Fundamentos esenciales del fundido de metales: técnicas, aplicaciones y ventajas

A lo largo de su historia, el fundido de metales se ha usado para fabricar todo, desde espadas hasta turbinas eólicas, y hoy es uno de los métodos más valiosos y versátiles para fabricar piezas metálicas de alta calidad.

¿Qué es el fundido de metales?

El fundido de metales es un proceso de fabricación delicado que implica verter metal líquido fundido en un molde.

La estructura interna del molde se combina con una impresión negativa de la pieza a fabricar, 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 retira luego del molde.

Existen diferentes variedades de fundido de metales, cada una con sus propias ventajas según sus campos de aplicación. Patrones, moldes y técnicas de llenado pueden variar enormemente entre estas diferencias.

Aunque es un proceso versátil de fundición de metal, 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.

El proceso de fundido de metales

El proceso central de fundido de metales implica calentar y verter el metal en un molde, después de que se enfría y solidifica, se retira la pieza terminada del molde. En casos comunes, hay más etapas en el proceso, y diferentes procesos de fundido funcionan de manera diferente.

Los pasos varían para diferentes variantes de fundido, mientras que algunos se omiten por completo.

1. Fabricación del patrón: Un patrón es un paso necesario para la mayoría del fundido de metales, y un duplicado de la pieza final es la clave para hacer el molde. Los patrones pueden ser permanentes o flexibles porque el material suele ser cera, madera y plástico.

2. Fabricación del núcleo: Un núcleo es necesario para el fundido de piezas huecas, 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 mayor producirá una pieza fundida en forma de tubo.)

3. Fabricación del molde: Los moldes se fabrican de diferentes maneras según la aplicación objetivo. Por ejemplo, los moldes metálicos permanentes pueden hacerse usando una máquina CNC, mientras que los moldes de arena se hacen aplicando una mezcla de arena al exterior de un patrón. La fabricación de moldes se conoce como moldeo y es una disciplina especializada.

4. Llenado del molde: Calentar el metal hasta que se funda, luego verterlo o forzarlo al molde. En el fundido por gravedad, por ejemplo, se vierte el material fundido hacia abajo en la cavidad; en el fundido a alta presión, se fuerza a alta presión con altas fuerzas de sujeción para mantener el molde seguro.

5. Extracción de la pieza: Después de que la pieza fundida se enfría y solidifica, se retira del molde. Para procesos como el fundido en arena, el molde debe destruirse para llegar a la pieza interior; para moldes permanentes, las dos mitades del molde metálico se separan y quedan listas para usarse de nuevo.

6. Post-procesado: Las piezas de metal fundido pueden requerir limpieza — para eliminar restos del molde, por ejemplo — u otros pasos de post-procesado antes de estar listas para su uso.

Fortalezas del fundido de metales

Hay muchas buenas razones para elegir el fundido de metales sobre otras opciones de trabajo de metal como forjado o mecanizado CNC. Algunos de los beneficios clave incluyen:

• 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 cojinete
• Ideal para algunas aleaciones ligeras
• Versatilidad de materiales

Las limitaciones del fundido de metales incluyen defectos inevitables, precisión dimensional limitada, mano de obra intensiva y típicamente cantidades mínimas de pedido altas.

Los principales tipos de fundidos metálicos

Fundido a presión (Die casting)

Este proceso de molde de fundido a presión es uno de los tipos más importantes de fundido usado para fabricar moldes complejos de plástico, dos de los cuales usan herramientas de molde de acero reutilizables. Cavidad, que permite a los ingenieros fabricar piezas con detalles finos.

El costo de crear moldes personalizados es alto, lo que hace que el proceso sea más común en producción en masa. Sin embargo, una vez fabricados, estos moldes pueden usarse múltiples veces. Los fundidos a presión a menudo tienen un excelente acabado superficial.

Tanto el fundido a presión de aluminio como el de magnesio son ampliamente usados para piezas de alta calidad.

Fundido por gravedad

Al igual que el fundido a presión, el fundido por gravedad es un método de fundición de metal usando moldes metálicos reutilizables. Sin embargo, el fundido por gravedad depende de la gravedad para mover el metal líquido a través del molde de arriba a abajo, en lugar de presión. El molde debe precalentarse antes del primer fundido y suele ser de hierro fundido debido a su baja fatiga térmica.

Fundido por inversión (Investment casting)

El fundido por inversión, también llamado fundido a cera perdida, es una forma de fundición de metal usando un patrón y molde asequibles: ambos elementos se destruyen durante el proceso de fundido (aunque la cera derretida a menudo puede reutilizarse).

Al igual que el fundido por gravedad, el fundido por inversión tiene una historia de miles de años. Durante el proceso de cera perdida, se hace un patrón de cera o material equivalente — a veces a mano, a veces usando una impresora 3D de resina — antes de verter un material refractario en el patrón para hacer el molde.

La inversión consiste en aplicar una capa cerámica alrededor del modelo, que luego se usa como molde para metal fundido. Esta capa cerámica se remueve en un proceso llamado descerado.

Fundido en arena (Sand casting)

El fundido en arena es un método simple, centenario, de fundición de metal que es más asequible que tecnologías alternativas. Usa arena (mezclada con materiales aglutinantes como arcilla) como material del molde, y el molde puede soportar altas temperaturas.

En el proceso de fundido en arena, el modelo se sumerge en la arena en una caja especial llamada frasco. Compactando arena alrededor del modelo, se puede hacer un molde, y el metal fundido puede verterse en él.

La arena usada en el proceso de fundición de metal puede ser arena verde (arcilla húmeda) o arena de aire (arena seca con adhesivo).

Otros procesos de fundido

Hay docenas más de procesos de fundición de metales usados en fabricación, incluyendo moldeo de lecho y moldeo de cáscara — ambos procesos de molde desechable — y procesos de molde permanente como fundido centrífugo y fundido continuo.