Fundición en arena vs fundición en molde de cáscara: eligiendo el proceso de fundición de metal adecuado

La fundición en arena es una forma económica de producir piezas en una variedad de metales. La fundición en molde de cáscara puede ser un proceso alternativo a considerar dadas las necesidades específicas de diseño de la pieza. Esta publicación presenta el proceso de fundición en molde de cáscara y lo compara con la fundición en arena para que los lectores puedan entender sus respectivas fortalezas y limitaciones.

Conceptos básicos de fundición en molde de cáscara

Todos los procesos de fundición necesitan un modelo para la forma de la pieza a fundir, y el moldeo de cáscara no es una excepción. Al igual que con la fundición en arena, fundición de precisión y otros procesos de fundición, el modelo se usa para crear la cavidad en la que se vierte el metal líquido.

En el moldeo de cáscara, una herramienta de modelo metálico se recubre con una capa de arena. Esta contiene una resina que se derrite cuando se calienta y se enfría para formar una cáscara delgada (típicamente 1/4 - 3/8" de espesor) alrededor del modelo. La fusión se logra calentando el modelo antes de recubrirlo en arena, luego calentando la cáscara para curar completamente la resina.

La cáscara se hace en dos mitades para que pueda liberarse del modelo. Después de que cada media cáscara (a veces llamada "galleta") se levanta del modelo, las dos cáscaras se unen, formando la cavidad en el espacio entre ellas. La cáscara ensamblada se coloca luego en un frasco donde se apoya con material granular como arena o perdigones.

La cáscara se llena con metal líquido que se deja enfriar. Una vez sólida, la cáscara se saca del frasco y se rompe para liberar la pieza de metal fundido. Una limitación es que, aunque no es imposible agregar núcleos para formar regiones huecas, es difícil hacerlo.

Dos tipos de arena

La fundición en molde de cáscara usa una arena diferente a la usada en fundición en arena verde, y esto es lo que da al proceso sus ventajas. En la fundición en arena, la arena "verde" (verde significando no seca y no el color) se mantiene unida por un aglutinante de arcilla, usualmente bentonita.

La arena de sílice usada para moldeo de cáscara es más fina que la usada para fundición en arena. La Sociedad Americana de Fundición usa un "número de finura" para caracterizar el tamaño de grano promedio donde un número más alto indica granos más pequeños. La arena verde es típicamente 60-80 en esta escala mientras que la arena de moldeo de cáscara es 100 o más. Además, en lugar de usar un aglutinante de arcilla, la arena recibe un recubrimiento delgado de resina fenólica que es lo que se derrite para formar la cáscara.

Consecuencias de la arena de grano fino

La arena de grano fino se compacta más firmemente que la arena verde, lo que reduce la permeabilidad al gas. La fundición en arena requiere un grado de permeabilidad para dejar salir la humedad, en forma de vapor de agua. Esto no es un problema en el moldeo de cáscara porque la cáscara se seca y calienta antes del vertido de metal.

Los principales beneficios de la arena más fina son que se conforma más estrechamente a características de superficie fina en el modelo y proporciona una superficie más lisa para el metal.

Para una replicación aún mejor de detalles de superficie y un acabado más liso, una fundición puede usar arena de circonio. Esta puede tener un número de finura tan alto como 150. También tiene un coeficiente de expansión térmica más bajo lo que permite la aplicación de tolerancias más ajustadas.

Cómo el moldeo de cáscara beneficia a las piezas fundidas

Acabado superficial superior y reproducción de detalles finos son dos de las principales fortalezas de este proceso. Además, el moldeo de cáscara requiere ángulos de desmoldeo mínimos para liberar el modelo de la cáscara.

Mientras que la fundición en arena típicamente necesita 2°-3° de desmoldeo, el proceso de moldeo de cáscara se conforma con 1°, y en paredes verticales cortas puede ser posible tener cero. Esto permite la aplicación de tolerancias de mecanizado más pequeñas, lo que ahorra tiempo y dinero en operaciones de acabado.

Fundición en arena y fundición en molde de cáscara comparadas

Fundición en arena:

• Funciona para metales ferrosos y no ferrosos
• Puede producir piezas que pesan desde onzas hasta cientos de libras
• No puede reproducir detalles finos de superficie del modelo
• Tiene baja precisión geométrica
• Deja un acabado superficial rugoso
• Requiere grandes tolerancias de mecanizado
• Es un proceso económico

En comparación, el moldeo de cáscara:

• Funciona para metales ferrosos y no ferrosos
• Está limitado a piezas que pesan menos de 30 lbs
• No es adecuado para piezas que necesitan núcleos
• Reproduce detalles finos de superficie
• Puede mantener tolerancias ajustadas
• Deja un acabado superficial liso

Más información

En términos de capacidades y costos, la fundición en molde de cáscara cae entre la fundición en arena y la fundición de precisión. Es más compleja que la fundición en arena y puede producir piezas más complejas, pero sin la sofisticación y complejidad de un proceso de modelo de cera.

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