PROCESOS Y EQUIPOS PARA LA FUNDICIÓN

1. INTRODUCCIÓN
La fundición es un método para dar forma a los metales y convertirlos en productos útiles mediante el vaciado de metal fundido en la cavidad de un molde donde adquiere la forma predeterminada al solidificarse dentro de la misma.Los procesos de fundición son capaces de producir piezas de formas complejas y gran tamaño. Además, permiten utilizar mayor variedad de materiales en forma competitiva en comparación con otros procesos.

2. FUNDAMENTO DE LA FUNDICIÓN DE
METALES
El proceso de fundición consiste en el vaciado de metal fundido en un molde construido siguiendo la forma de la pieza a manufacturarse y la posterior extracción una vez que el mismo solidifica.
Los factores involucrados de mayor interés son el flujo del metal fundido en la cavidad del molde, la solidificación y enfriamiento del metal en el molde y la influencia del tipo de material del molde.

2.1. SOLIDIFICACIÓN DE LOS METALES
Los eventos que se producen durante la solidificación y posterior enfriamiento determinan las propiedades generales de la fundición a través de las propiedades térmicas tanto del metal como del molde, la relación geométrica entre el volumen y área superficial y la forma del molde.

2.1.1. Metales Puros
La solidificación de un metal puro (figura 1) se produce a una temperatura constante definida mientras el calor latente de fusión se disipa. El frente de solidificación se mueve a través del metal fundido a partir de las paredes del molde (mayor gradiente de temperatura) hacia el centro.

La rapidez de enfriamiento produce una cáscara de granos finos equidimensionados los cuales crecen en dirección opuesta a la de transferencia de calor.

2.1.2. Aleaciones
La solidificación de aleaciones se produce entre las temperaturas de liquidus y solidus presentando un estado blando (presencia de fase líquida y sólida) con dentritas columnares las cuales contribuyen a factores negativos como variaciones en la composición, segregación y microporosidad.

El tipo de estructura de solidificación depende de la composición del eutéctico (simetría del diagrama de fases). Las estructuras desarrolladas y el tamaño de grano resultante influencias las propiedades de la fundición. Conforme se reduce el tamaño del grano se incrementan la resistencia y la ductilidad de la aleación fundida, se reduce la microporosidad y disminuye la tendencia al desgarramiento en caliente durante la solidificación.

Figura 1: Solidificación de metales

2.2. FLUJO DEL FLUIDO
El metal fundido es vaciado a través de un depósito para fluir por el sistema de alimentación hacia la cavidad del molde. Los canales de alimentación son los canales del molde que conectan el bebedero con los ataques, mientras que las mazarotas actúan como depósitos para suministrar el metal fundido para
evitar la contracción durante la solidificación. Además tienen la función de atrapar contaminantes (óxidos y otras inclusiones). El diseño de canales de alimentación se basa en los principios básicos de mecánica de los
fluidos tales como el teorema de Bernoulli (pérdidas), la ley de continuidad de la masa y la presencia de turbulencia (problemas con aire atrapado).

2.3. FLUIDEZ DEL METAL FUNDIDO
La fluidez es la capacidad del metal fundido de llenar las cavidades del molde y depende de las características del metal fundido (viscosidad, tensión superficial, inclusiones, patrón de solidificación de la aleación) y los parámetros del vaciado (diseño, material y superficie del molde, grado de supercalentamiento, velocidad de vaciado, transferencia de calor).

2.4.1. Tiempo De Solidificación
El tiempo de solidificación es función del volumen de la fundición y de su área superficial según la regla de Chvorinov.

2.4.2. Contracción
La contracción es producida por las características de dilatación térmica durante la solidificación y enfriamiento (mayor contracción) produciendocambios dimensionales y agrietamiento.

2.5. DEFECTOS
En las fundiciones se pueden generar varios defectos. Estos se identifican según el Internacional Commite of Foundry como:
A- Proyecciones metálicas;
B- Cavidades;
C- Discontinuidades;
D- Superficie defectuosa;
E- Fundición incompleta;
F- Dimensiones o formas incorrectas;
G- Inclusiones.

2.5.1. Porosidad
La porosidad puede ser causada por contracción y/o presencia de gases perjudicando la ductilidad y su acabado superficial (más permeable).

La porosidad causada por contracción puede reducirse con el uso de enfriadores metálicos internos o externos, aumentando el gradiente detemperaturas. En el caso de gases, éstos pueden ser sacados del metal fundido mediante lavados con un gas inerte o fundiendo y vaciando en vacío.

Cajas de moldeado

Proceso seguido para el moldeado de una tapa
Moldeado con macho: A, pieza a fundir; B, molde en dos mitades; C, caja para fabricar el macho; D, macho; E y F, montaje del modelo en las cajas; G, quitar el modelo, colocar el macho y fundir; H, pieza terminada.

MOLDEADO EN CÁSCARA

En esencia, el procedimiento consiste en la obtención de un molde o coquilla de arena y resina a partir del modelo de la pieza donde se efectuará la colada.
Para la formación del molde o coquilla se aprovecha la propiedad que tienen ciertas resinas fenólicas de endurecerse bajo la acción del calor. Estas resinas actúan como aglomerantes de la arena de sílice.
El modelo de la pieza se construye ordinariamente en dos mitades y se fija cada una de ellas a una placa metálica, con los canales de colada, mazarotas y marcas de macho, si hacen falta.
La placa modelo se calienta a unos 200º y se le aplica una capa antiadherente a base de parafina o silicona. A continuación entra en contacto con la mezcla de moldeado (arena), formando en pocos segundos un caparazón sólido o cáscara de 5 a 7 mm de espesor.
La placa, con la cáscara adherida, es sometida finalmente a un calentamiento a 350º en un horno apropiado durante unos 3 a 5 minutos. Terminada esta cocción, se separa la cáscara del modelo y se unen los semimoldes obtenidos con cola, tornillos u otros medios.
El molde así formado se introduce en una caja de moldear, rellenando el espacio circundante con tierra vieja y se procede a colar el metal.
Las ventajas principales que se obtienen con este procedimiento son la precisión geométrica y dimensional.


MOLDEADO A LA CERA PERDIDA (MICROFUSIÓN)
Es uno de los procedimientos más antiguos de fundición y que, debidamente perfeccionado, sirve para obtener gran variedad de piezas de elevada precisión, pequeño tamaño y forma muy complicada, imposibles de obtener por otros sistemas de moldear.
El proceso a seguir es, a grandes rasgos, el siguiente:

• Se construye un modelo de la pieza en latón o bronce con el máximo esmero y contando con las contracciones y dilataciones que se han de producir.

• Empleando el modelo construido se funde un molde con aleación de bajo punto de fusión o de acero.

Moldeo a la cera perdida


En una prensa de inyección especial se obtienen modelos de cera o poliestireno con ayuda del molde metálico preparado anteriormente.
• Los modelos son montados en conjuntos de colada llamados racimos, a menos que, por su tamaño, justifique un tratamiento individualizado.
• delos se introducen en un baño cerámico, seguido de un
arenado cuidadoso.
• cen los racimos, ya revestidos, en unas cajas de acero que se rellenan
•1000º, con lotencia necesarias.
• pen los moldes y las piezas pasan a las secciones de Los racimos de mo
Se introdude arena. En una estufa a 100º se funde la cera o se consume el poliestireno (modelos perdidos) y seguidamente se cuecen los moldes en unos hornos a
que la cáscara cerámica adquiere la solidez y resis
• Se cuela el metal en el molde bajo ligera presión.
Una vez solidificado, se romlimpieza y desbarbado.


MOLDEADO A COQUILLA
Los moldes metálicos sustituyen con ventaja a los de arena en el moldeado por gravedad cuando hay que fabricar grandes series de piezas.
El moldeado a coquilla consiste en sustituir los ma por gravedad, por moldes metálicos.
oldes de arena en la fundición
ordinari
Las coquillas se componen de dos partes principales:

El cuerpo del molde (4) que da forma exterior a la pieza y en todos los casos es siempre metálico.
• Los machos o núcleos (5) que determinan las cavidades o entrantes de las piezas
y que pueden ser metálicos o de arena.