Introducción a la fundición de metales

Esta introducción a la fundición de metales proporciona una breve descripción general y la historia del proceso de fundición, así como un resumen de las técnicas de fundición comunes que se utilizan en la actualidad. El objetivo de este artículo es brindarles a los nuevos fabricantes una mejor comprensión de cómo funciona la fundición de metales y qué pasos están involucrados en la producción de productos de fundición. Al final del artículo, el lector debe tener una idea clara de las oportunidades que presenta la fundición de metales y una sólida apreciación de su potencial como método de fabricación moderno.

Para obtener información más detallada, haga clic en los enlaces y botones ubicados a lo largo de este artículo para conectarse con publicaciones, páginas y libros electrónicos que profundizan en aspectos específicos de la fundición de metales.

¿Qué es la fundición de metales?

La palabra fundición de metales se refiere al proceso de formar un producto o pieza a partir de metal fundido, utilizando cualquier tipo de molde para gobernar su forma final. Una fundición de metal, por otro lado, es un producto o pieza resultante del proceso de fundición de metales. A lo largo de este artículo y en otras partes de nuestro sitio web, usamos la palabra casting indistintamente, ya sea como sustituto del proceso de metalcasting o para el objeto, una fundición de metal .

Definición de fundición de metales:

Un proceso de fabricación en el que el metal fundido se vierte en una cavidad (molde) que mantiene el metal en una forma específica a medida que se solidifica.

Pasos generales de fundición de metales

1. Cree el patrón maestro y el corebox. El primer paso en la fundición de metales es crear un objeto con una forma similar a la del producto deseado, llamado patrón. . El patrón es una herramienta utilizada para producir el molde y debe ser un poco más grande que el producto final para tener en cuenta la contracción durante la solidificación. En la fundición de metales, los patrones a menudo se producen mediante mecanizado CNC. Del mismo modo, núcleos , como se describe en el Paso 2, se crean utilizando otro tipo de herramientas:coreboxes. Los métodos de fundición que utilizan moldes reutilizables, como la fundición en molde permanente, normalmente no requieren patrones ni cajas de machos. En estos casos, los fabricantes de herramientas pueden producir el molde y el macho directamente.

2. Cree el molde y el núcleo. Para producir con éxito una fundición, el fabricante primero debe crear una cavidad de molde para contener y formar el metal fundido. En muchos casos, también deben producir un núcleo que encaja en el interior del molde, formando cavidades huecas en el interior de la pieza final. Los moldes y los machos pueden ser reutilizables, como en el caso de la fundición a presión o el moldeo permanente, o de un solo uso, como la fundición en arena verde o la fundición en molde de concha.

3. Derretir la aleación. A continuación, el fabricante debe fundir el metal. A menudo, el metal utilizado es una aleación, o una mezcla de elementos que, juntos, proporcionan propiedades mecánicas óptimas. Los procesos de fusión varían:en su forma más simple, la fusión consiste en colocar la aleación en un recipiente con un punto de fusión más alto y calentarla sobre un quemador o llama abierta. Los métodos de fusión más contemporáneos, como la fusión por inducción, se basan en las propiedades físicas de las aleaciones para fundirlas y llevarlas a la temperatura de fundición de manera más eficiente.

4. Vierta el metal fundido en el molde. Una vez que el fabricante funde la aleación, debe verter el metal fundido en la cavidad del molde. Normalmente esto se logra con un cucharón que apoya el proceso de vertido y permite a los operadores controlar la velocidad de vertido de forma manual o automática. Las técnicas de vertido incorrectas pueden provocar defectos, ya que los gases pueden quedar atrapados dentro del molde y provocar agujeros en la fundición resultante.

5. Permita que el metal se solidifique. Después del vertido, el fabricante debe crear las condiciones óptimas para que el metal se solidifique dentro del molde. Una vez más, los fabricantes deben tener en cuenta la contracción del metal fundido a medida que se enfría, así como la liberación de gases que se acumulan dentro del molde durante el vertido.

6. Saque la fundición del molde. Cuando el metal se haya enfriado y solidificado lo suficiente, el fabricante debe retirar la pieza fundida del molde. En los métodos que emplean moldes de un solo uso, los operadores simplemente separan el molde de la fundición. Para los moldes reutilizables, a menudo se utilizan recubrimientos especiales para evitar que se peguen y características que permiten la eliminación de la fundición (como pasadores de expulsión). ) debe diseñarse en el molde.

7. Termina el casting. La mayoría de las piezas fundidas deben someterse a procesos de acabado como limpieza (eliminación del exceso de material de la pieza); eliminación de puertas (quitando los canales de vertido de la pieza); tratamiento térmico (calentar y enfriar las piezas fundidas en un entorno controlado para aumentar las propiedades físicas) e inspección para el control de calidad. Muchos productos también pasan por procesos de mecanizado CNC para mejorar la precisión dimensional y el valor estético.

Historia de la fundición de metales

Mucho de lo que sabemos hoy sobre los orígenes de la fundición de metales se basa en hallazgos arqueológicos. Afortunadamente, la durabilidad de las fundiciones significa que muchos artefactos de fundición han sobrevivido durante miles y miles de años.

Las primeras piezas fundidas solían ser estatuas artísticas, herramientas y armas, y los primeros metales utilizados en la fundición fueron el cobre y el estaño, o una aleación hecha de los dos metales llamada bronce. Las civilizaciones de los continentes asiático y europeo experimentaron con otros materiales y continuaron utilizando la fundición durante miles de años. A medida que se refinaron los procesos y se registraron las técnicas en un lenguaje preciso, también se amplió el alcance de los productos fundidos. En la Edad Media, las fundiciones europeas se encargaron principalmente de producir campanas de iglesia.

A la derecha se muestra el candelabro de Gloucester, un elaborado moldeado a la cera perdida (inversión) producido para la catedral de Gloucester en Inglaterra entre 1104 y 1113 d.C.

En el siglo XX, la fabricación de automóviles, impulsada en parte por las técnicas de producción de flujo de Ford Motors, aumentó la demanda de piezas fundidas y condujo a nuevos avances en el proceso. Se inventó el acero y, a mediados del siglo XX, el acero inoxidable se usaba ampliamente para la fundición. Tanto la Primera Guerra Mundial como la Segunda Guerra Mundial pusieron a prueba los límites del casting en los Estados Unidos, Europa y Japón. Los procesos antiguos, como la fundición de inversión, se refinaron aún más para producir mejores piezas fundidas más rápido. Durante el siglo XX también se desarrollaron nuevos procesos, como la fundición a presión y la fundición en moldes.

Procesos de fundición

Los siguientes procesos de fundición de metales representan algunas de las técnicas más comunes y versátiles en el arsenal de las instalaciones de fundición. Algunos métodos se remontan a miles de años, mientras que otros tienen menos de un siglo, y cada uno de estos procesos es el método de fundición ideal para ciertos tipos de productos. Aquí ofrecemos una breve descripción de cada proceso. Para obtener información más detallada, haga clic en los enlaces proporcionados en cada sección.

Casting de inversión

La técnica de fundición de metales más antigua que todavía se usa a escala industrial, la fundición de inversión es un proceso ingenioso que implica cubrir un patrón de cera con la forma del producto final en material refractario, luego fundir la cera y reemplazarla con metal fundido.

Obtenga más información sobre el casting de inversiones

• Guía de casting de inversión (libro electrónico)
• Capacidades de fundición de precisión en Eagle Precision Cast Parts, Inc.
• Estudio de caso de fundición de inversión:de la fabricación tosca a la fundición elegante

Fundición en arena verde

La fundición en arena verde es una técnica versátil de fundición de metales con bajos costos de herramientas en la que la arena húmeda unida con arcilla se compacta alrededor de un patrón para formar un molde. Los moldes resultantes se pueden usar para fundir casi cualquier aleación y la mayoría de la arena utilizada para formar el molde se puede recuperar y reciclar.

Más información sobre la fundición en arena verde

• Introducción a la fundición en arena verde (entrada de blog)
• Capacidades de fundición en arena verde en Eagle Aluminium Cast Products, Inc.

Fundición en molde de carcasa

También conocido como lanzamiento de proyectiles o molduras de concha , la fundición de moldes de carcasa fue inventada a mediados del siglo XX por un ingeniero alemán y posteriormente fue perfeccionada por fabricantes en los EE. UU. y Alemania. El proceso consiste en recubrir un patrón con granos de arena recubiertos de resina que se unen entre sí con la aplicación de calor. La fundición en molde Shell proporciona un alto grado de precisión y una excelente repetibilidad.

Obtenga más información sobre la fundición con molde de carcasa

• Guía del proceso de fundición de moldes de carcasa (libro electrónico)
• Introducción a la fundición de moldes de carcasa (serie de blogs)
• Capacidades de moldeo de carcasas en Eagle Alloy, Inc.

Fundición en molde permanente

La fundición en molde permanente, como su nombre lo indica, utiliza moldes reutilizables en lugar de los moldes desechables que se utilizan en la fundición en arena. Las herramientas pueden ser complicadas de producir y las aleaciones están algo limitadas en función de la temperatura de fusión, pero las ejecuciones de gran volumen pueden lograr bajos costos por pieza. La repetibilidad, el acabado superficial y la precisión son excelentes en las piezas fundidas en molde permanente.

Más información sobre la fundición en molde permanente

• Introducción a la fundición en molde permanente (entrada de blog)
• Estudio de caso de aspas de ventilador de aluminio fundido en molde permanente
• Capacidades de moldeo permanente en Eagle Aluminium Cast Products, Inc.

Fundición neumática

Otra variación de la fundición en arena, la fundición con aire, también conocida como fundición sin cocción– utiliza arena unida químicamente que se solidifica a temperatura ambiente. El proceso puede consumir más tiempo que la fundición en arena verde o el moldeo en cáscara debido al tiempo que requiere la solidificación de los moldes, pero las herramientas son económicas y se puede lograr una precisión dimensional y un acabado superficial excelentes mediante la fundición neumática.

Más información sobre Airset Casting

• Primeros pasos con Airset Casting (entrada de blog)
• Capacidades de fundición Airset en Eagle Alloy, Inc.

Fundición a presión

La fundición a presión es otro método de fundición que utiliza moldes reutilizables. A diferencia de la fundición en molde permanente, la fundición a presión emplea inyección de alta presión para llenar rápida y completamente la cavidad del molde. La fundición a presión puede proporcionar excelentes parámetros de fundición, pero los costos iniciales a menudo limitan su uso a tiradas de gran volumen.

Más información sobre la fundición a presión

• ¿Qué es el proceso de fundición a presión? (Vídeo)

Fundición de metales:un proceso de fabricación moderno con raíces antiguas

Hoy en día, la fundición de metales es una industria de $33 mil millones que representa casi 200 000 puestos de trabajo solo en los EE. UU. Las fundiciones se utilizan en el 90 por ciento de los bienes duraderos, desde equipos de construcción hasta dispositivos médicos. Según la American Foundry Society, "la mayoría de las personas rara vez se encuentran a más de 10 pies de distancia de una fundición". Las nuevas tecnologías y los procesos mejorados están haciendo que las fundiciones de metales sean mejores y más complejas que nunca, lo que significa que las fundiciones pueden expandirse a nuevos mercados, aumentando aún más la prevalencia de la industria de la fundición de metales.

Las instalaciones de fundición se asocian regularmente con el gobierno y las universidades de los EE. UU. para garantizar que la industria de la fundición se beneficie de la investigación de vanguardia. Una de esas asociaciones con el Departamento de Energía de EE. UU. ya ha logrado desarrollar fundiciones más livianas, fundiciones que requieren menos procesamiento posterior y fundiciones que utilizan una gama más amplia de aleaciones.

Las tecnologías relativamente nuevas, como la impresión 3D, se pueden utilizar junto con la fundición de metales para crear prototipos, patrones e incluso moldes con mayor rapidez que antes. Las organizaciones de defensa están trabajando para hacer que este tipo de tecnología, y otras que pueden ayudar al avance de la industria de la fundición en su conjunto, estén más disponibles. La Steel Founders Society of America (SFSA) está desarrollando actualmente una célula robótica que puede ser estudiada y adoptada por las fundiciones miembros. Su objetivo es mejorar la automatización en toda la industria, haciendo posible volver a apuntalar más trabajos de fundición.

Mientras tanto, en el frente de divulgación, la American Foundry Society (AFS) lleva a cabo una variedad de programas orientados a educar tanto al público como a los legisladores estadounidenses sobre el potencial de la fundición de metales. De su asociación con la Asociación Nacional de Fabricantes en la promoción del Día de la Fabricación a su Fly-in anual de Asuntos Gubernamentales, AFS tiene como prioridad preparar a la próxima generación de profesionales del casting.

Después de una larga historia de innovación, la fundición de metales sigue estando a la vanguardia de la tecnología de fabricación. Si bien el proceso esencial sigue siendo el mismo que usaron los primeros fundidores de metal, la fundición ha evolucionado más allá de sus humildes orígenes para satisfacer las necesidades de los consumidores modernos.

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