PROCESOS DE FUNDICIÓN

PROCESOS DE FUNDICIÓN Los procesos de fundición del metal se dividen en dos categorías de acuerdo al tipo de moldes: 1) moldes desechables y 2) moldes permanentes. En las operaciones de fundición con molde desechable, éste se destruye para remover la parte fundida, como se requiere un nuevo molde por cada nueva fundición, las velocidades de producción son limitadas, ya que se requiere más tiempo para hacer el molde que para la fundición en sí, sin embargo, para ciertas partes se pueden producir moldes y fundiciones a velocidades de 400 partes por hora o mayores. En los procesos de moldeo permanente, el molde se fabrica con metal (u otro material durable) que permite usarlos en repetidas operaciones de fundición. En consecuencia, estos procesos tienen una ventaja natural para mayores velocidades de producción. producción.

1.1. FUNDICIÓN EN ARENA La fundición en arena es el proceso más utilizado, la producción por medio de este método representa la mayor parte del tonelaje total de fundición. Su versatilidad permite fundir partes muy pequeñas o muy grandes y en cantidades de producción que van de una pieza a millones de éstas. La fundición en arena consiste en vaciar el metal fundido a un molde de arena, dejarlo solidificar y romper después el molde para remover la fundición. Posteriormente la fundición pasa por un proceso de limpieza e inspección, pero en ocasiones requiere un tratamiento térmico para mejorar sus propiedades metalúrgicas (figura 1.1).

Figura 1.1 Esquema de los pasos de producción en una operación típica de fundición de arena

1.1.1. ARENAS La mayor parte de las operaciones de fundición en arena usan arena de sílice (SiO 2). La arena es económica y adecuada como material de molde, debido a su resistencia a altas temperaturas. Existen dos tipos generales de arena: y

Naturalmente unida ( arena de

y

Sintética ( arena de lago)

banco)

En vista que su composición se puede controlar con mayor presicion, la mayor parte de las fundidoras prefieren la arene sintética. Son importantes varios factores en la selección de la arena para los moldes. La arena con granos finos y redondos se puede prensar más y formar una superficie lisa en el molde. Aunque la arena de grano fino aumenta la resistencia del molde, los granos finos también reducen la permeabilidad del molde. Moldes y corazones con buena permeabilidad permiten la fácil salida de gases y vapores que se presentan durante la fundición. Se utilizan maquinas de mezclar para la integrar uniforme y completamente la arena con los aditivos. Para unir las partículas de arena, dándole resistencia, se utiliza la arcilla bentonita como aglutinante. A menudo se utilizan arenas de zirconio (ZrSiO 4), olivino (Mg2SiO4), y silicato de hierro (Fe2SiO4).

1.1.2.

MOLDES

Componentes del molde en arena:

1. Caja de moldeo: los moldes están formados por molde superior e inferior 2. Copa de vaciado: se vacía el metal líquido 3. Bebedero: el metal fluye a través de él 4. Sistema de alimentadores: llevan el metal colado desde la mazarota a la cavidad del molde 5. Mazarota: suministra el Me adicional conforme ésta se contrae durante la solidificación. Mazarota ciega o abierta 6. Corazones: insertos hechos de arena, forman hoquedades. Forman letras en la superficie de la pieza fundida

7.

Respiraderos: extraen los gases cuando el Metal fundido entra en contacto con la arena

Figura 1.2 Componentes del molde en arena 1.1.3. y

VENTAJAS

Se puede colocar prácticamente cualquier metal; no hay límite de tamaño, forma o peso.

y

Costo herramental bajo.

1.1.4. DESVENTAJAS y

Se requiere algo de acabado.

y

un acabado algo áspero.

y

tolerancias amplias.

1.2.

MOLDEO EN CÁSCARA O CONCHA

Apareció hacia 1940. Bajas tolerancias dimensionales y buen acabado Características: y

caja con arena fina mezclada con 2.5-4 % de aglutinante (resina termoestable)

y

la caja se voltea o se sopla la mezcla. La arena recubre el molde

y

se introduce en el horno, se cura

y

se extrae el cascarón

y

espesor se regula con el tiempo

y

la arena es más permeable que la de moldeo en arena

y

la eliminación del aglutinante, produce volumen de gas

y

paredes lisas, sin resistencia al fluido

y

fundiciones con esquinas más agudas y secciones más delgadas

y

muy económico y de elevada calidad

Figura 1.3 Método común para fabricar moldes de cascarón 1.2.1.

VENTAJAS

y

Buena precisión dimensional y acabado superficial.

y

Alta velocidad de producción

1.2.2. DESVENTAJAS y

Restricciones en el tamaño de la pieza

y

Se requieren modelos y equipos costosos.

1.3.

MODELO

CONSUMIBLE (POLIESTIRENO EXPANDIDO)

El proceso de fundición en modelo consumible utiliza un modelo de poliestireno, mismo que se evapora en contacto con el metal fundido para formar una cavidad para la fundición. Se ha convertido en uno de los procesos de fundición más importantes para metales ferrosos y no ferrosos, en particular para la industria automotriz. Características:

y

La velocidad de flujo depende de la rapidez de degradación del polímero 0.1m/s 1m/s

y

se puede variar introduciendo cavidades o secciones huecas en el molde

y

el metal fundido se enfría más aprisa que en una cavidad

y

disminuye la fluidez, en comparación al molde en arena

Aplicaciones: y

1.3.1.

cabezas de cilindros, cigüeñales, componentes de frenos, motores de aluminio.

Ventajas:

y

Proceso simple, no existen líneas de partición, flexibilidad de diseño

y

bajo costo, solo cajas de moldeo

y

Poliestireno es barato, se puede procesar con formas complejas

y

Requiere un mínimo de operaciones de acabado

y

Puede ser automatizado y es económico

y

La mayor parte de los metales pueden ser fundiciones sin l ímite de tamaño.

1.3.2. DESVENTAJAS y

Los modelos tienen baja resistencia y pueden ser costosos para pequeñas cantidades.

1.4. FUNDICION EN MOLDE DE YESO Cuando

se desea la fabricación de varios tipos de piezas de tamaño reducido y de baja

calidad en su terminado superficial, se utiliza el proceso de fundición en molde de yeso. Este consiste en la incrustación de las piezas modelo que se desean fundir, en una caja llena con pasta de yeso, cuando se ha endurecido el yeso, se extraen las piezas que sirvieron de modelo y por gravedad se llenan las cavidades con metal fundido. El sistema anterior puede producir grandes cantidades de piezas fundidas con las formas deseadas. Características:

y

Molde de yeso (sulfato de calcio) con talco o harina de sílice

y

mejorar la resistencia y controlar el tiempo para el curado del y eso

y

curado el yeso, se retira el patrón y se seca para eliminar el agua

y

las mitades del molde se ensamblan y forman la c avidad

y

el Me es vaciado en el molde

y

baja permeabilidad del molde, los gases no escapan

y

Me es vaciado a vacío o a presión

y

piezas con gran acabado superficial

y

las fundiciones se enfrían lentamente, grano más uniforme, menos deformación

1.5. FUNDICION EN MOLDE CERÁMICO Parecido al moldeo con yeso, salvo que utiliza material refractario: y

barro

y

zirconio (ZrSiO4)

y

óxido de aluminio + sílice fundido

y

mezcla, vierte en el molde

Características:

y

Molde de madera o metal

y

Buena precisión y acabado dimensional

y

Variedad de tamaños y

y

Piezas de hasta 700 Kg

formas complejas

Figura 1.5 Molde cerámico típico de dados de acero usados en la forja en caliente 1.5.1.

VENTAJAS

y

Formas complejas

y

Piezas de tolerancias estrechas

y

Buen acabado superficial.

1.5.2. DESVENTAJAS y

Tamaño limitado.

1.6. FUNDICION POR REVESTIMIENTO (CERA PERDIDA) En el proceso de fundición por revestimiento, el modelo es revestido con un material refractario (sílice fina) y presenta la ventaja de ser reutilizables. Este proceso resulta adecuado para la fundición de aleaciones de alto punto de fusión con un buen acabado superficial y tolerancias dimensionales. Las piezas típicas que se fabrican son componente para equipo de oficina así como componentes mecánicos como engranes, levas, válvulas y trinquetes. Procedimiento:

El molde de una pieza se seca al aire y se calienta a una temperatura de 90 C-175°C- Se deja en una posición invertida durante aproximadamente 12 horas para fundir la cera. El molde se quema entonces a 650°C-1050°C por aproximadamente 4 horas, dependiendo del metal que se va a fundir, a fin de eliminar el agua de cristalización (agua químicamente combinada) y quemar cualquier cera residual. Una vez vaciado el metal y solidificado, se rompe el molde y se retira la fundición. Se pueden unir un conjunto de patrones para formar un molde, llamado un árbol, incrementando de manera significativa la tasa de producción.

Figura 1.6 Moldeo por cera perdida 1.6.1.

VENTAJAS:

y

Formas complejas.

y

Acabado superficial y precisión excelentes.

y

Prácticamente se puede fundir cualquier metal.

1.6.2. DESVENTAJAS y

El tamaño de la pieza es limitado.

y

Modelos, moldes y mano de obra costosos.

1.7. FUNDICION AL VACIO El proceso de fundición al Vacío utiliza moldes de silicona y resinas de poliuretano para fabricar copias rápidas y económicas de los componentes originales. La amplia gama de

materiales de poliuretano y acabados superficiales asegura que la mayoría de los plásticos pueden ser reproducidos de forma precisa utilizando es te proceso. Este proceso es ideal para hacer prototipos y para pequeños lotes de producción donde los volúmenes no justifican el gasto de un utillaje de inyección.

Figura 1.7 Fundición al vacio 1.7.1.

Ventajas

y

Económico para fundición de series pequeñas de poliuretano

y

Variedad

y

Rápido tiempo de respuesta

y

Utillajes más baratos

y

Mínimo compromiso financiero

de propiedades y tipos de material

1.7.2. Desventajas y

El utillaje del molde de silicona dura aproximadamente para 50 fundiciones y puede contener uno o varios componentes dependiendo del tamaño.

1.8. FUNDICION EN MOLDE PERMANENTE La fundición en molde permanente usa un molde metálico construido en dos secciones que están diseñadas para cerrar y abrir con precisión y facilidad. Los moldes se hacen comúnmente de acero o hierro fundido. La cavidad junto con el sistema de vaciado se

forma por maquinado en las dos mitades del molde a fin de lograr una alta precisión dimensional y un buen acabado superficial. Los metales que se funden comúnmente en molde permanente son: aluminio, magnesio, aleaciones de cobre y hierro fundido, Sin embargo, el hierro fundido requiere una alta temperatura de vaciado, 1250 ºC a 1500 ºC, lo cual acorta significativamente la vida del molde. Las temperaturas más altas de vaciado para el acero, hacen inapropiado el uso de moldes permanentes para este metal, a menos que se hagan en moldes de material refractario.

Figura 1.8 Fundición permanente

1.9. Fundición en matrices En este proceso el metal líquido se inyecta a presión en un molde metálico (matriz), la inyección se hace a una presión entre 10 y 1 4 Mpa, las piezas logradas con este procedimiento son de gran calidad en lo que se refiere a su terminado y a sus dimensiones. Este procedimiento es uno de los más utilizados para la producción de

grandes cantidades de piezas fundidas. Se pueden utilizar dos tipos de sistema de inyección en la fundición en matrices. y

Cámara caliente

y

Cámara

fría

1.9.1. Cámara caliente El procedimiento de fusión en cámara caliente se realiza cuando un cilindro es sumergido en el metal derretido y con un pistón se empuja el metal hacia una salida la que descarga a la matriz. Las aleaciones más utilizadas en este método son las de bajo punto de fusión como las de zinc, estaño y plomo. Las piezas que s e producen son de 20 a 40 kg y se llegan a manejar presiones superiores a los 35 Mpa. Es un proceso rápido que se puede fácilmente mecanizar.

Figura 1.9 moldeo en cámara caliente

1.9.2.

Fundición en cámara fría

Figura 1.10 fundición en cámara fría El proceso con cámara fría se lleva metal fundido por medio de un cucharón hasta un cilindro por el cual corre un pistón que empuja al metal a la matriz de fundición, las piezas obtenidas son de unos cuantos gramos a 10 kg y sólo es recomendable en trabajos de poca producción.

1.10. Fundición hueca Es un sistema de producción de piezas metálicas huecas sin corazones fijos. Consiste en vaciar metal fundido en un molde que es v olteado cuando se empieza a solidificar el metal. El metal que no se ha solidificado sale del molde para ser utilizado en otra pieza y el metal solidificado forma las paredes de la pieza. El resultado son paredes delgadas de metal.

1.11. Fundición prensada o de Corthias Es un proceso para producir piezas huecas pero de mayor calidad que la fundición hueca. Se vacía una cantidad específica de metal fundido en el interior de un molde con un

extremo abierto por el que se introduce un corazón que obliga al metal fundido a distribuirse uniformemente en todo el molde, una vez que empieza a solidificarse el metal del molde, se extrae el corazón, lo que origina una pieza de buena calidad. Este sistema de fundición es considerado como artesanal y sólo es rentable cuando se van a fabricar pocas piezas.

1.12.Fundición centrífuga La fundición centrífuga es un método en el que aprovecha la fuerza centrífuga que se puede general al hacer girar el metal en tordo de un eje. Existen tres tipos de fundición centrífuga: y

Fundición centrífuga real

y

Fundición semicentrífuga

y

Centrifugado

1.12.1. Fundición centrífuga real

Figura 1.11 Fundición centrífuga Es el procedimiento utilizado para la fabricación de tubos sin costura, camisas y objetos simétricos, los moldes se llenan del material fundido de ma nera uniforme y se hace girar al molde sobre su eje de rotación.

1.12.2. Fundición semicentrífuga Es un método en el que el material fundido se hace llegar a los extremos de los moldes por la fuerza centrífuga que genera hacer girar a l os moldes, los extremos se llenan del material fundido, con buena densidad y uniformidad. El centro tiene poco material o de poca densidad. Por lo regular el centro en este tipo de sistemas de fundición es maquinado posteriormente.

Figura 1.12 Fundición semicentrífuga 1.12.3. Centrifugado Es un sistema donde por medio de un tallo se hace llegar metal fundido a racimos de piezas colocadas simétricamente en la periferia. Al poner a girar el sistema se genera fuerza centrífuga la que es utilizada para aumentar la uniformidad del metal que l lena las cavidades de los moldes.

Figura 1.13 Centrifugado

1.13. BIBLIOGRAFIA y

http://kambry.es/Apuntes%20Web/Procesos%20de%20fundicion.pdf 

y

http://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/bariloche/Trabajos/A02/0205.pdf 

y

KALPAKJIAN, SEPARE; Manufactura-Ingeniería y Tecnología

y

http://www.nebrija.es/~mecanica/pind1/PROCESODEFU NDICION(permanentes).pdf