Dominando el Proceso de Fundición en Arena: Técnicas y Mejores Prácticas

Fundición en arena: proceso completo paso a paso

La fundición en arena es el proceso de fundición más antiguo y versátil. Utiliza moldes de arena aglutinada, destruidos tras cada colada. Apto para casi cualquier metal y tamaño, desde gramos a cientos de toneladas. Etapas principales:

1. Fabricación del modelo (Pattern Making)

Réplica de la pieza final, con sobredimensión por contracción (1-2,5% según aleación) y inclinación de desmoldeo (1-3°). Materiales:

• Madera: Barata, fácil mecanizar. Para series cortas. Se deforma, desgasta.
• Metal (Al, Fe, acero): Duradero, estable, buen acabado. Costoso. Series medias/largas.
• Plástico / Resina / Impresión 3D: Geometrías complejas, prototipos rápidos.

Tipos de modelo:

• Modelo macizo (Solid): Una pieza. Piezas simples, series muy cortas. Línea de partición y alimentación definidas aparte.
• Modelo partido (Split): Dos mitades (cope/drag). Línea de partición integrada. Piezas complejas, series medias.
• Modelo en placa de coincidencia (Match-plate): Mitades fijas en placa única (metal/madera). Alineación perfecta, canales de alimentación integrados. Automatizable. Series grandes.
• Modelo cope-drag separado (Cope & drag pattern): Cada mitad en placa independiente. Para piezas muy grandes/pesadas. Automatizado.

2. Preparación del molde (Mold Making)

Caja de moldeo (flask) = cope (superior) + drag (inferior). Arena apisonada alrededor del modelo (apisonado manual/mecánico/vibración/presión). Desmoldeo: se retiran modelo(s). Cara de cavidad recubierta con revestimiento refractario (mejora acabado, protege arena). Cope y drag se unen (con chaplets si hay núcleos).

3. Tipos de arena de moldeo

Arena	Composición	Características	Uso
Arena verde (Green sand)	Sílice 90% + Arcilla 7-8% + Agua 3-4%	Barata, reutilizable, buena colapsabilidad, humedad crítica	General, series medias, ferrosos/no ferrosos
Arena secada al piel (Skin-dried)	Arena verde + aglutinantes extra + secado superficial (calor)	Mejor resistencia, acabado, precisión. Más caro/lento	Piezas medias, mejor calidad
Arena seca / Cold-box (Dry sand)	Sílice + aglutinante orgánico (resina) + horneado	Alta precisión, buena resistencia en caliente. Caro	Alta precisión, núcleos complejos
No-bake / Air-set	Sílice + resina (furfuril, fenólica) + catalizador → endurece en frío	Sin horno, grandes moldes, buena estabilidad. Caro, residuos	Piezas grandes, series cortas

Propiedades críticas de la arena: Resistencia (verde, seca, en caliente), Permeabilidad (escape gases), Estabilidad térmica, Colapsabilidad (fácil desmoldeo), Reutilización.

4. Fabricación y colocación de núcleos (Core Making)

Núcleos = cavidades internas/pasajes. Arena + aglutinante (resina, CO₂, cold-box) → endurecido. Soportes (chaplets) de acero de alto PF mantienen posición contra flotación del metal fundido. Chaplets quedan embebidos y se cortan después.

5. Cierre de cajas y colocación de alimentadores (Cope & Drag Clamping)

Polvo de separación (parting dust) en línea de partición. Núcleos colocados. Cope y drag alineados y apretados firmemente (clamping/pesos) para evitar fuga de metal (flash) y flotación de cope. Canales de alimentación (colada, canales, alimentadores/risers) ya integrados en modelo o mecanizados.

6. Colada (Pouring)

Metal fundido en cubilote, horno de inducción o arco. Temperatura controlada (supercalentamiento mínimo). Colada continua, sin turbulencia (sistema de alimentación bien diseñado: colada → canal → compuertas → cavidad). Llenado completo de cavidad y alimentadores.

7. Enfriamiento y solidificación (Cooling)

Solidificación direccional hacia alimentadores. Tiempo según espesor y aleación. Riesgos: contracción, grietas, porosidad, segregación si enfriamiento desigual. Diseño de alimentadores crucial (regla de Chvorinov).

8. Desmoldeo / Sacudida (Shakeout)

Rotura del molde (vibrador/rotary drum). Arena separada, cribeada, reacondicionada (enfriada, humedad/aglutinante ajustado) y reutilizada. Pieza bruta con arena adherida, rebaba, óxidos.

9. Limpieza y acabado (Cleaning & Finishing)

• Granallado (shot blasting): Elimina arena, óxidos, mejora rugosidad.
• Corte de alimentadores/rebaba: Sierra, cizalla, prensa de corte, esmerilado.
• Tratamiento térmico, mecanizado, inspección según especificación.

10. Herramientas principales de fundición en arena

• Cedazo manual (Hand riddle): Cribar arena, eliminar grumos/impuerezas.
• Pala (Shovel): Trasladar arena a caja.
• Apisonador (Rammer): Compactar arena uniformemente (manual/neumático).
• Varilla de colada (Sprue pin): Crear orificio vertical de colada.
• Regla de alisar (Strike bar): Nivelar arena excedente en caja.
• Mazo (Mallet): Golpear clavos de extracción (draw spikes) para aflojar modelo.
• Cuchara de colada, tenazas de crisol, termopar, cepillo de alambre, martillo de desbarbar, etc.

Ventajas y desventajas resumidas

Ventajas	Desventajas
Cualquier aleación y tamaño	Precisión dimensional baja
Utillaje barato (modelo)	Acabado rugoso (requiere mecanizado)
Geometrías complejas	Molde de un solo uso (lento)
Coste unitario bajo en series cortas	Intensivo en mano de obra
Flexibilidad de cambios	Defectos: porosidad, inclusiones, contracción