Todo lo que necesita saber sobre la fundición de metales

La fundición de metales, un proceso metalúrgico que involucra metal líquido y un molde, existe desde hace miles de años.

A lo largo de su historia, la fundición de metales se ha utilizado para hacer de todo, desde espadas hasta turbinas eólicas, y hoy en día es uno de los métodos más valiosos y versátiles para fabricar piezas metálicas de alta calidad.

Esta guía analiza los aspectos básicos de la fundición de metales, incluidas sus muchas variantes (fundición a presión, fundición de inversión, etc.) y los metales de fundición más comunes.

¿Qué es la fundición de metales?

La fundición de metales es un proceso de fabricación/fabricación que consiste en verter metal líquido fundido en un molde.

El interior del molde está diseñado con una impresión negativa de la pieza que se está fabricando, de modo que cuando el metal fundido se enfría y solidifica dentro del molde, toma la forma de la pieza final. La pieza terminada se puede retirar del molde.

Según las piezas que se fabriquen y los metales que se utilicen, existen diferentes variedades de fundición de metales, cada una con sus propias ventajas particulares. Los patrones, moldes y técnicas de relleno pueden variar mucho entre estas variedades.

Aunque la fundición de metal es un proceso versátil, las piezas fundidas están sujetas a ciertas restricciones de diseño y los ingenieros deben tener en cuenta la contracción del metal durante la etapa de enfriamiento.

Explicación del proceso de fundición de metales

El proceso central de fundición de metales consiste en calentar un metal, verterlo en un molde, esperar a que se enfríe y solidificarse y luego retirar la pieza terminada del molde. En realidad, puede haber muchas más etapas en el proceso, y los diferentes procesos de fundición de metales funcionan de diferentes maneras.

La siguiente es una descripción general simplificada del proceso de fundición de metales. Tenga en cuenta que algunos pasos varían para las diferentes variantes de fundición, mientras que algunos se omiten por completo.

1. Haciendo el patrón :Comenzando desde el principio, muchos procesos de fundición de metales requieren la fabricación de un patrón, un duplicado de la pieza final que se usa para hacer el molde. Los patrones pueden ser permanentes o prescindibles, y pueden estar hechos de materiales como cera, madera y plástico.

2. Hacer el núcleo :Para la fundición de piezas huecas, puede ser necesario diseñar un núcleo, una pieza sólida de material colocada dentro de la cavidad del molde que da forma a la geometría interior de una pieza fundida. (Por ejemplo, un núcleo cilíndrico dentro de un molde cilíndrico más grande producirá una pieza fundida en forma de tubo).

3. Haciendo el molde :Los moldes se fabrican de diferentes formas según el proceso. Por ejemplo, los moldes metálicos permanentes se pueden hacer usando una máquina CNC, mientras que los moldes de arena se hacen aplicando una mezcla de arena al exterior de un patrón. La práctica de fabricar moldes se conoce como fabricación de moldes y es una disciplina especializada.

4. Llenando el molde :El metal se calienta hasta que se derrite, luego se vierte o se fuerza en el molde. En la fundición por gravedad, por ejemplo, el material fundido se vierte hacia abajo en la cavidad; en la fundición a presión a alta presión, se introduce a la fuerza en la cavidad a alta presión y se requieren grandes fuerzas de sujeción para mantener la matriz segura.

5. Quitar la pieza :Una vez enfriada y solidificada la pieza fundida, se desmolda. Para procesos como la fundición en arena, esto significa que el molde debe destruirse para llegar a la parte interior; para moldes permanentes, las dos mitades del molde de metal se separan y están listas para usarse nuevamente.

6. Posprocesamiento :Es posible que las piezas de metal fundido requieran limpieza (para eliminar los restos del molde, por ejemplo) u otros pasos de procesamiento posterior antes de que estén listas para usar.

Ventajas de la fundición de metales

Existen numerosas razones para elegir la fundición de metales en lugar de otras opciones de metalurgia, como la forja o el mecanizado CNC. Algunos de los beneficios clave de la fundición de metales incluyen:

• Adecuado para producción en masa
• Puede producir piezas enormes y pesadas
• Puede producir piezas de paredes muy gruesas
• Adecuado para piezas grandes de una sola pieza (en lugar de componentes ensamblados)
• Excelentes cualidades de rodamiento
• Ideal para algunas aleaciones ligeras
• Versatilidad de materiales

Las limitaciones de la fundición de metales incluyen defectos inevitables, precisión dimensional limitada (en comparación con, por ejemplo, el mecanizado CNC), mano de obra intensiva y, por lo general, cantidades mínimas de pedido altas.

Los principales tipos de fundición de metales

Fundición a presión

Uno de los tipos más importantes de fundición de metal para piezas complejas y detalladas, la fundición a presión utiliza dos matrices de acero para herramientas reutilizables. como utillaje. El proceso es similar al moldeo por inyección de plástico:el material fundido se introduce en la cavidad a alta presión , que permite a los ingenieros fabricar piezas con detalles finos.

El costo de crear troqueles personalizados es alto, lo que hace que el proceso sea más común en la producción en masa. Sin embargo, una vez fabricados, estos troqueles se pueden utilizar muchas veces. Las piezas fundidas a presión tienden a tener un excelente acabado superficial.

La fundición a presión de aluminio y la fundición a presión de magnesio se emplean ampliamente para piezas de alta calidad.

Fundición por gravedad

Al igual que la fundición a presión, la fundición por gravedad es una forma de fundir metal utilizando un molde de metal reutilizable. Sin embargo, la fundición por gravedad se basa en fuerzas gravitatorias para mover el metal líquido a través del molde, de arriba hacia abajo, en lugar de presión. Los moldes deben precalentarse antes de la primera fundición y, a menudo, están hechos de hierro fundido debido a su baja fatiga térmica.

La fundición por gravedad es anterior a todas las demás técnicas de fundición de metales, y las piezas de fundición por gravedad existen desde hace milenios. Es una forma de fundición en molde permanente; Las alternativas al proceso de fundición por gravedad incluyen presión de gas y vacío.

Fundición por inversión (fundición a la cera perdida)

La fundición a la cera perdida o fundición a la cera perdida es una forma de fundir metal utilizando un patrón y un molde desechables:ambos elementos se destruyen durante el proceso de fundición (aunque la cera derretida a menudo se puede reutilizar).

Al igual que la fundición por gravedad, la fundición por inversión tiene miles de años. Durante el proceso de fundición a la cera perdida, se hace un patrón con cera o un material equivalente, a veces a mano, a veces con una impresora 3D de resina, antes de verter un material refractario alrededor del patrón para hacer el molde.

La inversión es la capa de cerámica aplicada alrededor del patrón que luego funciona como molde para el metal fundido. Esta capa de cerámica se elimina en un proceso llamado desinversión .

Fundición en arena

La fundición en arena es un método simple y centenario de fundición de metales y es más asequible que las técnicas alternativas. Utiliza arena (mezclada con un material aglutinante como la arcilla) como material para moldes, y los moldes son capaces de soportar altas temperaturas.

En el proceso de fundición en arena, se sumerge un patrón en arena contenida dentro de una caja especial llamada matraz. . Al compactar la arena alrededor del patrón, se puede hacer un molde en el que se puede verter el metal fundido.

La arena utilizada en el proceso de fundición de metales puede ser verde arena (arcilla húmeda) o set de aire arena (arena seca con un adhesivo).

Otros procesos de fundición

Hay docenas más de procesos de fundición de metales que se utilizan en la fabricación, incluido el moldeo por marga y el moldeo por concha (ambos procesos de moldes desechables) y procesos de moldeo permanente como la fundición centrífuga y la fundición continua.

Presión de lanzamiento:¿alta o baja?

La fundición a presión de metal es un proceso metalúrgico valioso y se puede dividir en otras dos categorías:fundición a presión a alta presión y fundición a presión a baja presión. La elección de la presión adecuada depende de factores como el material, el grosor de la pared y el tamaño de la pieza.

Fundición a alta presión es una técnica más común que la fundición a presión a baja presión y se usa con más del doble de frecuencia.

Ideal para aleaciones blandas como el aluminio y el zinc, la fundición a presión a alta presión implica forzar el metal líquido dentro del molde a alta presión y alta velocidad, lo que requiere una prensa poderosa para mantener el molde cerrado. Por lo tanto, el proceso es más costoso que la fundición a presión a baja presión.

Ventajas de la fundición a presión a alta presión:

• Producción rápida
• Paredes delgadas posibles
• Acabado superficial liso
• Contracción mínima

Fundición a presión a baja presión es una forma más lenta de fundición a presión que empuja el metal fundido hacia el molde con más suavidad. Es adecuado para aleaciones con puntos de fusión bajos. Aunque es más lento que la fundición a presión a alta presión, el proceso de fundición de metal a baja presión es adecuado para geometrías complejas y puede producir piezas muy resistentes.

Ventajas de la fundición a presión a baja presión:

• Partes fuertes
• Geometrías complejas

Metales moldeables

Una variedad de metales son adecuados para el proceso de fundición. Sin embargo, los tres materiales de fundición más comunes aceptados por 3ERP son aluminio, zinc y magnesio.

Fundición de aluminio

La fundición de aluminio es el medio más extendido para formar aluminio. Se utiliza para fabricar artículos como piezas industriales y automotrices como transmisiones y motores a partir de aleaciones como A380 y A383.

Hay algunas formas de realizar la fundición de aluminio. La fundición a presión de aluminio es excelente para la producción de alto volumen debido a su velocidad y excelente acabado superficial; la fundición en molde permanente es adecuada para piezas de aluminio extrarresistentes; y la fundición en arena es apropiada para la fundición de aluminio en pequeñas cantidades y geometrías complejas.

Independientemente del proceso de fundición, la fundición de aluminio produce piezas resistentes y ligeras y, por lo tanto, es muy versátil.

Fundición de zinc

Las aleaciones de zinc son metales populares, asequibles y ampliamente disponibles adecuados para la fundición. La fundición de zinc generalmente implica la fundición a presión a alta presión, lo que permite altas tasas de producción y requisitos mínimos de procesamiento posterior.

Debido a la alta fluidez de fundición del zinc, la fundición de zinc puede dar como resultado piezas con paredes muy delgadas y detalles finos. El zinc también se puede moldear en frío para una mejor unión.

Los fabricantes pueden elegir entre aleaciones de zinc ZAMAK o aleaciones de zinc-aluminio (ZA). Las piezas de zinc fundido incluyen componentes de automóviles, piezas de aire acondicionado y componentes electrónicos.

Fundición de magnesio

La fundición, en particular la fundición a presión a alta presión, es, con mucho, el proceso de trabajo de metales más común para fabricar piezas de magnesio, y representa alrededor del 98 % de la producción de piezas de magnesio.

Como el magnesio es el más ligero de todos los metales estructurales, es ideal para aplicaciones de aligeramiento. Otras ventajas de la fundición de magnesio incluyen paredes muy delgadas, excelente detalle y una buena relación rigidez-peso.

En pequeñas cantidades, las piezas de magnesio también se pueden fabricar mediante fundición en yeso, aunque la fundición a presión de magnesio es mejor para aplicaciones profesionales.

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