11 métodos de fundición de metales

Aprenda los términos y procesos involucrados en sacar tesoros del fuego del horno

¿Qué es la fundición de metales?

La fundición de metales es el proceso de hacer objetos vertiendo metal fundido en un espacio vacío con forma. Luego, el metal se enfría y se endurece en la forma que le da este molde. La fundición suele ser una forma menos costosa de fabricar una pieza en comparación con el mecanizado de la pieza a partir de una pieza de metal sólido. Hay muchos métodos de fundición de metal para elegir. El tipo de fundición más eficiente depende de los metales utilizados, el tamaño de la tirada y la complejidad de la fundición.

Antes de comenzar un ciclo de producción, es útil conocer algunos de los términos y métodos del piso de fundición.

• Ir a la terminología de Casting
• Ir a Tipos de fundición de metales

Terminología de casting

Moldes de fundición

Un molde es una cavidad en un material que recibe metal líquido y produce un objeto enfriado con la forma de esa cavidad. Los moldes pueden ser simples. Las formas utilizadas para crear lingotes de metal son como moldes para pan, con el metal simplemente vertido dentro y dejado enfriar. La mayoría de los moldes son para formas más complejas y se basan en un patrón. El patrón impreso en un molde dividido. La mitad del patrón se imprime en un lado del molde y la otra mitad en el otro, y luego las mitades se sujetan juntas antes de llenar el molde. Al hacer el molde en dos partes, el patrón se puede retirar antes del llenado. Estos moldes se pueden hacer con una división horizontal

Hacer frente y arrastrar

En el moldeado horizontal, la mitad superior del molde se denomina cobertura. , y la mitad inferior se llama arrastrar .

Columpio y embestida

En el moldeado vertical, la mitad delantera del molde se denomina columpio. , y la mitad trasera se llama carnero .

Núcleos de moldeo

Si se supone que un molde tiene espacios u orificios internos, un núcleo se hace a menudo. Estos núcleos tienen la forma del espacio interno. Los núcleos generalmente se mantienen en su lugar al extenderse más allá de la fundición y se mantienen en su lugar a través de impresión de núcleo. , que suspende el núcleo como un puente entre dos orillas. Los espacios vacíos alrededor del núcleo se llenarán de metal y el núcleo se retirará de la fundición final, dejando un agujero donde antes estaba. Si el núcleo es muy largo, puede ser apoyado por coronillas para apuntalarlo. Por lo general, están hechos del mismo metal que la fundición final, ya que se asientan en el espacio que se inundará con el material y se convertirá en parte de la fundición final.

Tolerancia dimensional

Uno de los factores importantes a la hora de elegir un método de fundición es la tolerancia dimensional. . La tolerancia dimensional es la variación aceptable en el tamaño del producto final. El metal se contrae cuando se enfría, y el tipo de fundición influye en cuánto. Si un producto necesita ser preciso, un cliente puede querer un método de fundición que produzca fundición casi neta. . Esto significa que el producto está muy cerca de tener el tamaño correcto cuando se saca del molde.

Acabado de superficies

Otra consideración es el acabado de superficies . ¿Qué tan granular, irregular o áspera puede ser la superficie de la fundición? Lo que es aceptable para una sartén de hierro fundido no lo es para un anillo de bodas. Las superficies metálicas muy lisas generalmente se crean con el mecanizado, lo que supone un coste adicional:si se desea obtener un resultado brillante y liso, elegir un método de fundición con un acabado más fino puede reducir los costes de mecanizado.

Métodos de fundición de metales

La fundición de metales se divide en dos categorías principales:procesos con moldes reutilizables y procesos con moldes desechables.

• Moldes reutilizables:
  • • Moldes permanentes
    • Moldes semipermanentes
    • Lanzamiento de aguanieve
    • Fundición centrífuga
    • Fundición a presión
    • Fundición a presión
• Moldes desechables:
  • • Fundición en arena
    • moldeado de cáscara
    • Fundición de inversión (cera perdida)
    • Molde completo o espuma

Los moldes reutilizables o permanentes crean muchos artículos, mientras que los moldes desechables se destruyen en el proceso de fundición. Aunque puede parecer desde la perspectiva de un profano que los moldes reutilizables deben ser más rentables para una gran producción, no siempre es así. La mayoría de los objetos de hierro y acero se fabrican mediante procesos de fundición desechables.

Las sustancias de moldeo a baja temperatura (resinas, chocolate, cera, etc.) casi siempre utilizan moldes reutilizables. Lo que hace que la metalurgia sea diferente son las altas temperaturas involucradas. Estos ponen mucha tensión en el molde. Por lo tanto, no sorprende que las aleaciones con un punto de fusión más bajo, como el zinc, el aluminio, el magnesio, el estaño o el cobre, sean con mayor frecuencia las que tienen éxito en los procesos de moldeo reutilizables.

Sin embargo, en algunas circunstancias, incluso los metales ferrosos se vierten en moldes reutilizables. La complejidad del diseño, la elección del metal y los requisitos de tolerancia dimensional y acabado superficial influyen en si los moldes reutilizables son apropiados.

Moldes reutilizables

 Moldes permanentes

Los moldes permanentes generalmente están hechos de metal, uno que tiene un punto de fusión más alto que el metal con el que están llenos. El metal fluido se vierte sin ningún tipo de presión externa. Los núcleos permanentes deben ser simples para que puedan ser retirados para su reutilización de la fundición terminada.

Estos moldes se utilizan a veces en la fundición de hierro, así como con aleaciones de baja temperatura. Las plataformas giratorias, en lugar de las líneas de montaje, son el flujo de trabajo industrial más común. Las operaciones individuales, como recubrir el molde, colocar los machos, cerrar el molde, verter, abrir el molde y expulsar la fundición, se realizan a medida que cada molde pasa por las siguientes estaciones.

Los moldes se precalientan antes de verter el primer colado para que no se agriete por la diferencia de temperatura.

Las piezas fundidas que provienen de este método no pueden tener paredes tan delgadas como las de otros métodos reutilizables, como la fundición a presión. Sin embargo, las piezas fundidas se producen con "tolerancia estrecha", lo que significa que el tamaño de la pieza fundida final se puede predecir con mayor precisión. Las piezas fundidas hechas de esta manera son densas y de grano fino. Tienen un acabado superficial más liso y evitan varios tipos de defectos.

Esta forma de moldura es lo suficientemente duradera como para usarse con hierro, pero no es el estilo preferido para los latones amarillos. Los latones amarillos tienen un alto contenido de zinc y ensucian el molde o la matriz.

Moldes semipermanentes

El único cambio en la fundición en molde semipermanente es que los núcleos utilizados en el proceso de fundición pueden ser núcleos de arena desechables. Son posibles formas de núcleo más complejas con núcleos de arena, porque no es necesario extraerlos intactos de la fundición final. Si se deja una abertura en la fundición para extraer los núcleos, se pueden "sacudir" en una mesa vibratoria, para que drenen como la arena a través de un reloj de arena. Las ventajas de tolerancia, densidad y apariencia de la fundición en molde permanente solo existen en la sección fundida contra el molde de metal.

Lanzamiento de aguanieve

Este estilo de fundición con nombre colorido crea piezas fundidas huecas sin necesidad de núcleos simplemente recubriendo el interior del molde con una pequeña cantidad de metal, creando una "piel" de metal. Hay diferentes formas de abordar la colada en aguanieve dependiendo de la rapidez con la que fragüe el metal u otro material. En un método, el fundador puede verter pequeñas cantidades de líquido en un molde y rotarlo para cubrir el interior con el metal. En otro, el fundador puede llenar el molde por completo y luego verter el exceso de material después de un tiempo de enfriamiento específico. El zinc, el aluminio y el peltre son metales que comúnmente se funden en aguanieve.

Fundición centrífuga

En la fundición centrífuga verdadera, un molde enfriado por agua gira alrededor de su eje central a alta velocidad mientras se alimenta el metal líquido. La fuerza centrífuga empuja el metal líquido a lo largo de la superficie del molde en una capa uniforme. Para que este método funcione, la fundición final debe tener geometrías uniformes alrededor del eje de giro. Por lo tanto, esta forma de fundición es mejor para aquellos moldes que son aproximadamente cilíndricos o circulares, como tubos o anillos.

Los objetos fundidos con este método suelen tener una tasa de defectos muy baja. Las impurezas terminan cerca del orificio, o la superficie interna, de la pieza fundida y pueden eliminarse mediante maquinado. La mayoría de las tuberías o accesorios que se utilizarán bajo presión se funden por centrifugación debido a la resistencia de su estructura sin costuras.

Algunas fundiciones de metal pequeñas, como las joyas, se fabrican con una centrífuga que hace girar un molde completo alrededor de un punto central, extrayendo el metal de un crisol mientras gira. Estas fundiciones no son verdaderas fundiciones centrífugas, sino una forma de fundición a presión.

Fundición a presión

Los métodos de fundición a presión utilizan fuerzas distintas de la gravedad para controlar el flujo de metal en un molde permanente. En la fundición a presión se utilizan aire o gas, vacío, fuerzas mecánicas o centrífugas. Estos métodos permiten a las fundiciones controlar con precisión la velocidad a la que se llena un molde:la gravedad siempre actúa con la misma fuerza, pero las fuerzas creadas por el hombre pueden variar.

La fundición al vacío empuja el metal hacia un molde cuando el molde está despresurizado, y el vacío creado extrae el metal líquido de un depósito debajo. El vacío debe permanecer encendido mientras el metal se enfría, por lo que este método se usa principalmente para fundiciones de paredes delgadas. Proporciona un excelente acabado superficial. Las fundiciones a baja presión invierten este proceso al presurizar el horno donde se asienta el metal líquido, en lugar de crear un vacío en el molde. El metal se empuja a través de elevadores hacia la cavidad del molde.

Todas las máquinas de fundición a presión (a continuación) también utilizan algún tipo de presión para ayudar a crear piezas fundidas.

Fundición a presión

Las máquinas de fundición a presión constan de una cubeta que contiene metal fundido, un molde metálico o troquel sobre dos placas y un sistema de inyección que extrae el material y lo empuja bajo presión hacia el troquel.

El proceso de fundición a presión comienza con un molde abierto. Las boquillas rocían el molde con un lubricante para ayudar a evitar que la pieza se pegue. A continuación, se cierran las dos mitades del molde y se inyecta el molde cerrado utilizando una boquilla de presión. Se le da un momento a la nueva fundición para que se enfríe antes de que se abra el dado. Los pasadores eyectores empujan la nueva fundición del troquel y luego el proceso comienza de nuevo.

Hay dos formas de inyección de metal en la fundición a presión. La fundición a presión en cámara fría funciona como una jeringa:antes de fundir cada matriz, se debe llenar una cámara de inyección con metal fundido y luego un pistón empuja el contenido del inyector hacia la matriz. La fundición a presión de cámara caliente o cuello de cisne funciona sumergiendo la cámara del sistema de inyección en el metal fundido, donde la forma del sistema significa que el inyector se recarga solo. La fundición a presión en cámara caliente empuja este material hacia el molde ya sea con un pistón o con presión de aire.

Los sistemas de cuello de cisne son más propensos a la corrosión porque se asientan en un baño de metal fundido. Por esta razón, se suelen utilizar con aluminio o aleaciones de aluminio-zinc que tienen un punto de fusión más bajo. La fundición a presión de inyección de pistón o de cámara fría se puede utilizar para las temperaturas más altas necesarias para fundir latón y bronce, ya que el inyector no está expuesto continuamente al calor.

Lanzamiento continuo

Incluso las piezas de metal que consideramos completamente mecanizadas, laminadas o trabajadas de otro modo a menudo han tenido su inicio en la planta de fundición. La colada continua crea tochos, palanquillas y losas, que son diferentes tamaños de formas metálicas simples, al extruirlas a través de una forma permanente. Este proceso de fundición crea la materia prima para el acero trabajado.

El proceso de colada continua comienza muy por encima del piso de la fábrica. El metal fundido se introduce en un embudo que controla la velocidad de fundición. El embudo llena un molde debajo de él, que es una forma simple, generalmente de 20 a 80 pulgadas de largo, y tiene forma de cuadrado, círculo o rectángulo en su ancho. Las paredes del molde se enfrían para que el exterior de la fundición se congele a medida que pasa. A medida que el metal deja la forma, se solidifica, pero sigue siendo flexible. Esto permite que la máquina de colada continua lo doble para que el acabado producido salga horizontalmente. Una serie de ruedas guían la losa hacia una cinta transportadora mientras los aerosoles de enfriamiento solidifican la superficie. Los chorros de gas en la superficie horizontal cortan la pieza continua de metal en longitudes manejables, para que puedan levantarse y apilarse.

Moldes desechables

Los métodos de moldes desechables son los claros ganadores cuando se trata de fundir metales ferrosos. Son rentables porque no tienen que ser resistentes para las altas temperaturas involucradas.

Fundición en arena

La fundición en arena es el método más común utilizado para la fundición de metales. Es un proceso de fabricación de al menos tres mil años de antigüedad:la primera evidencia de fundición en arcilla proviene de China, durante la dinastía Shang (c. 1600 a 1046 a. C.).

No es de extrañar que este proceso siga siendo tan popular:la arena es barata, abundante, maleable y capaz de soportar el calor.

Los núcleos creados con arena son fáciles de quitar:se pueden sacudir con una mesa vibratoria. Los canales y las puertas, que se utilizan para dirigir el metal hacia la cavidad del molde, los corta a mano un moldeador experimentado o se crean como parte del patrón.

El acabado de la superficie de los elementos de fundición en arena suele ser rugoso y la tolerancia dimensional no es precisa, por lo que la fundición en arena es ideal para producir piezas grandes y resistentes, desde vallas decorativas hasta bandejas de hierro fundido y piezas de motores de automóviles.

Lea más sobre la fundición en arena en nuestro artículo anterior de esta serie.

Moldeo de cáscara

Shell molding es una forma de fundición en arena que proporciona tolerancias dimensionales más estrechas. Es muy similar al moldeado con arena, solo que la arena se mezcla con una resina. Se vierte una mezcla de arena y resina sobre cada mitad del patrón de moldeo de metal caliente. Esta mezcla se derrite y se enfría en una cáscara. Las "cáscaras" del molde se juntan y generalmente se sostienen sobre un matraz lleno de arena. Con la resina brindando soporte adicional a las superficies interiores, estas carcasas forman un molde muy preciso.

A menudo, el moldeado de cáscara se utiliza para producir núcleos para la fundición en arena tradicional. La resina le da a los núcleos de arena la fuerza para mantener la forma, incluso cuando se colocan sobre el vacío que se convertirá en una fundición. Estos núcleos de carcasa pueden ser huecos, creados en un molde de metal caliente en un proceso como el de fundición en aguanieve. Las dos mitades del molde central se sujetan y calientan, y luego se llenan con arena recubierta de resina. El molde se hornea hasta que la pared de la carcasa es lo suficientemente gruesa como para soportar el tamaño del núcleo y luego se vierte el exceso de arena resinosa sin curar. Cuando las dos mitades del molde se dividen, revelan el núcleo resistente, ahora listo para ser colocado en el molde de arena para crear espacio en la fundición.

• Fundición de inversión (fundición a la cera perdida)

  La fundición en arena es, con mucho, la forma más utilizada de fundición de metales y, sin embargo, hay un aspecto de la fundición en arena que la hace inapropiada para algunos proyectos. Los patrones de fundición en arena deben eliminarse del molde que crean, lo que puede significar una construcción de patrones intrincada. Los requisitos de borrador, las ubicaciones de las líneas de partición, las entradas, las contrahuellas y los núcleos requieren que un creador de patrones considere cuidadosamente las necesidades del patrón en cada etapa del proceso de fundición.

  El proceso de fundición a la cera perdida, de inversión o de precisión es una alternativa a la fundición en arena que puede funcionar con la mayoría de los grados de metal, incluso aleaciones ferrosas de alto punto de fusión y, sin embargo, evita algunos de estos desafíos de la creación de patrones en la fundición en arena.

  Un diseñador de una fundición de inversión fabrica un troquel de metal preciso en el que se moldean los patrones de cera o plástico. Estos patrones se ensamblan en un bebedero también hecho de este material:el trabajador de la fundición usa una antorcha para derretir el bebedero lo suficiente como para unir cada patrón a él.

  Luego, este ensamblaje se usa para crear una carcasa que se usará como molde. Se rocía, se cepilla o se sumerge en una suspensión de un agregado altamente refractario de grano fino y un agente de unión patentado compuesto principalmente de silicato de etilo. A continuación, se deja reposar esta mezcla. El patrón se recubre repetidamente con lechadas más gruesas hasta que se produce una capa del agregado alrededor del patrón. Los moldes reposan hasta que el recubrimiento ha fraguado, después de lo cual se calientan en un horno en posición invertida para que la cera se escurra y se recolecte para su reutilización. Después de quitar la cera, los moldes se hornean en un horno precalentado. Luego, los moldes se pueden apoyar con arena suelta y verter de cualquier manera convencional.

Cuando las piezas fundidas se han enfriado, la cubierta que rodea la pieza fundida se rompe y se sacude con una mesa vibratoria.

La fundición de inversión proporciona un acabado superficial superior y una alta precisión dimensional. No hay líneas de partición como las que hay en la fundición en arena.

Proceso de fundición de espuma o molde completo

El proceso de fundición de espuma o molde completo es una combinación de procesos de fundición de arena y de inversión. Se utiliza un patrón de poliestireno espumado. De hecho, el patrón de espuma se puede completar con un sistema de compuertas y corredores, y puede incorporar la eliminación de la tolerancia de tiro. A veces, el patrón se quita antes del relleno, pero con algunas espumas, el patrón se puede dejar en el molde para que se vaporice instantáneamente cuando se vierte el metal caliente.

Este proceso es ideal para series de fundición de una o varias piezas, pero a veces las fundiciones producen patrones de espuma en masa para crear cantidades de producción. Hay un gasto adicional para el equipo para hacer los patrones de espuma destructible, pero a menudo la economía del proceso total de fundición puede ser favorable si el patrón es muy complejo.

Comparación de procesos de fundición

La consulta con los fabricantes es útil para encontrar la forma más rentable de lanzar un proyecto. En general, los metales ferrosos se moldearán utilizando moldes desechables, mientras que los metales no ferrosos tienen una gama más amplia de posibilidades, pero hay excepciones incluso a esta simple regla.

Entrar en el proceso con una comprensión clara de las necesidades del proyecto ayudará a elegir el mejor proceso para la fundición. ¿El diseño debe tener un tamaño preciso? ¿Qué tan delgadas deben ser las paredes? ¿De qué tamaño y peso será el yeso al final? ¿Qué pasa con el acabado de la superficie? Saber de antemano las respuestas a todas estas preguntas ayudará a un diseñador inteligente a comprender y guiar su producto a través del proceso de fundición, encontrando el mejor y menos costoso proceso para hacer su trabajo.

Publicación anterior:Creación de prototiposProceso de fundición de metalesPublicación siguiente:Fundición en arena