Procesos de Fundición de Metal: Visión General Completa

Hacer artículos vertiendo metal fundido en un espacio en blanco con forma se conoce como fundición de metal (metal casting). El metal luego se endurece y enfría en la forma que este molde con forma le ha proporcionado.

Si un artículo necesita ser mecanizado a partir de una pieza sólida de metal, la fundición a menudo es una opción menos costosa. Hay numerosas técnicas de fundición de metal disponibles. El uso de metales, la longitud de la serie y la complejidad de la fundición influyen en qué tipo de fundición es más efectiva.

La demanda de productos complicados y de alta calidad ha aumentado en tándem con un crecimiento en demandas e aplicaciones industriales. Afortunadamente, hay muchos métodos de fundición que pueden crear productos intrincados y precisos para una gama de usos y requisitos de clientes.

Entender los beneficios y desventajas de diferentes técnicas de fundición le ayudará a elegir el mejor proceso para sus necesidades de manufactura. Es por eso que en este artículo discutiré los diversos tipos de procesos de fundición junto con sus beneficios y desventajas.

¡Comencemos!

Tipos de Procesos de Fundición

Los siguientes son los tipos comunes de procesos de fundición disponibles en el mundo industrial actual:

• Proceso de Fundición en Arena (Sand Casting)
• Fundición Centrífuga (Centrifugal Casting)
• Fundición de Espuma Perdida (Lost-Foam Casting)
• Fundición a Gravedad (Gravity Die Casting)
• Fundición a Presión (Pressure Die Casting)
• Fundición por Inversión (Investment Casting)
• Fundición en Yeso (Plaster Casting)
• Fundición al Vacío (Vacuum Casting)
• Fundición por Expresión (Squeezing Casting)
• Fundición Continua (Continuous Casting)

Proceso de Fundición en Arena

Cualquier aleación de metal, ferrosa o no, puede fundirse usando el método flexible de fundición conocido como fundición en arena. Se emplea frecuentemente en entornos industriales para manufactura en masa de componentes para automóviles hechos de fundición de metal, como bloques de motor, culatas, cigüeñales, etc.

Un molde basado en arena aglutinada artificial o naturalmente se usa en el procedimiento para crear la superficie plana del molde. Cope (la mitad superior) y drag (la mitad inferior) son los dos componentes de la superficie del molde.

Usando una copa de colada (pouring cup), el metal fundido se vierte en el diseño, donde se le permite endurecer y tomar su forma final. Finalmente, el metal excedente se remueve para que el producto de fundición de metal terminado pueda finalizarse.

Ventajas

A continuación los beneficios del proceso de fundición en arena:

• Los costos de producción son bastante bajos, especialmente para producción de bajo volumen
• Fabricación de componentes grandes
• Fundición de aleaciones tanto ferrosas como no ferrosas
• Capacidad de reciclaje
• Procesamiento de metales de alto punto de fusión, como titanio y acero

Desventajas

A continuación las desventajas del proceso de fundición en arena:

• Un nivel menor de precisión que técnicas alternativas
• Esta estrategia es difícil de aplicar a productos con especificaciones de dimensión y peso establecidas.
• Los productos producidos por el método tienen un acabado superficial rugoso.

Fundición a Gravedad (Gravity Die Casting)

La fundición a gravedad, comúnmente conocida como fundición en molde permanente (permanent mold casting), produce metales y aleaciones de metal usando moldes reutilizables consistentes en metal, como acero, grafito, etc.

Este tipo de fundición de metal puede usarse para crear muchos artículos diferentes, incluyendo ruedas, pistones de motor, accesorios de tubería, carcasa de engranajes y engranajes.

En este método, el metal fundido se vierte directamente en la cavidad del molde mientras es jalado hacia abajo por la gravedad. El molde puede inclinarse para manejar el llenado para mayor cobertura.

Los artículos se crean permitiendo que el metal fundido se enfríe y solidifique dentro del molde. Como resultado, este método aumenta la prevalencia de materiales de fundición como bronces específicos, hierro fundido y aleaciones de plomo, zinc, aluminio y magnesio.

En contraste con procedimientos convencionales de fundición a presión, estos tipos de métodos de fundición llenan el molde de abajo hacia arriba. Sin embargo, comparado con la fundición en arena, el método tiene una tasa de fundición más alta. Pero debido a que se usan moldes de metal costosos, el precio es significativamente mayor.

Ventajas

A continuación los beneficios de la fundición a gravedad:

• Debido a la solidificación rápida, produce bienes con excelente calidad superficial.
• Los productos hechos usando fundición son altamente precisos y estrechamente tolerados.
• Los moldes reutilizables aumentan la productividad y reducen los gastos de producción al ahorrar tiempo.
• Los bienes tienen propiedades mecánicas mejoradas.
• Manufactura de productos de pared delgada

Desventajas

A continuación las desventajas de la fundición a gravedad:

• En ocasiones, el producto recibe un golpe del mecanismo de expulsión usado para remover la fundición del molde.
• Los gastos de producción de moldes son más altos.
• Fundir objetos complicados es desafiante.

Fundición a Presión (Pressure Die Casting)

Dependiendo de la presión, hay dos formas diferentes de fundición a presión. Tanto fundición a alta presión como a baja presión, para ser exactos.

Para producción en masa de geometrías complejas requiriendo precisión fina, la fundición a alta presión es más común. En contraste, la fundición a baja presión es una mejor técnica de fundición para la manufactura de piezas grandes y sencillas.

Estos tipos de fundición de metal involucran la inyección a alta presión de metales no ferrosos y aleaciones incluyendo zinc, estaño, cobre y aluminio en un molde reutilizable que ha sido recubierto en lubricante.

Para prevenir el endurecimiento del metal, la alta presión se mantiene durante todo el procedimiento de inyección rápida. Después de que el procedimiento termina, la fundición se extrae y finaliza para eliminar cualquier material innecesario.

Cuando se trata de llenar el molde, la fundición a presión difiere de la fundición a gravedad. Mientras que la inyección a alta presión de metal fundido en el molde de metal se usa en fundición a presión. El producto necesario se hace luego solidificando rápidamente el metal fundido.

Ventajas

A continuación los beneficios de la fundición a presión:

• Alta tolerancia dimensional y precisión
• Alta productividad y excelente calidad de producto
• Menos operaciones de mecanizado post-fundición requeridas
• Enfriamiento más rápido del metal fundido para aumentar tasas de producción
• El proceso puede continuar por un período más largo sin reemplazar el molde.

Desventajas

A continuación las limitaciones de la fundición a presión:

• Alto costo de las herramientas usadas
• Solo materiales no ferrosos permitidos
• La configuración completa requiere una gran inversión monetaria.
• No se usa para partes estructurales ya que es difícil asegurar que los productos tengan las propiedades mecánicas deseadas.

Fundición por Inversión (Investment Casting)

Para crear un molde cerámico desechable para fundición por inversión, a veces llamada fundición a cera perdida (lost wax casting), un patrón de cera es recubierto con material refractario y un agente aglutinante. El metal fundido se vierte luego en el molde para crear fundiciones de metal.

Los tipos de fundición por inversión son procesos costosos e intensivos en mano de obra que pueden usarse para crear productos de fundición de metal como engranajes, baúles de bicicleta, discos de motocicleta y partes de repuesto para equipos de voladura en grandes cantidades o en fundiciones intrincadas.

Ventajas

A continuación los beneficios de la fundición por inversión:

• Puede crear componentes con paredes delgadas, mayor complejidad y excelente calidad superficial.
• Minimiza el requerimiento de mecanizado post-fundición
• Puede fundir aleaciones difíciles de fundir, como acero inoxidable, acero delgado, etc.
• El molde de concha se separa, permitiendo fundiciones con ángulos de 90 grados.
• Alta precisión dimensional de los artículos
• Margen de moldeo para contracción

Desventajas

A continuación las limitaciones de la fundición por inversión:

• Costoso de utilizar
• Ciclo de producción más largo
• Costos de fabricación de moldes más altos
• Patrones de cera para cada ciclo de fundición deben hacerse con un troquel fresco.

Fundición en Yeso (Plaster Casting)

Con la excepción de que el molde está compuesto de una sustancia conocida como "Yeso de París" (Plaster of Paris), el procedimiento de fundición en yeso es similar a la fundición en arena.

El yeso enfría el metal más lentamente que la arena debido a su conductividad térmica y capacidad calorífica limitadas, lo que ayuda a lograr alta precisión, especialmente para piezas con secciones transversales delgadas. Sin embargo, materiales ferrosos de alta temperatura no pueden usarse con él.

En particular, los tipos de proceso de fundición en molde de yeso pueden usarse para crear fundiciones pequeñas de 30 gramos y fundiciones grandes de 45 kilogramos.

Ventajas

A continuación las ventajas de la fundición en yeso:

• La superficie terminada es lisa
• La capacidad de fundir estructuras complejas con paredes delgadas con mayor precisión dimensional que la fundición en arena

Desventajas

A continuación las desventajas de la fundición en yeso:

• Menos usos para aleaciones basadas en cobre y aluminio
• Podría ser necesario reponer frecuentemente el material de moldeo de yeso.
• Una sustancia menos estable que la arena y que podría afectar todo el proceso
• Tiempos de enfriamiento aumentados, que afectan tasas de producción
• Incompatible con materiales altamente inflamables
• El procedimiento es típicamente más costoso que la mayoría de operaciones de fundición.

Fundición Centrífuga (Centrifugal Casting)

La fundición rotacional (Roto casting), comúnmente conocida como fundición centrífuga, es un método para producir piezas cilíndricas industrialmente usando fuerzas centrífugas. En este tipo de fundición de metal, el metal fundido se vierte en un troquel caliente giratorio.

El metal fundido a alta presión se distribuye a lo largo del troquel con la ayuda de fuerzas centrífugas.

Hay tres tipos de fundición centrífuga: fundición centrífuga vertical, semi-centrífuga y fundición centrífuga verdadera. En contraste con la fundición centrífuga verdadera, la fundición semi-centrífuga usa un canal (sprue) para llenar completamente el molde.

Sin embargo, debido a la rotación constante usada en la fundición centrífuga verdadera, el metal fundido se adhiere a los lados. Por otro lado, la fundición centrífuga vertical involucra moldeo direccional y el mismo procedimiento que la fundición centrífuga verdadera, como lo implica el nombre.

Típicamente, geometrías rotacionales como cilindros se producen a través de fundición centrífuga. Especialmente componentes como camisas de cilindro, anillos de pistón, placas de embrague, cojinetes de buje, etc.

Además, verter el metal en el centro del molde ayuda a minimizar defectos como agujeros de gas (blow holes), contracción y bolsas de gas. No es, sin embargo, apropiado para todas las aleaciones de metal.

Ventajas

A continuación las ventajas de la fundición centrífuga:

• Mejoras en el rendimiento del proceso y reducción de desperdicios
• Fundición de alta densidad y prácticamente libre de defectos
• Hacer fundiciones de metal compuestas de un barril y manga es fácil con este método.
• No hay demanda de canales (gates) y alimentadores (risers).

Desventajas

A continuación las desventajas de la fundición centrífuga:

• El costo de la fundición centrífuga es sustancial.
• Demanda de personal calificado
• Manufactura de formas específicas

Fundición de Espuma Perdida (Lost-Foam Casting)

La distinción entre fundición por inversión y fundición de espuma perdida es que la primera emplea cera para el patrón mientras que la segunda usa espuma.

Tras la creación del patrón, el cerámico refractario es recubierto usando inmersión, recubrimiento, rociado o cepillado. El producto terminado se crea luego vertiendo el metal fundido en el molde.

Estos tipos de fundición pueden aplicarse a una variedad de materiales, incluyendo aleaciones ferrosas, hierro fundido aleado, acero al carbono y acero aleado. El proceso de fundición de espuma perdida se usa particularmente para producir artículos como carcasa de bomba, hidrantes, válvulas y accesorios.

Alta precisión y exactitud de producción son solo un par de los beneficios de la fundición de espuma perdida. Esta técnica, sin embargo, tiene algunos inconvenientes que la hacen inadecuada para aplicaciones de bajo volumen.

Ventajas:

A continuación las ventajas de la fundición de espuma perdida:

• Fundición de alta calidad
• Flexibilidad en diseño
• Excelente producción
• Rentable para manufactura a gran escala

Desventajas

A continuación las limitaciones de la fundición de espuma perdida:

• Altos costos de patrón para volúmenes de manufactura pequeños
• Baja resistencia resulta en distorsión o daño del patrón, lo que alarga procedimientos de producción y tiempos de entrega.

Fundición al Vacío (Vacuum Casting)

La manufactura de fundición al vacío, como su nombre sugiere, tiene lugar bajo una presión de vacío de 100 bar o menos para agotar gas de la cavidad del molde.

En estos tipos de procesos de fundición, burbujas y bolsas de aire son removidas vertiendo metal fundido en la cavidad del molde dentro de una cámara de vacío.

La cavidad del troquel es evacuada bajo vacío para prevenir que gases queden atrapados allí durante el proceso de inyección de metal. El metal es luego tomado del molde después de ser curado en una cámara de calentamiento.

Muchas industrias, incluyendo automotriz, aeroespacial, electrónica, marina y telecomunicaciones, usan el método de fundición a presión al vacío.

Como resultado, componentes de chasis estructurales y elementos de carrocería de vehículo son algunos componentes producidos por esta técnica de manufactura.

Ventajas

A continuación los beneficios de la fundición al vacío:

• Las características mecánicas, calidad superficial y porosidad de la fundición a presión deberían mejorar todas.
• Fabricación de productos de pared delgada
• Es factible tratar térmicamente artículos y soldarlos.
• Ideal para manufactura a pequeña escala
• No hay necesidad de acabado de herramientas duras costosas.
• Etapas tempranas reducen bolsas de aire y burbujas

Desventajas

A continuación las desventajas de la fundición al vacío:

• Alto costo de herramientas
• El molde del proceso tiene una vida útil limitada.
• Posibilidades de huecos (hollowness)

Fundición por Expresión (Squeezing Casting)

La fundición por expresión (Squeeze casting), también conocida como forja líquida (liquid forging), es un método híbrido de conformado de metal que combina forja a troquel con fundición en molde permanente en una sola etapa.

En este procedimiento, un volumen predeterminado de aleación de metal fundido es bombeado en un troquel y conformado bajo presión. El componente de metal es luego calentado al punto de fusión y removido del troquel.

La fundición a presión por expresión, en particular, es un posible método de fundición para componentes críticos de seguridad en sistemas automotrices. Por ejemplo, bastidores de chasis, soportes, nudos, uniones de bastidor espacial, nudillos de dirección delanteros de aluminio, etc.

Las ventajas de procesos de fundición y forja se combinan en este tipo de fundición de metal. Por ejemplo, la presión intensa usada durante la solidificación ayuda a prevenir porosidades y contracción.

Sin embargo, es menos común que otros métodos de fundición para producción en masa debido a necesidades de herramientas únicas.

Ventajas

A continuación los beneficios de la fundición por expresión:

• Remueve defectos intrínsecos incluyendo poros, agujeros por contracción y porosidad por contracción
• Abrasión superficial mínima
• Podría detener grietas de fundición.
• Elementos de alta tracción
• No hay desperdicio de material

Desventajas

A continuación las limitaciones de la fundición por expresión:

• Menos opciones de diseño para forma de partes
• Productividad disminuida
• Necesidades de mecanizado aumentadas
• Requiere control preciso, lo que ralentiza el proceso general

Fundición Continua (Continuous Casting)

Permite la producción en masa consistente de perfiles de metal teniendo una sección transversal fija, como el nombre implicaría. En la manufactura de barras de acero, este tipo de fundición se usa frecuentemente.

Además, productos de fundición semi-continua como tochos (billets), lingotes (ingots), barras, etc. son producidos por el vaciado vertical.

Una superficie de metal sólido puede formarse en el metal líquido en el centro del molde controlando cuidadosamente la tasa a la que el metal fundido es inyectado en el molde de extremo abierto, refrigerado por agua.

Por lo tanto, la solidificación del metal ocurre desde afuera hacia adentro. Después de que este procedimiento está completo, hebras de metal pueden ser removidas constantemente del molde.

Cizallas mecánicas o antorchas de oxiacetileno móviles pueden usarse para cortar productos en longitudes predeterminadas. La fundición continua típicamente resulta en productos homogéneos, confiables y densos.

Ventajas

A continuación las ventajas de la fundición continua:

• Los productos de fundición vienen en una amplia gama de tamaños, desde tiras delgadas hasta losas y tochos más grandes.
• Gastos menores como resultado de producción continua
• Desperdicio de material reducido

Desventajas

A continuación las limitaciones de la fundición continua:

• Los moldes deben enfriarse continuamente; de lo contrario, ocurrirá contracción en la línea central.
• Fundición solo de formas simples con sección transversal fija
• Gran cantidad de espacio en suelo y una inversión inicial significativa

Conclusión

En conclusión, la fundición es una técnica de manufactura versátil y fundamental que es esencial para la creación de una amplia variedad de bienes en diferentes industrias.

Los muchos procesos de fundición, como fundición en arena, fundición por inversión, fundición a presión y otros, cada uno tiene beneficios únicos, y el mejor se elige basado en la cantidad y complejidad del producto a producir, la cantidad de materias primas requeridas y otras consideraciones.

La fundición por inversión sobresale en hacer componentes detallados y de alta precisión, mientras que la fundición en arena es una técnica rentable para producir piezas grandes, complejas con una variedad de materiales.

La fundición a presión, frecuentemente usada en sectores automotriz y electrónico, es perfecta para manufactura de alto volumen de partes con calidad constante y precisión dimensional. La fundición centrífuga y la fundición en molde permanente ambas ofrecen soluciones distintivas para aplicaciones particulares.

La elección del proceso de fundición depende de los requisitos particulares de un proyecto. Cada método de fundición tiene su propio conjunto de beneficios y límites.

Al final, la variedad de técnicas de fundición permite a los productores fabricar efectivamente componentes y bienes en una variedad de tamaños, formas y materiales, contribuyendo a la diversidad e innovación descubiertas a través de industrias globalmente.

Las técnicas de fundición probablemente cambiarán a medida que la tecnología y los materiales se desarrollen, abriendo nuevas oportunidades para la manufactura en el futuro.

Preguntas Frecuentes

¿Cuáles son los diferentes tipos de type casting (conversión de tipos)?

En programación, la conversión de tipos (type casting) es el proceso de cambiar una variable o valor de un tipo de dato a otro. Esto es crucial para permitir la interpretación de datos dentro de un software ya que cada forma de dato tiene rasgos y comportamientos únicos que dictan cómo debe usarse.

¿Cómo funciona el proceso de fundición?

Metal fundido se vierte en un molde durante el proceso especial de manufactura de fundición, donde se enfría y solidifica en la forma requerida. La capacidad de este método para producir diseños elaborados y formas complicadas a un costo comparativamente bajo lo distingue de otras técnicas de manufactura.

¿Qué es un ejemplo de fundición?

La fundición es un proceso de manufactura versátil que produce una amplia gama de productos para varias industrias. Aquí hay algunos ejemplos de productos de fundición: Hidrantes, usados para sistemas de suministro de agua. Equipo de bomberos como: hidrantes, acoplamientos y accesorios.

¿Cuáles son las dos categorías principales de procedimientos de fundición?

Fundición desechable (expendable) y no desechable (non-expendable) son las dos subcategorías primarias del proceso de fundición contemporáneo. El material del molde —como metal o arena— y la técnica de vertido —como gravedad, vacío o baja presión— lo desglosan aún más.

¿Por qué se llama "fundición" (casting)?

Todo tiene el mismo significado fundamental, lanzar. Lanzas una línea de pesca, una sombra, etc. El término "lanzar" (throwing) fue reemplazado por el sinónimo "fundir" (casting) para verter metal en un molde. Subsecuentemente, el término adquirió una connotación más amplia de dar forma, como aplicar yeso a un miembro fracturado.