Fundamentos de la fundición de metales • La fundición es un proceso de solidificación mediante el cual se vacía metal fundido dentro fundido dentro de un molde y se deja enfriar. El metal puede fluir a través de una variedad de pasajes (copas de vaciado, bebederos, canales de alimentación, mazarotas y compuertas) antes de alcanzar la cavidad final del molde. Las herramientas analíticas utilizadas en el diseño de fundiciones son el teorema de Bernoulli, la ley de continuidad de masa y el número de Reynolds, con los objetivos de obtener una velocidad apropiada del flujo y eliminar defectos asociados con la fluidez del fluido. • La solidificación de los metales puros ocurre a temperatura tempera tura constante, mientras que la de las aleaciones ocurre dentro de intervalos de temperatura. Los diagramas de fases son herramientas importantes para identificar el punto o puntos de solidificación de metales tecnológicamente importantes. • La composición y las velocidades de enfriamiento del metal fundid o afectan el tamaño y la forma de los granos y de las dendritas en la aleación que se está solidificando. A su vez, el tamaño y la estructura de los granos y de las dendritas influyen en las propiedades de la fundición solidificada. El tiempo de solidificación está en función del volumen de la fundición y de su área superficial (regla de Chvorinov). • La estructura de los granos de las fundiciones se puede controlar por diferentes medios para obtener las propiedades deseadas. Debido a que los metales se contraen durante la solidificación y el enfriamiento, se pueden formar cavidades en la fundición. La porosidad originada por los gases liberados durante la solidificación puede ser un problema significativo, significativo, en particular debido a su efecto adverso sobre las propiedades mecánicas de las fundiciones. También podrían presentarse diversos diversos defectos en las fundiciones a causa de la falta de control de las variables del material y del proceso. • Aunque la mayoría de los metales se contraen durante la solidificación, solidificación, el hierro fundido gris y algunas aleaciones de aluminio en realidad se dilatan. Los cambios dimensionales y el agrietamiento (hojea miento en caliente) son dificultades que pueden surgir durante la solidificación y el enfriamiento. Se han clasificado siete categorías básicas de defectos de fundición. • Las prácticas Las prácticas de fusión tienen el mismo efecto directo en la calidad de las fundiciones que las operaciones en los talleres de fundición, como la producción de diseños y moldes, el vaciado del metal fundido, la remoción de partes fundidas de los moldes, limpieza, Tratamiento térmico e inspección.
Procesos de fundición de metales • En general, los procesos de procesos de fundición se clasifican como fundición en molde desechable o en molde permanente. permanente. Los procesos de molde desechable más comunes comunes son en arena, en cáscara, de yeso, de cerámica y fundición por revestimiento. Los de molde permanente incluyen la fundición hueca, a presión, a presión en matriz y centrífuga. En general, la fundición en molde desechable desechable implica menores costos de moldes y equipos, pero con una menor precisión dimensional.
• Los moldes utilizados en la fundición de molde per manente están hechos de metal o de grafito y se utilizan varias veces para producir un gran número de partes. Debido a que los metales son buenos conductores de calor, aunque no permiten el escape de los gases, los moldes permanentes tienen efectos diferentes sobre la fundición que los de arena u otros materiales agregados. • En la fundición de molde permanente, los costos de las matrices y del equipo son relativamente altos, pero los procesos resultan económicos cuando se trata de grandes lotes de producción. La pérdida por desechos es baja y la precisión dimensional elevada, con buenos detalles superficiales. • Otros procesos de fundición incluyen la fundición por dado impresor (una combinación de fundición y forjado), formado de metales semisólidos, solidificación rápida para la producción de aleaciones amorfas y la fundición de componentes monocristalinos (como los álabes para turbinas) para las etapas calientes de los motores de propulsión. • Los procesos de fusión y su control también son factores importantes en las operaciones de fundición. Incluyen la fusión apropiada de los metales, la preparación para la aleación, la remoción de escoria y espuma, y el vaciado del metal fundido en los moldes. También es importante la inspección de las fundiciones, a fin de buscar posibles defectos internos o externos. • Posteriormente, las fundiciones se pueden someter a proceso adicional (como el tratamiento térmico y las operaciones de maquinado) para producir las formas finales deseadas y las características de la superficie.
Fundición de metales: diseño, materiales y economía • Se han establecido lineamientos generales para ayudar a los diseñadores a producir fundiciones sin defectos y cumplir con las tolerancias dimensionales, los requisitos de servicio y diversas especificaciones y estándares. Estos principios tienen que ver con la forma de la fundición y con diversas técnicas para minimizar los puntos calientes que pueden causar cavidades por contracción. Debido al gran número de variables involucradas, es fundamental el control riguroso de todos los parámetros, en particular de los relacionados con la naturaleza del flujo del metal líquido al interior de los moldes y matrices y con la velocidad de enfriamiento en diferentes regiones del molde.
• Existen diversas aleaciones ferrosas y no ferrosas par a fundición con una amplia gama de propiedades, características de fundición y aplicaciones. Puesto que muchas fundiciones se diseñan y producen para ensamblarse con otros componentes y estructuras mecánicas (subensambles), también son importantes muchas otras consideraciones (como la soldabilidad, maquinabilidad y características superficiales).
• Entre los límites del buen rendimiento, los aspectos económicos de la fundición son tan importantes como las consideraciones técnicas. Los factores que afectan el costo general son el costo de materiales, moldes, matrices, equipo y mano de obra, cada uno de los cuales varía con las operaciones específicas. Un parámetro importante es el costo por cada fundición, que puede justificar grandes gastos para grandes lotes de producción utilizando maquinaria automatizada y controles por computadora.
Forjado de metales • El forjado denota una familia de procesos de trabajo de los metales en los que la deformación de la pieza de trabajo se realiza mediante fuerzas de compresión aplicadas por lo general a través de una serie de matrices. El forjado tiene la capacidad de producir una amplia variedad de partes estructurales con características favorables, como resistencia, tenacidad, precisión dimensional y confiabilidad en el servicio. • El proceso de forjado puede efectuarse a temperatura ambiente, media o alta. El comportamiento del material de la pieza de trabajo durante la deformación, la fricción, la transferencia de calor y las características de flujo del material en la cavidad de la matriz son factores que deben considerarse, como la selección adecuada del material para las matrices, los lubricantes, la temperatura de la pieza de trabajo y de las matrices, las velocidades de forjado y el equipo. • Si el proceso de forjado no se controla de manera apropiada se pueden desarrollar varios defectos, sobre todo en la calidad de la pieza de trabajo, la forma del tocho o de la forma previa y la geometría de la matriz. En la actualidad, se usan técnicas de diseño y fabricación asistidas por computadora, sobre todo en el diseño y fabricación de matrices, diseño de formas previas, predicción del flujo de material y para evitar la posibilidad de defectos internos y externos durante el forjado. • Existen varias máquinas de forjado, cada una con sus propias capacidades y características. En la actualidad, las operaciones de forjado se automatizan en gran medida con el uso de robots industriales y controles por computadora. • El forjado rotatorio es una operación de forja que reduce el diámetro de una barra o tubo sólido con el movimiento radial alternativo de un conjunto de dos o cuatro matrices. El proceso es apropiado para producir tramos cortos o largos de barra o tubería con diversos perfiles internos o externos. • Debido a que las fallas en las matrices tienen un importante impacto económico, su diseño, la selección del material y el método de producción son de suma importancia. Existen varios materiales para matrices y métodos de fabricación, incluyendo procesos avanzados de remoción del material y de acabado.
