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Crédito de la imagen: Funtay/.com
La fabricación por fundición es un proceso en el que el material licuado, como el metal fundido, se vierte en la cavidad de un molde especialmente diseñado y se deja endurecer. Tras la solidificación, la pieza se extrae del molde para someterla a diversos tratamientos de acabado o para utilizarla como producto final. Los métodos de fundición se utilizan normalmente para crear formas sólidas y huecas complejas, y los productos de fundición se encuentran en una amplia gama de aplicaciones, como componentes de automoción, piezas aeroespaciales, etc.
Diferentes tipos de fundición y el proceso de fundición
Aunque la fundición es una de las técnicas de fabricación más antiguas que se conocen, los avances modernos en la tecnología de fundición han dado lugar a una amplia gama de métodos de fundición especializados. Los procesos de conformación en caliente, como la fundición a presión, la fundición a la cera perdida, la fundición en yeso y la fundición en arena, ofrecen cada uno sus propias ventajas de fabricación. La comparación de las ventajas y desventajas de los tipos comunes de procesos de fundición puede ayudar a seleccionar el método más adecuado para una determinada producción.
Fundición en arena
La fundición en arena suele basarse en materiales con base de sílice, como la arena sintética o natural. La arena de fundición consiste generalmente en granos esféricos finamente molidos que pueden ser apretados en una superficie de moldeo lisa. La fundición está diseñada para reducir la posibilidad de que se produzcan desgarros, grietas u otros defectos, permitiendo un grado moderado de flexibilidad y contracción durante la fase de enfriamiento del proceso. La arena también puede reforzarse con la adición de arcilla, que ayuda a que las partículas se unan más estrechamente. Los productos de automoción, como los bloques de motor, se fabrican mediante la fundición en arena.
La fundición en arena implica varios pasos, como la creación de patrones, el moldeado, la fusión y el vertido, y la limpieza. El patrón es la forma alrededor de la cual se empaqueta la arena, normalmente en dos partes, la capa y el arrastre. Una vez que la arena se ha compactado lo suficiente como para reproducir el patrón, se retira la cope y se extrae el patrón. A continuación, se instalan los insertos adicionales, denominados cajas de núcleo, y se vuelve a colocar la cota. Una vez que el metal se ha vertido y solidificado, se retira la pieza fundida, se recortan las bandas y las compuertas que se utilizaron en el proceso de vertido y se limpia la arena y la cascarilla adheridas.
Las principales ventajas de la fundición en arena como proceso de fundición incluyen:
- Costes de producción relativamente baratos, especialmente en tiradas de bajo volumen.
- La capacidad de fabricar componentes de gran tamaño.
- Una capacidad para fundir tanto materiales ferrosos como no ferrosos.
- Un bajo coste para el utillaje posterior a la fundición.
A pesar de sus ventajas, la fundición en arena produce un menor grado de precisión que otros métodos alternativos y puede ser difícil fundir en arena componentes con unas especificaciones de tamaño y peso predeterminadas. Además, este proceso tiende a producir productos con un acabado superficial comparativamente áspero.
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Fundición en coquilla
La fundición en coquilla, o a la cera perdida, utiliza un patrón de cera desechable para cada pieza fundida. La cera se inyecta directamente en un molde, se retira y luego se recubre con material refractario y un agente aglutinante, normalmente en varias etapas para construir una cáscara gruesa. Se ensamblan varios modelos en bebederos comunes. Una vez endurecidos los caparazones, los modelos se invierten y se calientan en hornos para eliminar la cera. A continuación, se vierte el metal fundido en los casquillos restantes, donde se endurece con la forma de los patrones de cera. El revestimiento refractario se rompe para mostrar la pieza de fundición terminada. La fundición a la cera se utiliza a menudo para fabricar piezas para la industria del automóvil, la generación de energía y la industria aeroespacial, como los álabes de las turbinas. Algunas de las principales ventajas y desventajas de la fundición a la cera perdida son:
- Un alto grado de precisión y resultados dimensionales exactos.
- La capacidad de crear piezas de paredes finas con geometrías complejas.
- La capacidad de fundir tanto materiales ferrosos como no ferrosos.
- Acabado superficial y detalles de alta calidad en los componentes finales.
Aunque es muy precisa, la fundición a la cera perdida suele ser más cara que otras técnicas de fundición comparables y, por lo general, sólo es rentable cuando no se pueden utilizar fundiciones de arena o yeso. Sin embargo, el gasto puede compensarse a veces con la reducción de los costes de mecanizado y utillaje debido a la calidad de los resultados superficiales de la fundición a la cera perdida.
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Fundición en yeso
La fundición en yeso es similar al proceso de fundición en arena, utilizando una mezcla de yeso, compuesto de refuerzo y agua en lugar de arena. El patrón de yeso se suele recubrir con un compuesto antiadherente para evitar que se pegue al molde, y el yeso es capaz de rellenar cualquier hueco alrededor del molde. Una vez que el material de escayola se ha utilizado para moldear la pieza, suele agrietarse o formar defectos, por lo que es necesario sustituirlo por material nuevo. Las ventajas que ofrece el vaciado de yeso incluyen:
- Un acabado superficial muy suave.
- La capacidad de vaciar formas complejas con paredes finas.
- La capacidad de formar piezas grandes con menos gasto que otros procesos, como el vaciado a la cera perdida.
- Un mayor grado de precisión dimensional que el de la fundición en arena.
Este proceso tiende a ser más caro que la mayoría de las operaciones de fundición en arena y puede requerir frecuentes sustituciones del material de moldeo de yeso. Suele ser más eficaz y rentable cuando la calidad del acabado superficial es un requisito importante. Su aplicación se limita generalmente a la fundición de aleaciones con base de aluminio y cobre.
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Fundición de moldes (proceso de fundición de metales)
La fundición de moldes es un método de moldeo de materiales bajo alta presión y normalmente implica metales y aleaciones no ferrosos, como el zinc, el estaño, el cobre y el aluminio. El molde reutilizable se recubre con un lubricante para ayudar a regular la temperatura de la matriz y ayudar a la expulsión de los componentes. A continuación, el metal fundido se inyecta en la matriz a alta presión, que permanece continua hasta que la pieza se solidifica. Esta inserción a presión es rápida, lo que evita que cualquier segmento del material se endurezca antes de ser fundido. Una vez finalizado el proceso, se extrae el componente de la matriz y se retira el material sobrante. Algunas de las principales ventajas que ofrece la fundición a presión son:
- Tolerancias de tamaño y forma muy ajustadas.
- Alta consistencia dimensional de los componentes y diseño uniforme.
- Una menor necesidad de mecanizado posterior a la fundición.
A pesar de sus ventajas, la fundición a presión como proceso de fundición de metales tiene unos costes de herramienta relativamente altos, lo que hace que sea más rentable en tiradas de productos de gran volumen. También puede ser difícil garantizar las propiedades mecánicas de un componente fundido a presión, por lo que estos productos no suelen funcionar como piezas estructurales. Como los moldes suelen ser de dos piezas, la fundición a presión se limita a productos que pueden extraerse del molde sin destruirlo, como se hace en otros procesos de fundición.
Para obtener más información sobre la fundición a presión, puede revisar nuestra guía Tipos de fundición a presión, que profundiza en los distintos tipos, aleaciones y consideraciones para elegir una combinación específica de proceso y aleación.
Fundición centrífuga
La fundición centrífuga se utiliza para producir piezas largas y cilíndricas, como los tubos de hierro fundido, basándose en las fuerzas g desarrolladas en un molde giratorio. El metal fundido introducido en el molde es arrojado contra la superficie interior del mismo, produciendo una fundición que puede estar libre de vacíos. Este método, inventado originalmente como proceso de Lavaud, que utiliza moldes refrigerados por agua, se aplica a piezas simétricas como tuberías de tierra y grandes cañones de armas, y tiene la ventaja de producir piezas utilizando un número mínimo de bandas. Para las piezas asimétricas que no pueden girar alrededor de sus propios ejes, una variante de la fundición centrífuga, llamada fundición a presión, dispone varias piezas alrededor de un bebedero común y hace girar los moldes alrededor de este eje. Una idea similar se aplica a la fundición de anillos de engranajes muy grandes, etc. Dependiendo del material que se vaya a fundir, se pueden utilizar moldes de metal o de arena.
Fundición en molde permanente
La fundición en molde permanente comparte similitudes con la fundición a presión y la fundición centrífuga, especialmente el uso de moldes reutilizables. Estos pueden ser de acero, grafito, etc. y se utilizan generalmente para fundir materiales como el plomo, el zinc, las aleaciones de aluminio y magnesio, ciertos bronces y el hierro fundido. Se trata de un proceso de baja presión en el que el vaciado se suele hacer a mano utilizando múltiples moldes sobre una mesa giratoria. A medida que los moldes giran por las distintas estaciones, se recubren, se cierran, se llenan, se abren y se vacían sucesivamente. Uno de estos métodos es el conocido como «slush casting», en el que el molde se llena pero se vacía antes de que el metal se endurezca por completo. El metal fundido se vierte desde la fundición para producir una cáscara hueca y fundida. Una idea similar se utiliza en el moldeado de productos de chocolate huecos, como los conejitos de Pascua. El uso de moldes metálicos induce una transferencia de calor más rápida a través del molde, lo que permite que la cáscara se endurezca mientras el núcleo permanece líquido.
Resumen
Este artículo presentó una breve discusión de los diferentes tipos de procesos de fundición. Para obtener más información sobre productos o procesos relacionados, consulte nuestras otras guías o visite la plataforma de descubrimiento de proveedores de Thomas para localizar posibles fuentes de suministro o ver detalles sobre productos específicos.
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