - menor consumo de aire comprimido costo y tamaño de la instalación y eliminación de los reforzadores suavemente a baja velocidad, prácticamente eliminando sino que también convenía por extra y sus accesorios de cañería la degradación de la arena sus requerimiento energético. - colectores de finos más pequeños • Reduce el consumo de aire comprimido – no necesita Consecuentemente se desarrolló - reducción del trabajo de instalación un nuevo sistema de transporte, - menor cantidad de partes para fluidización por aire como una extensión del concepto instalar • Mínimo mantenimiento – bajo desgaste de cañerías, de fase Densa, operando entre 15- - mínimo mantenimiento 90 psi manométrico con presión - un sistema menos sin reforzadores de aire, velocidades de la arena en complicado • Transferencia eficiente de la arena la tubería de solamente 100 a 450 3. ¡Velocidades mucho • Fácil recambio de piezas o reparación pies por minuto y utilizando hasta menores! Que se traduce un 45% menos aire comprimido en: que los sistemas convencionales de - ¡desgaste Fase Densa. Esto significa que las considerablemente velocidades de la arena dentro de menor de la cañería! DUAL PF-100 las tuberías era como mucho 6 a 10 - menor cantidad de veces menores que en los sistemas costosas reparaciones • Todas las ventajas del convencionales de Fase Diluta y - menos desperdicio Densa, se redujo drásticamente la Single PF-100, con de aire comprimido; erosión de la cañería, prácticamente (grietas en la cañería mayor capacidad de se eliminó la degradación de la arena desperdician un transferencia de arena. y se cortaron de cuajo los costos montón de aire operativos. comprimido); La mayor diferencia entre el 4. ¡Menor degradación defectuosa? Para determinar la sistema recientemente desarrollado de la arena debido a las bajas factibilidad de un sistema de estas y los sistemas tradicionales de velocidades! Resultando en: características se realizaron una movimiento de arena se encontró en - menos generación de finos cantidad de ensayos para asegurar la la reducción del tiempo de ciclo en - menos desperdicio de material consistencia de los resultados. Debajo las operaciones de tipo batch (por - ahorros en el consumo de resina (finos se muestra una tabla de resultados lotes). Debido a los relativamente excesivos en la arena absorben resina típicos de estos ensayos y evidencia grandes tamaños de los recipientes a lo loco) de que reconocer los problemas en un presurizados de los sistemas - operación más eficiente proceso o equipamiento acompañado convencionales, un ciclo completo - Mejora en la limpieza del ambiente de de un seguimiento sistemático para incluía aproximadamente 90 trabajo eliminar defectos es realista y nos segundos de llenado para rellenar el brinda los resultados deseados. www.palmermfg.com recipiente a presión con arena lo que ¿Y qué podemos esperar acerca de tomaba una gran parte del tiempo la calidad de la arena con un sistema Contacto: www.albkleinco.com del ciclo completo e interrumpía que fue diseñado para prevenir JIM GAULDIN temporariamente el flujo de arena los problemas causados por arena [email protected]

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¡LA ARENA IMPORTA! Muévala eficientemente con Klein Palmer PLUG FLO®

SINGLE PF-100 • Mejore la arena & su calidad para colar – transfiere suavemente a baja velocidad, prácticamente eliminando la degradación de la arena • Reduce el consumo de aire comprimido – no necesita fluidización por aire • Mínimo mantenimiento – bajo desgaste de cañerías, sin reforzadores • Transferencia eficiente de la arena • Fácil recambio de piezas o reparación

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106 49 CINTAS TRANSPORTADORAS ENFRIADORAS material apropiadamente diseñado y una disposición de planta pensada a medida de sus necesidades. Para obtener un proceso confiable y flexible es necesario tener un paso de ajuste fino de los parámetros de enfriamiento de las piezas GAETANO CORAGGIO fundidas. Sin importar el proceso Ingeniero de Proceso de fundición, el método de MAGALDI TECHNOLOGIES, LLC enfriamiento debe ser capaz de asegurar la performance a lo largo PUNTOS SOBRESALIENTES DEL ARTÍCULO de la curva de enfriamiento de la • Un método eficiente de enfriado puede aumentar los volúmenes de produc- pieza. ción de la fundición. En el proceso de colado de piezas • Los sistemas automatizados pueden ayudar a asegurar un control preciso de fundidas, la solidificación es un los parámetros de proceso. fenómeno que controla muchas de • Un banco de ensayos y el análisis CFD son útiles para lograr un enfriamiento las propiedades del producto final. efectivo. En este escenario, las curvas de enfriamiento controlan la calidad de las piezas. Uno de los aspectos a creciente demanda de los clientes empuja a los más importantes de la curva L de enfriamiento es la velocidad fabricantes a investigar y desarrollas nuevas tecnologías y de la misma, la cual afecta la procesos para la industria de la fundición. microestructura y propiedades de las piezas. Durante el tiempo de ENFRIAMIENTO DE PIEZAS FUNDIDAS solidificación local, el material pasa Uno de los temas más importantes en el campo de la fundición es completamente de líquido a sólido. el tiempo de enfriamiento de las piezas. Un método eficiente de En aleaciones, la solidificación no enfriamiento permite que las fundiciones aumenten sus volúmenes va a ocurrir a una temperatura de producción, también mediante un sistema de manipulación del dada, sino dentro de un rango, que

Figura 1: Curva típica de enfriamiento de una pieza fundida Figura 2: Curvas de enfriamiento para pieza de aluminio

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dependerá de su composición. TECNOLOGÍAS PARA • Regulación de las piezas Una vez terminada la solidificación, ENFRIAMIENTO DE PIEZAS fundidas de acuerdo con las el enfriamiento de la pieza sólida FUNDIDAS necesidades de la fundición (SCC en la Figura 1) ocurre Las tecnologías más comunes para Aún más, un sistema a velocidades diferentes. La realizar el proceso de enfriamiento automatizado realiza un control Figura 2 muestra las curvas de de las piezas desde la línea de dinámico de los parámetros de enfriamiento obtenidas en piezas moldeo hacia el proceso aguas proceso como: de aluminio como referencia. abajo es: Las curvas se obtuvieron con un • Temperatura de las piezas, data pack (cargador de datos) • Tambor de enfriamiento. mediante pirómetros ópticos en distintos puntos a lo largo del cableado a una pieza de aluminio • Enfriadores vibradores. con un conjunto de termocuplas. recorrido del transporte. • Enfriadores con cintas de acero. El cargador de datos almacena • El ID o identificación de la la tendencia de las temperaturas Los enfriadores de cinta de acero pieza, para ajustar el caudal de desde el colado hasta la etapa presentan múltiples ventajas aire y la velocidad de la cinta final del enfriamiento. El área sin comparados con otras tecnologías transportadora de acero, de datos es debido a la desconexión convencionales: acuerdo con el tipo de pieza. del “data pack” antes de que el manipulador cargue la pieza en la • Transporte suave de las piezas MÉTODOS DE TRANSFERENCIA cinta transportadora de acero. La fundidas sin vibraciones, polvo, DE CALOR ruido. Figura 2 muestra nuevamente dos Para reducir el tiempo de curvas de enfriamiento: una curva • Sin movimiento relativo entre enfriamiento, debe removerse la de enfriamiento líquido (LCC) y material y cinta, por lo tanto, sin energía calórica eficientemente otra de enfriamiento sólido (SCC). desgaste. de las piezas. Uno de los factores El punto “A” representa el inicio de más críticos en el proceso de enfriamiento con corriente forzada • Lay-out Flexible, incluyendo enfriamiento es el método de de aire cuando las piezas ingresan rampas inclinadas para levantar el intercambio de calor adoptado con la cinta transportadora al material. para enfriar las piezas. En el enfriador. El propósito principal • No se necesitan cimientos modelo de flujo paralelo, también del presente artículo es discutir pesados. conocido como flujo en “co- la curva de enfriamiento sólido corriente”, tanto el caudal de aire (SCC). como las piezas fundidas entran al túnel de enfriamiento en el mismo punto y luego avanzan juntos en la misma dirección. Este método no es tan efectivo ya que hay un gran gradiente de temperatura a la entrada del túnel de enfriamiento y el medio refrigerante no puede alcanzar una dada temperatura para maximizar la eficiencia global del proceso de enfriamiento. El arreglo de flujo en “contracorriente”, es por lejos la disposición más común de para un intercambiador de calor. Ocurre cuando el flujo de aire y las piezas fundidas ingresan al

Figura 3: combinación típica de métodos de intercambio de calor continúa en la página siguiente…

108 109 túnel de enfriamiento desde puntos opuestos y fluye en direcciones opuestas. El gradiente de temperatura es menor en la entrada al túnel de enfriamiento, reduciendo de esta manera el estrés térmico de las piezas, mientras que a la vez incrementa la eficiencia global del proceso. De acuerdo con la disposición del layout y restricciones de espacio, es posible adoptar una combinación de ambos tipos de intercambiadores de calor: flujo paralelo y contraflujo. Además de los flujos de aire en co- corriente y contar-corriente, hay otro tipo de flujo de aire, conocido como “flujo cruzado”, que ingresa al sistema a través de algunas ranuras en las bandejas del sistema de transporte. Así, se refuerza la performance del sistema. En esta disposición, el aire refrigerante no sólo pasa alrededor de las piezas, sino también entre ellas, dando Figura 4: Resultados analíticos y experimentales por resultado un enfriamiento más efectivo. La Figura 3 muestra una configuración típica de un túnel del software CFD dedicada a la monitorear la tendencia de la de enfriamiento mantenido bajo preparación del modelo. Como temperatura de esa pieza durante presión negativa. Una corriente resultado se obtiene la curva a estadía en el horno, hasta el final de aire fluye a una velocidad mediante el post-procesador del proceso de enfriamiento. controlada para evitar shock junto con otros parámetros del Las posiciones de las termocuplas térmico en las piezas. Se fuerza a proceso como: la velocidad del se definen tanto por la información que el aire del ambiente ingrese aire, la caída de presión en el túnel de los clientes como por las áreas por los extremos del túnel de de enfriamiento, temperatura críticas destacadas por el análisis enfriamiento y luego se lo succiona del aire y de las piezas. Para CFD. La Figura 4 muestra una por la campana central. validar el análisis CFD arriba comparación entre los resultados expuesto, se lleva a cabo un experimentales y los obtenidos MODELO CFD ensayo experimental si se tienen mediante el análisis CFD. Para realizar un proceso de disponibles las piezas de referencia enfriamiento de las piezas que sea eficiente, deben investigarse ENSAYOS EXPERIMENTALES meticulosamente las propiedades Gracias a un banco de ensayo térmicas de tanto las piezas específico equipado con un como el aire. Así, se requiere un prototipo de túnel de enfriamiento, enfoque CFD (Fluidodinámico es posible validar y ajustar la Computacional) para implementar curva teórica obtenida del análisis un modelo de simulación CFD. Se conecta al sistema de del enfriamiento de la pieza. adquisición de datos un conjunto Comenzando por el modelo 3D de termocuplas soldadas en de la pieza, se genera una grilla de la pieza de prueba. Es posible cálculo (malla). Luego, se colocan Contacto: las condiciones de contorno y GAETANO CORAGGIO propiedades térmicas en la parte [email protected]

110 MCC® Sistema de Enfriamiento Magaldi

El sistema de enfriamiento Magaldi Casting Cooler - MCC® - • Alta fiabilidad mecánica. es un sistema automatizado para el transporte y • Enfriamiento eficiente de piezas fundidas. enfriamiento de piezas fundidas desde las líneas de moldeo • Ausencia de vibraciones, polvo y ruido, haciendo y puede ser también una valiosa estación de trabajo para que el MCC® sea la mesa de trabajo perfecta para quitado de montantes, prescindiendo de la necesidad de tareas de quitado de montantes y clasificación. otra cinta transportadora. • Layout Flexible, incluyendo rampa inclinada para

El sistema MCC® se basa en la altamente probada tecnología levantar el material. Superbelt® con más de 1500 aplicaciones alrededor del • No requiere cimientos pesados. mundo que superan las desventajas de sistemas • Bajo consumo de energía, bajo requerimiento competidores. de piezas de repuesto. Pueden estudiarse soluciones a medida para resolver • Sistema de supervisión completamente integrado problemas especíﬁcos de cualquier aplicación compleja. para operaciones automáticas y optimizadas (MISS®).

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