INDICE.
1. INTRODUCCION
- LA FUNDICIÓN. CONCEPTO
- MOLDE
3.1 Moldes perdidos o transitorios de arena
3.2 Moldes permanentes o en coquilla
3.3 Machos
- MODELOS
- TIPOS DE FUNDICIÓN. PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS.
5.1 Moldeo en arena
5.1.1 Arena verde
5.1.2 Moldeo a la cera perdida
5.2 Moldeo en coquilla
5.2.1 Por gravedad
5.2.2 Por inyección
5.2.3 Con inversión del molde
5.2.4 Por centrifugación
5.2.5 Colada continua
- POSIBLES DEFECTOS Y MODOS DE EVITARLOS
- CONCLUSIÓN
1. INTRODUCCIÓN
La fundición es el arte de fundir metales. Como método de conformación, la fundición data de la más remota antigüedad. Parece ser que 4000 a.C. ya se obtenían piezas moldeadas en bronce. En Egipto y Mesopotamia existe la evidencia de que se empleó el método de la cera perdida, que veremos más adelante.
En la actualidad, la fundición de metales es un proceso extensamente utilizado, el cual ha sido pieza fundamental en el gran desarrollo industrial del siglo pasado y lo es en nuestros días.
- LA FUNDICIÓN. CONCEPTO
Conocida generalmente como moldeo por colada, la fundición, es un proceso de conformación sin arranque de viruta ni deformación, basado en la propiedad que tienen los líquidos de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene.
Consiste en una serie de operaciones mediante las cuales se obtiene un hueco o molde de arena o metal, que reproduce la forma de la pieza que se desea fabricar y en el cual se cuela o inyecta el metal fundido en estado líquido. Tras un tiempo de enfriamiento solidifica completamente y se extrae de dicho molde.
Si el moldeo es de precisión, las piezas resultan ya con sus dimensiones finales; en caso contrario se precisa mecanizar algunas de sus partes, para lo cual hay que prever creces o demasías para el mecanizado.
La principal ventaja de la fundición como proceso de conformación consiste en que con su ayuda se pueden fabricar, con facilidad y economía, piezas de formas muy complicadas (bloques de cilindros, culatas de motores, carburadores, bancadas…etc) imposibles o muy difíciles de obtener por otros métodos.
Permite además el empleo de aleaciones que no son conformables por deformación o soldadura: caso de la fundición gris, por ejemplo. De hecho pese a que son muchas las aleaciones aptas para ser conformadas por este procedimiento (aceros, aluminios, cobres…), son las fundiciones, como aleación Fe-C, las que mayor peso industrial representa (y de ahí reciben su nombre).
Como paso previo a la explicación de los tipos de colada, es conveniente describir dos partes fundamentales de esta técnica: el molde y el modelo.
- MOLDE
En los procesos de colada conocemos como molde a la cavidad que reproduce la forma exterior de la pieza que se va a fundir. Según los materiales empleados y su consiguiente duración, los moldes (formas) se dividen en:
3.1 Moldes perdidos o transitorios de arena
Los moldes de esta clase empleados están constituidos por granos de arena refractaria rodeados por un aglomerante para darles cohesión. La mezcla es sometida a compactación de forma manual o mediante máquinas.
Para que cumplan bien su cometido los moldes en general y las arenas en particular, han de poseer unas cualidades fundamentales, como son:
a. Plasticidad en estado húmedo para reproducir con fidelidad los detalles.
b. Cohesión para que el molde o macho conserven su forma cuando se retire el modelo.
c. Refractariedad, pues deben resistir la elevada Tª del metal colado en el molde sin que este se funda y se vitrifique en la superficie de la pieza.
d. Alta Conductividad calorífica, para permitir la transmisión del calor y favorecer el enfriamiento del metal en el molde.
e. Permeabilidad, pues deben dejar pasar a través de ellas los gases que se originan durante la colada.
Las arenas que satisfacen estas cualidades están formadas por granos de sílice y cierta cantidad de resinas o arcilla y humedad que actúan como aglomerante de los mismos.
En los moldes perdidos la arena debe ser contenida en un recipiente adecuado, denominándose modeo en caja a aquella que se realiza en una caja compuesta por dos o más partes.
También se puede realizar en bloque de arena, cuando la caja se emplea sólo para hacer el molde y después se retira de modo que el metal líquido se vierte en el bloque de arena.
Estas operaciones de preparación del molde suelen realizarse a mano para piezas de grandes dimensiones o piezas pequeñas en cantidades reducidas. Cuando el volumen de fabricación de una determinada pieza es grande se realiza mediante el uso de máquinas automáticas.
3.2 Moldes permanentes o coquilla
Los moldes anteriores han de ser rotos o al menos deteriorados para extraer de ellos la pieza. En la práctica actual de la fundición se dispone también de moldes metálicos permanentes o coquillas, que permiten obtener un número muy elevado de piezas iguales, sin ese inconveniente.
Con el uso de coquillas se reduce el mecanizado y se obtienen superficies más finas y uniformes. Poseen además un mayor poder de transmisión térmico favoreciendo la solidificación.
Las coquillas son fabricadas de fundición gris, lo que hace que la temperatura de fusión del metal colado pueda no pueda exceder los 800ºC por razones obvias. Además presentan las desventajas de no ser permeables y de resultar más caras. Será necesario saber el número mínimo de piezas a fabricar para que el procedimiento resulte viable económicamente.
3.3 Machos
Si la pieza a fabricar ha de tener formas interiores huecas, se hace necesario el uso de machos o corazones. Estos no son más que bloques macizos de arena o metal cuya forma exterior coincide con el hueco interior que queremos reproducir.
Debido a la presión que el metal fundido ejerce sobre los machos, estos han de poseer una resistencia mecánica superior al molde. Se suelen moldear en cajas especiales para ellos, las llamadas cajas de machos.
- MODELOS
Una vez concebida y diseñada la pieza que se desea obtener, para fabricar el molde es necesario disponer previamente de un modelo (de madera, metal u otros materiales) que reproduzca su forma en el molde.
En ciertos casos se pueden emplear modelos simplificados (terrajas, plantillas y calibres) que por rotación o traslación engendran la forma deseada.
El modelo ha de reunir ciertas características en su uso, como son:
· Fácil desmodelado, pues hecho el molde hay que abrirlo y extraer el modelo de la manera más facil posible sin causar desperfectos. Se deberán respetar por tanto unos ángulos mínimos con la dirección de desmoldeo, con objeto de dañar lo mínimo el molde de arena durante su extracción. Este ángulo de denomina ángulo de salida.
· Deben poseer un Tamaño idóneo. Debido a las contracciones del metal en su solidificación, los modelos han de ser ligeramente sobredimensionados para compensar dicha contracción. Estas dimensiones dependerán del coeficiente de dilatación de cada metal. Además, las creces o demasías pueden ser necesarias para posteriores procesos de acabado superficial.
· Los modelos deben incluir todos los canales de alimentación necesarios para el llenado del molde con el metal fundido.
· Si es necesario incluirán además portadas, que son prolongaciones que sirven para la colocación de los machos.
Además de estas propiedades, los modelos y machos deben ser duraderos, útiles y precisos, siendo indispensable una estrecha colaboración entre proyectista y fundidor.
- TIPOS DE MOLDEO POR FUNDICIÓN. PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS
Para el estudio de los diferentes tipos y procedimientos de moldeo por colada, los vamos en dividir dependiendo del molde utilizado en el proceso:
5.1 Moldeo en arena
5.1.1 Moldeo en arena verde
En este caso, la arena contiene humedad, con el agua imprescindible para darle plasticidad y cohesión. Este porcentaje de humedad debe ser el mínimo necesario, pues se ha de evitar un excesivo desprendimiento de gases durante la colada, que producirá sopladuras en la pieza. Se emplean los moldes en arena verde para piezas de tamaño pequeño-mediano.
Para piezas mayores, de gran calidad o de formas complicadas se ha extraer la humedad, obteniéndose así moldes de mayor resistencia mecánica y menor tendencia a producir poros: ARENA DE ESTUFA.
Con o sin humedad, una vez fundido el metal en hornos se cuela a través de conductos generalmente verticales, en forma de tronco de cono llamados bebederos. A través de estos bebederos el metal fluye por los canales de colada o distribución hasta llenar el molde por completo. Cuando el metal posee grandes coeficientes de contracción se suelen disponer mazarotas que sirven para alimentar a la pieza con metal líquido contrarrestando la contracción y evitando que se formen rechupes.
5.1.2 Moldeo a la cera perdida (Microfusión)
Pese a su antigüedad, su desarrollo se encuentra en la segunda guerra mundial ante la necesidad de obtener un gran número de piezas de formas complicadas y pequeños tamaños de materiales que no se podían mecanizar después de fundidos.
Una vez construido un modelo patrón de la pieza a moldear en metal, madera o plástico se crea un molde de arena de donde se sacan numerosas piezas de cera. Con estas piezas de cera se forman racimos que sirven de modelo para un siguiente molde de arena de mayores dimensiones.
Por calentamiento y la acción de la gravedad se extrae la cera derretida del molde quedando listo para realizar la colada del metal fundido.
Una variante de este método es el que utiliza mercurio congelado en lugar de cera para obtener los modelos. Se conoce como procedimiento MERCAST.
Otra variante más del mismo principio es usar espuma. Conocido como LOST-FOAM, en este caso la colada se hace directamente con el modelo de espuma insertado en el molde. La espuma, debido a las altas Tªs se gasifica escapando de su contenedor.
5.2 Moldeo en coquilla
Como hemos explicado anteriormente, cuando se van a producir grandes series de piezas y/o la calidad buscada son muy altas se pueden realizar los moldes de material metálico.
Según la forma de efectuar la colada podemos distinguir entre:
5.2.1 Moldeo en coquilla por gravedad
En este procedimiento los moldes se preparan manualmente y la colada se efectúa como en los moldes de arena, esto es, el metal cae y fluye por su propio peso, sin ninguna presión suplementaria.
Los moldes constan de dos o más partes desmontables, fabricadas generalmente en fundición gris perlítica.
Al igual que en el molde de arena, suelen contar con bebederos, canales de distribución y mazarotas.
5.2.2 Moldeo en coquilla por presión
Difiere del método anterior en que el metal, a través de máquinas automáticas, es fundido e introducido bajo presión en la cavidad del molde.
Esto favorece el llenado rápido del molde y la reproducción fiel de sus más finos detalles; también se asegura así la eliminación de la porosidad en las secciones macizas de la pieza.
Se consiguen muy buenos acabados superficiales con precisiones dimensionales de hasta 0.01 mm, lo que permite obtener piezas intercambiables con orificios finos e incluso engranajes y roscas de precisión.
La fusión e inyección se puede realizar mediante máquinas de cámara caliente (la fusión se produce en el propio pistón de inyección) o máquinas de cámara fría (exteriormente) seleccionándose unas u otras en función del punto de fusión del metal.
5.2.3 Moldeo en coquilla con inversión del molde
La colada se realiza por gravedad y el molde podrá ser metálico o también de arena. Consiste en dejar que se forme una capa sólida en contacto con las paredes del molde. Una vez se ha alcanzado el espesor deseado se invierte el molde y se desaloja el metal líquido que aún no ha solidificado. Con esto se ahorra materia prima y peso de la pieza.
Se emplea principalmente para obtener piezas huecas como estatuas, farolas, piezas de ornamentación y orfebrería…etc.
5.2.4 Moldeo en coquilla por centrifugación
Se caracteriza porque durante la operación el molde está animado por un movimiento de rotación, comunicándole al metal fundido una fuerza de arrastre contra las paredes del molde y aumentando su presión con lo que se facilita el llenado de los huecos. El metal solidifica en este estado.
Las instalaciones suelen ser muy costosas por lo que sólo se amortizan fabricando grandes series de piezas. De esta forma se fabrican tubos, cuerpos cilindros, casquillos… y en general piezas cuyo eje de simetría coincida con el eje de rotación del molde.
5.2.5 Colada continua
Este es un proceso utilizado en las acerías tras el proceso de afino. En este procedimiento el acero líquido se vierte directamente en un molde de fondo desplazable, cuya sección transversal tiene la forma geométrica del semiproducto que se desea fabricar. Las palanquillas, tochos, o llantones son seguidamente deformados plásticamente en trenes de laminación ofreciendo gran cantidad de formas comerciales.
Se denomina continua porque el semiproducto sale sin interrupción de la máquina hasta que la cuchara de colada ha vaciado todo el metal líquido que contiene.
- POSIBLES DEFECTOS Y MODOS DE EVITARLOS
Las principales irregularidades que pueden afectar a la pieza tras el proceso de colada son los siguientes:
1) Inclusiones de escorias, lo que viene provocado por una mala elección o actuación del filtro de colada o un bebedero inadecuado.
2) Grietas en la estructura de la fundición, debido a que la solidificación no ha sido uniforme. Aparecen por un mal diseño de los canales de distribución. Conviene que las piezas diseñadas tengan espesores similares de pared; pueden evitarse alojando enfriadores para controlar el proceso.
3) Burbujas y poros en la estructura, provocado por una arena excesivamente húmeda, por lo que habrá de reducirse el % de agua en ella.
4) Inclusiones de arena, debidas a una mala elección de la arena, el aglutinante o falta de compactación.
- CONCLUSIÓN
Hemos visto en este tema la fabricación por moldeo de piezas a partir del metal en estado líquido. Cabe resaltar de la fundición la buena precisión dimensional de las piezas obtenidas así como la gran variedad y complejidad de formas que se pueden obtener. De entre los métodos expuestos, la elección del más idóneo dependerá del número de piezas requerido, del tamaño de la pieza en sí, de su material y de la precisión de acabado requerida.