Fundición en Molde: Proceso, Ventajas, Desventajas, Terminología Clave y Aplicaciones

Fundición en Molde (Casting)

La fundición es el proceso de manufactura más versátil para geometrías complejas: metal fundido se vierte en una cavidad de molde con la forma final (o near-net-shape), se solidifica y se extrae la pieza. Produce desde gramos (joyería) hasta cientos de toneladas (bastidores de prensas, camas de máquina). Procesos: arena verde, arena resinada, cera perdida (investment), molde permanente (gravity/low pressure), molde shell, fundición a presión (die casting), centrífuga, continua.

Proceso General (Pasos Comunes)

1. Fusión: metal en horno (inducción, arco, reverbero, cubilote) a T_colada controlada.
2. Colada (Pouring): vertido en cuenca de colada → canal (sprue) → corredores (runners) → compuertas (gates) → cavidad.
3. Solidificación: enfriamiento controlado (direccional si es crítico) con alimentación por risers/rebosaderos.
4. Desmoldeo y Limpieza: rotura molde, corte de colada/risers, granallado, corte de rebabas, inspección.
5. Operaciones posteriores: tratamiento térmico, mecanizado, acabado, recubrimiento.

Ventajas y Desventajas

Ventajas

• Geometría compleja near-net-shape: cavidades internas, nervios, variación de espesor.
• Tamaño ilimitado: desde gramos a > 500 t (fundición en foso).
• Alta resistencia a compresión (estructura isotrópica fundida).
• Amplia gama de aleaciones: todas las fundibles (hierro, acero, Al, Cu, Mg, Zn, Ti, superaleaciones).
• Estructura isotrópica (sin dirección de laminado/forja).
• Coste unitario más bajo para geometrías complejas vs mecanizado desde sólido.
• Componentes compuestos/híbridos: insertos cerámicos, preformas de fibra, fundición bimetálica.

Desventajas

• Acabado superficial rugoso (Ra 6–25 µm arena; 1–3 µm cera perdida/die casting) → requiere mecanizado.
• Defectos de fundición: porosidad (gas, contracción), inclusiones, segregación, grietas en caliente, frío-insuficiente.
• Menor resistencia a fatiga vs forjado (defectos internos, estructura de grano columnar).
• No económico para series muy altas de piezas simples (compete con estampado, forja en frío, extrusion).
• Tiempos de ciclo largos (solidificación, enfriamiento, desmoldeo).
• Impacto ambiental: arena usada, emisiones fusión, energía.

Terminología Clave del Molde de Arena (Green Sand Mold)

Frasco (Flask):

Contenedor (caja) que sostiene el molde de arena. Mínimo 2 partes: cope (superior) y drag (inferior). Cheeks (intermedios) para complejidad > 2 partes.

Cope:

Parte superior del frasco/molde.

Drag:

Parte inferior del frasco/molde.

Cheeks:

Partes intermedias en frascos de 3+ partes.

Modelo (Pattern):

Réplica de la pieza; madera, metal, plástico. Crea cavidad al apisonar arena alrededor.

Cuenca de Colada (Pouring Basin):

Embudo superior que recibe metal del cucharón y alimenta el canal principal.

Canal / Espiga (Sprue):

Conducto vertical cónico que conecta cuenca con corredor horizontal. Controla caudal y presión.

Corredor (Runner):

Canal horizontal (generalmente en drag) que distribuye metal a compuertas.

Compuerta / Ingate (Gate / Ingate):

Entrada final a la cavidad; geometría controla velocidad, dirección, llenado.

Rebosadero / Alimentador (Riser / Feeder):

Depósito de metal fundido que compensa contracción de solidificación. Tipos: abierto (top), ciego (blind), lateral (side). Diseño crítico (Módulo de Chvorinov).

Núcleo (Core):

Forma de arena (resinada) colocada en cavidad para crear huecos internos (agujeros, cámaras). Soportado por chaplets.

Chaplets:Soportes metálicos (mismo metal base) que sostienen el núcleo contra flotación y fuerzas de colada.

Enfriadores (Chills):

Insertos metálicos (Cu, acero, Cr) en molde para acelerar solidificación local → solidificación direccional.

Respiraderos (Vents):

Pequeños canales (alambre, papel, malla) para escape de gases de molde y aire atrapado.

Aplicaciones Representativas

• Bloques motor, culatas, cajas de cambio (hierro fundido, Al - die casting/arena).
• Camas de máquina, bastidores, columnas (acero fundido, hierro fundido).
• Álabes de turbina, palas de compresor (investment casting - superaleaciones Ni/Co).
• Válvulas, bridas, cuerpos de bomba (hierro, acero, bronce).
• Ruedas, tambores freno, nudos dirección (hierro fundido, Al).
• Arte, escultura, joyería (cera perdida, bronce, plata, oro).

La fundición sigue siendo la columna vertebral de la manufactura de componentes complejos; la simulación numérica (llenado, solidificación, tensiones) y la automatización (moldeo automático, colada robotizada) elevan su precisión y repetibilidad.