¿Qué es el casting de inversión?

Una introducción al proceso de casting de inversión

La fundición a la cera perdida, también conocida como fundición de precisión o fundición a la cera perdida, es un proceso de fabricación en el que se utiliza un patrón de cera para dar forma a un molde de cerámica desechable. Se hace un patrón de cera con la forma exacta del artículo que se va a moldear. Este patrón está recubierto con un material cerámico refractario. Una vez que el material cerámico se endurece, se le da la vuelta y se calienta hasta que la cera se derrita y se drene. La carcasa de cerámica endurecida se convierte en un molde de inversión desechable. El metal fundido se vierte en el molde y se deja enfriar. Luego, la fundición de metal se separa del molde gastado.

El término fundición de inversión se deriva del proceso de "revestir" (rodear) un patrón con materiales refractarios. La fundición de inversión a menudo se selecciona sobre otros métodos de moldeo porque las piezas fundidas resultantes presentan detalles finos y excelentes acabados superficiales recién fundidos. También se pueden moldear con paredes delgadas y pasajes internos complejos. A diferencia de la fundición en arena, la fundición de precisión no requiere un calado.

Estas cualidades del proceso pueden proporcionar fundiciones de forma neta o casi neta, lo que brinda a los clientes ahorros significativos en costos de materiales, mano de obra y maquinado. Puede hacer uso de los metales más comunes, incluidos aluminio, bronce, magnesio, acero al carbono y acero inoxidable. Las piezas fabricadas con microfundición incluyen palas de turbinas, equipos médicos, componentes de armas de fuego, engranajes, joyas, cabezas de palos de golf y muchos otros componentes de máquinas con geometría compleja.

El proceso de casting de inversión

El proceso de microfusión consta de varios pasos:construcción de moldes metálicos, producción de patrones de cera, creación de moldes cerámicos, vertido, solidificación, desmoldado y limpieza.

1. Construcción de matriz de metal

El patrón de cera y el molde de cerámica se destruyen durante el proceso de fundición por inversión, por lo que cada fundición requiere un nuevo patrón de cera. A menos que se utilice fundición de inversión para producir un volumen muy pequeño (como es común en trabajos artísticos o joyas originales), se necesita un molde o troquel a partir del cual fabricar los patrones de cera.

El tamaño del dado maestro debe calcularse cuidadosamente; debe tener en cuenta la contracción esperada del patrón de cera, la contracción esperada del material cerámico invertido sobre el patrón de cera y la contracción esperada del propio molde de metal.

2. Producción de patrones de cera

El número de modelos de cera siempre es igual al número de piezas fundidas a producir; cada fundición individual requiere un nuevo patrón de cera.

Se inyecta cera caliente en el molde o troquel y se deja solidificar. Es posible que se necesiten núcleos para formar cualquier característica interna. El patrón de cera resultante es una réplica exacta de la pieza que se va a producir. El método es similar a la fundición a presión, pero se utiliza cera en lugar de metal fundido.

3. Creación de moldes

Un sistema de compuerta (bebedero, barras corredizas y elevadores) se adjunta al molde de cera. Para vaciados más pequeños, se unen varios patrones de cera a un sistema central de entrada de cera para formar un conjunto en forma de árbol. Una copa de vertido, normalmente unida al extremo de las barras correderas, sirve para introducir el metal fundido en el molde.

El "árbol de patrón" ensamblado se sumerge en una suspensión de sílice de grano fino. Se sumerge repetidamente, recubriéndose con una suspensión progresivamente más refractaria con cada inmersión. Una vez que el revestimiento refractario alcanza el espesor deseado, se deja secar y endurecer; el revestimiento seco forma una capa de cerámica alrededor de los patrones y el sistema de entrada.

El grosor de la capa de cerámica depende del tamaño y el peso de la pieza que se va a fundir, y de la temperatura de vertido del metal que se va a fundir. El espesor de pared promedio es de aproximadamente 0,375 pulg. (9,525 mm). El molde de cerámica endurecida se pone boca abajo, se coloca en un horno y se calienta hasta que la cera se derrita y se drene. El resultado es una carcasa de cerámica hueca.

4. Verter

El molde de cerámica se calienta a alrededor de 550 a 1100 °C (1000 a 2000 °F). El proceso de calentamiento fortalece aún más el molde, elimina los restos de cera o contaminantes y evapora el agua del material del molde.

El metal fundido se vierte en el molde mientras aún está caliente:el metal líquido fluye hacia la copa de vertido, a través del sistema de compuerta central y hacia cada cavidad del molde en el árbol. El molde precalentado permite que el metal fluya fácilmente a través de secciones finas y detalladas. También crea una fundición con precisión dimensional mejorada, ya que el molde y la fundición se enfriarán y encogerán juntos.

5. Enfriamiento

Después de verter el molde, el metal se enfría y solidifica. El tiempo que tarda un molde en enfriarse y adquirir un estado sólido depende del material fundido y del grosor de la pieza fundida.

6. Sacudida

Una vez que la fundición se solidifica, los moldes de cerámica se rompen y la fundición se puede quitar. El molde cerámico normalmente se rompe manualmente o con chorros de agua. Una vez retiradas, las piezas fundidas individuales se separan de su árbol de sistema de inyección mediante impacto manual, aserrado, corte, quemado o ruptura en frío con nitrógeno líquido.

7. Acabado

Las operaciones de acabado, como el esmerilado o el pulido con chorro de arena, se emplean comúnmente para alisar la pieza en las entradas y eliminar las imperfecciones. Según el metal del que se vertió la fundición, se puede emplear un tratamiento térmico para endurecer la pieza final.

Cuándo usar el casting de inversión

Debido a su complejidad y los requisitos de mano de obra, la fundición de inversión es un proceso relativamente costoso; sin embargo, los beneficios a menudo superan el costo. Prácticamente cualquier metal puede ser moldeado por inversión. Las piezas fabricadas por microfusión normalmente son pequeñas, pero el proceso se puede usar de manera efectiva para piezas que pesan 75 libras o más.

La fundición a la cera perdida es capaz de producir piezas complejas con excelentes acabados superficiales recién fundidos. Las fundiciones de inversión no necesitan tener una forma cónica incorporada para retirar los componentes de sus moldes porque las cubiertas de cerámica se desprenden de la pieza al enfriarse. Esta función de producción permite diseñar piezas fundidas con ángulos de 90 grados sin margen de contracción incorporado y sin necesidad de mecanizado adicional para obtener esos ángulos.

El proceso de fundición por inversión crea piezas con una precisión dimensional superior; las piezas en forma de red son fáciles de lograr y las formas terminadas a menudo se producen sin un mecanizado secundario. Cada ejecución de fundición única requiere un nuevo troquel para producir patrones de cera. Las herramientas para el moldeo por inversión pueden ser bastante costosas; dependiendo de la complejidad, los costos de las herramientas pueden oscilar entre $1000 y $10 000.

Para pedidos de gran volumen, el tiempo y la mano de obra ahorrados al eliminar o disminuir el mecanizado secundario compensa fácilmente el costo de las nuevas herramientas. Es menos probable que las tiradas pequeñas de fundición compensen la inversión. Por lo general, la fundición de precisión es una opción lógica para una tirada de 25 piezas o más.

Por lo general, lleva 7 días pasar de un patrón de cera fresco a un molde completo; la mayor parte de ese tiempo se dedica a crear y secar el molde de concha de cerámica. Algunas fundiciones tienen capacidades de secado rápido para producir piezas fundidas más rápidamente. La naturaleza intensiva en tiempo y mano de obra de la fundición de inversión no solo afecta el costo. Las fundiciones tienen equipos y capacidad de producción limitados, por lo que los plazos de entrega más largos para la fundición de inversión son comunes.

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