¿Vale la pena? Los beneficios del casting de inversiones

La cera perdida, los moldes de una sola vez crean productos de precisión con superficies más finas

¿Qué es el casting de inversiones?

La fundición a la cera perdida, a menudo denominada fundición a la "cera perdida", utiliza un proceso de molde desechable para crear productos complejos con superficies excepcionalmente finas. Es una técnica de precisión debido a la versatilidad que se puede crear en el diseño de moldes. Los patrones de fundición en arena deben dividirse en dos y tener núcleos internos que puedan sostenerse dentro de un molde dividido cerrado. Los moldes de inversión se pueden hacer en casi cualquier forma que se pueda tallar en cera y recubrir. El proceso y el moldeado son más costosos, pero los productos producidos pueden ser más complejos y precisos. La superficie de todas las piezas fundidas de metal refleja los materiales en los que se funden. Por lo tanto, los moldes de arena tienen una textura rugosa. Las fundiciones de inversión pueden salir del molde con un acabado más suave.

¿Cuáles son los productos comunes de fundición por inversión?

Los productos de microfundición se encuentran a menudo como piezas operativas de máquinas de precisión. En un automóvil, por ejemplo, la carcasa del motor puede estar fundida en arena. Los ventiladores, las levas y otras piezas con formas complejas, especialmente aquellas que se mueven y necesitan superficies finas, a menudo se invertirán en fundición.

La fundición de inversión también es común para estatuas muy detalladas, joyas u otros artículos decorativos que tienen detalles muy finos y acabados superficiales suaves.

Proceso de casting de inversión

El proceso de microfusión requiere un patrón desechable, generalmente hecho de cera; un material cerámico para moldes; un horno y un proceso de fundición para fundir metales y rellenar moldes.

Patrones desechables o de cera

Un patrón es una réplica exacta del producto final a realizar. Con humor, un patrón se hace llenando un molde de inyección, a menudo hecho de aluminio o acero. Estos moldes se pueden mecanizar, imprimir en 3D o incluso tallar a mano. Crear cada pieza con estos procesos sería más costoso que crear un molde y luego pasar a un proceso de fundición. La fundición a la cera perdida es más costosa que la fundición en arena, pero aún es capaz de escalar para la producción industrial de alta rotación. Una vez que se ha creado el molde de inyección, los patrones de cera se pueden hacer rápidamente y en grandes cantidades, ya que requieren un tiempo mínimo para enfriarse y solidificarse.

Conjuntos de patrones

Una vez formados, los patrones de cera se ensamblan en un árbol, o sistema de moldeo, que permitirá moldear varios artículos al mismo tiempo. La formación del árbol se realiza a partir de una serie de compuertas y bebederos, también de cera maciza. Estas ramas de cera sólida eventualmente formarán los canales huecos que transportan el metal fundido para formar cada producto final. Las estructuras de árbol deben ensamblarse con cuidado para garantizar productos de calidad y flujos de trabajo eficientes. Según las instalaciones de un sitio y el tamaño del producto, se pueden ensamblar muchos patrones en el mismo árbol para la producción a granel. Los elementos más grandes también se pueden lanzar solos.

Molde "inversión" de cerámica

Una vez montada la estructura del árbol, se sumerge en un baño cerámico líquido. La cerámica cubre todo el árbol y se deja secar. Estos baños se repiten varias veces, dejando que cada capa se endurezca, hasta crear un molde espeso. Luego, el árbol se calienta para derretir la cera, que se escurre por completo del molde. Una vez que se retira la cera, el molde se calienta a una temperatura más alta y se vierte metal fundido en el interior, llenando las cavidades una vez ocupadas por el patrón de cera. El proceso de aplicación de la suspensión de cerámica se conoce como el aspecto de "inversión" de la fundición de inversión.

Eliminación de moho

Una vez que el metal se ha enfriado y solidificado, el molde de cerámica se rompe para revelar los productos fundidos. Luego se retiran las compuertas y los bebederos, y luego se aplica cualquier procedimiento adicional de acabado o tratamiento.

Aplicación versátil

Los patrones de cera se pueden hacer prácticamente de cualquier forma, sin ahusamientos y sin afectar la calidad del producto final.

La fundición de inversión se puede utilizar para una variedad de productos y materiales. Dependiendo de las instalaciones de fundición de un sitio, los productos pueden pesar tan poco como una fracción de onza y más de mil libras. Los moldes de inversión de cerámica también son adecuados para el vertido a alta temperatura.

Los materiales comunes utilizados en la fundición de inversión incluyen aceros y otras aleaciones a base de hierro, aluminio, níquel, cobalto, titanio y cobre. Dependiendo de la aplicación, el microfundido puede ser adecuado tanto para tiradas de producción cortas como largas, y puede producir varios cientos de productos a la vez.

La cera y los materiales cerámicos se pueden reutilizar durante todo el proceso de microfusión. La cera usada se reajusta en las puertas y contrahuellas, y los moldes de cerámica se pueden volver a procesar para usar en moldes nuevos, por lo general, las capas de cerámica exteriores donde se requiere menos precisión.

Beneficios de la fundición a la cera perdida sobre la fundición en arena

Todos los métodos de fundición ofrecen muchos beneficios de diseño:la capacidad de minimizar las entradas de material y formar estructuras que de otro modo serían difíciles de lograr sin un mecanizado o ensamblaje significativo.

Sin embargo, un beneficio clave de la fundición de inversión es la versatilidad de su molde. Dado que el molde es desechable y que los patrones de cera se pueden eliminar discretamente en forma líquida, los fabricantes tienen una libertad excepcional a la hora de diseñar productos de fundición por inversión. La fundición a la cera perdida proporciona muchas capacidades de diseño mucho más complejas que la mayoría de los otros métodos de moldeo y fundición.

Fundición por inversión frente a fundición en arena

La fundición en arena es otro método de fundición eficaz que utiliza arena para formar moldes desechables. Es el método de fundición más utilizado en América del Norte, pero existen varias diferencias clave.

Al seleccionar el mejor método de casting para un proyecto, tenga en cuenta lo siguiente:

• Los moldes de arena deben separarse para eliminar un patrón antes de verter. Para garantizar un molde adecuado, se debe diseñar un patrón con ahusamientos o corrientes de aire para minimizar la fricción y evitar que se interrumpa el molde de arena cuando se separan las secciones. Debido a que los moldes de arena se componen de dos piezas, el producto final siempre tendrá una línea divisoria, que es posible que deba eliminarse una vez que se enfríe.
• Los moldes de fundición en arena se pueden ajustar fácilmente para adaptarse a los cambios de diseño. Esto le da libertad a un ingeniero para cambiar piezas rápida y fácilmente después de probarlas.
• Las cavidades internas también pueden ser un desafío para la fundición en arena, que depende del uso de machos. Un núcleo es una forma preformada que se inserta en un molde para formar el interior de la pieza que no está en contacto con la superficie del molde. Según la forma y la complejidad de un núcleo, que puede ser un solo componente o un conjunto de múltiples núcleos, puede llevar mucho tiempo formarlo y asegurarlo dentro de un molde.
• En el moldeado en arena, los nuevos moldeados se fabrican más rápidamente que en el moldeado por inversión debido a la reutilización del patrón.
• También vale la pena señalar que los moldes de arena, incluso con aditivos sintéticos y alta compactación, no pueden alcanzar la dureza de la cerámica. Como resultado, las superficies fundidas en arena a menudo tienen tolerancias más altas y requieren rectificado a máquina para lograr una superficie acabada.
• También vale la pena señalar que los moldes de arena, incluso con aditivos sintéticos y alta compactación, no pueden alcanzar la dureza de la cerámica. Como resultado, las superficies fundidas en arena a menudo tienen tolerancias más altas y requieren rectificado a máquina para lograr una superficie acabada.
• La fundición en arena puede producir componentes metálicos de todos los tamaños y pesos, mientras que la fundición por inversión requiere que las piezas finales pesen menos de 100 libras.
• Con el moldeo por inversión, los patrones de cera se pueden hacer en prácticamente cualquier forma.
• Los moldes de cerámica también son muy duros, lo que crea superficies lisas con tolerancias bajas, a menudo con paredes muy delgadas. Una vez que se han quitado las compuertas y los bebederos, muchos productos no requieren mano de obra adicional para el tratamiento o el acabado.
• Con el moldeo por inversión, los patrones de cera se pueden hacer en prácticamente cualquier forma, sin ahusamientos y sin afectar la calidad del producto final.
• Los moldes de cerámica también son muy duros, lo que crea superficies lisas con tolerancias bajas, a menudo con paredes muy delgadas. Una vez que se han quitado las compuertas y los bebederos, muchos productos no requieren mano de obra adicional para el tratamiento o el acabado.

Planificación de un proyecto de casting de inversión

Determinar el mejor método de fabricación depende de una variedad de factores. Aquí hay algunas cosas que debe considerar con sus profesionales de diseño de producción:

• Tipo de producto final: ¿Cuál es el tamaño y la forma deseados del producto? Los diferentes métodos de fundición se adaptarán mejor a ciertas dimensiones y también influirán en la cantidad de mecanizado necesario para alcanzar las dimensiones finales.
• Cantidad: Al tener en cuenta las cantidades, es mejor mirar lo más adelante posible. Lo que podría ser más económico a corto plazo puede resultar más costoso si se planifican varios lotes a largo plazo. Una mayor inversión inicial en herramientas y moldes a menudo puede ahorrar dinero en el futuro. Sin embargo, las producciones de tiradas cortas o únicas no requerirán la misma inversión.
• Tolerancias: ¿Qué tan exactas deben ser sus dimensiones? A menudo, se pueden lograr tolerancias mínimas con el moldeo por inversión, especialmente para productos con paredes muy delgadas.
• Aplicación mecánica: La fundición puede reducir la cantidad de ensamblaje requerido para aplicaciones mecánicas, lo que a menudo ahorra tiempo y mano de obra en el futuro.
• Requisitos de materiales: Los moldes cerámicos utilizados en la fundición a la cera perdida son adecuados para una amplia gama de materiales, incluidas las aleaciones con base de hierro y acero vertidas a altas temperaturas.
• Postproducción: Al igual que con otras formas de fundición, dependiendo de su aplicación final, los productos de fundición de inversión pueden someterse a varios tratamientos térmicos u otros acabados superficiales si es necesario.

Fundiciones de fundición de inversión

La mayoría de las fundiciones que producen fundiciones de inversión no necesariamente proporcionarán otros métodos de producción de fundición, prefiriendo especializarse en un solo método de producción de fundición. Existen diferencias significativas entre los métodos de producción, como la fundición en arena y la fundición de inversión, lo que hace que sea poco probable que una sola empresa tenga la infraestructura necesaria para ofrecer más de un método de producción de moldes.

Es normal que las fundiciones de inversión cuesten más que las fundiciones producidas con otros métodos más simples, como la fundición en arena. Sin embargo, los beneficios logrados, que incluyen complejidad, confiabilidad, reproducibilidad, acabado superficial y otros, compensan con creces la diferencia en el costo.

Es importante comprender verdaderamente los parámetros de diseño de la fundición que está diseñando o tratando de comprar. Si las fundiciones de inversión pueden ofrecer una pieza de forma neta sin mecanizar, por ejemplo, pero será necesario mecanizar una fundición de arena, entonces el costo adicional de la fundición de inversión puede estar justificado.

Fuentes

• Grote, Karl-Heinrich y Erik K. Antonsson. Manual Springer de ingeniería mecánica, volumen 10 . Pasadena, CA:Springer Science &Business Media, 2009.
• Hunt, L. B. "La larga historia de la fundición a la cera perdida:más de cinco mil años de arte y artesanía". Boletín de Oro . Junio ​​de 1980, Volumen 13, Número 2, págs. 63-79.
• Rundman, Karl B. Fundición de metales (Libro de referencia para MY4130) . Tecnología de Michigan. Universidad:Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.