Machos de fundición: materiales, propiedades y aglutinantes

T6. CORES (Machos de Fundición)

1. Introducción a los Machos

Los machos son elementos cruciales en el proceso de fundición, especialmente cuando se requiere crear geometrías internas o huecos en la pieza final.

• Empleo: Definición de la geometría de la pieza con partes huecas.
• Arena especial: Se utiliza arena específica para la fabricación de machos.
• Cajas de machos:
  • Machos sencillos: Piezas básicas.
  • Partidas complejas: Incluyen machos complejos, unión mediante pasadores, refuerzos de alambres, etc.
• Tratamiento en estufa: Se aplica un cocido en estufa para aportarles la resistencia mecánica necesaria.
• Portadas o marcas: Son los apoyos que determinan la posición del macho dentro del molde. Si la presión metalostática es muy elevada, se añaden soportes adicionales.
• Final de moldeo: Una vez finalizada la solidificación, el macho es destruido y queda la forma hueca en el interior de la pieza fundida.

2. Características de Machos y Arena para Machos

A) Dureza y Resistencia

• Deben mantener su integridad tanto en estado seco como en verde.
• Deben resistir su propio peso y la fuerza ejercida por el metal fundido.
• Nota: Si la resistencia es excesiva, puede generar tensiones internas no deseadas en la pieza fundida (casting).

B) Permeabilidad

• Es fundamental que permitan el paso y escape de los gases generados durante el vertido.
• Se requiere arena con un contenido muy bajo en arcilla para asegurar una buena permeabilidad.

C) Resistencia a la Temperatura

• Los machos deben ser capaces de soportar la temperatura del metal fundido sin descomponerse prematuramente.

D) Baja Emisión de Gases

• Una baja emisión de gases permite un mayor margen de maniobra en la permeabilidad del macho, en beneficio de su dureza.
• La arena de alta calidad para la fabricación de machos debe tener un contenido de sílice ($\text{SiO}_2$) superior al 97%.
• Es crucial facilitar la salida de gases mediante conductos de ventilación adecuados.

E) Colapsabilidad

• Capacidad intrínseca de desintegrarse o romperse fácilmente tras la solidificación del metal.
• Si el macho no colapsa adecuadamente, se dificulta y encarece la operación de retirada del núcleo interno.
• Una arena con muy bajo contenido en arcilla favorece una mejor colapsabilidad.

F) Otras Características

• Green strength (Resistencia en verde): La arena debe ser suficientemente rígida a temperatura ambiente para soportar el modelado, manteniendo su forma hasta que el macho endurezca.
• Facilidad de retirada: Un exceso de aglutinante (binder) encarece significativamente el proceso de retirada del macho después de la solidificación del metal.

3. Clasificación de Aceites y Procesos Aglomerantes

Aglomerantes (Binders)

• Forman una película alrededor de los granos de arena, resultando en una arena de alta consistencia.
• La calidad de las piezas fundidas obtenidas con estos sistemas es superior a la de las arenas simplemente aglutinadas.
• Un exceso de binder incrementa el coste de retirada del macho.

3.1. Clasificación de Aglutinantes para Cores

Aceites de Fraguado en Estufa

• Incluyen aceites vegetales (como el de linaza, *linseed*).
• No presentan buena resistencia en estado verde.
• Requieren obligatoriamente un tratamiento térmico (cocido en estufa).
• Inconvenientes: Pueden desprender gases que afectan negativamente la calidad de las piezas.

Aceites Autofraguantes

• No ofrecen resistencia inmediata; necesitan un tiempo de fraguado.
• Los aceites de gran viscosidad son difíciles de manejar; su fluidez mejora al añadir disolventes.
• Proceso de endurecimiento: Se produce por polimerización del aceite, formando grandes cadenas moleculares.
• Catalizadores: Reducen el tiempo de polimerización y la vida útil de la mezcla, lo que limita la posibilidad de un desmoldeo óptimo.

Aglutinantes Termoplásticos

• Ejemplos: Resina de trementina o brea de alquitrán.
• Son polvos que se licúan al calentar, humedeciendo la arena.
• Al enfriar, solidifican y aglutinan la arena.

Aglutinantes Termoendurecibles

• Incluyen resinas fenólicas, furanicas y urea.
• Características: Alta dureza, baja producción de gas y buena colapsabilidad.
• Diferencia clave con aceites autofraguantes: No necesitan oxígeno para su fraguado.
• Arenas mezcladas con resinas furanicas: Ofrecen alta resistencia poco tiempo después de la mezcla. Si el contenido de urea es elevado, puede producir defectos por desprendimiento de gases (nitrógeno).
• Toxicidad y Seguridad: Implican el uso de sustancias como Tolueno o isocianato de metileno (algo menos tóxico). Es obligatorio el uso de mascarilla y filtros. Son altamente inflamables.

3.2. Clasificación de Aglutinantes para Cores (Otra Perspectiva)

Dry Sand Molds (Curado en Caliente - Heat Cured)

• Core oils (aceites para machos).
• Sistemas Hot box, Warm box.
• Shell process / Cronning.
• Brea de alquitrán.

Proceso de Fabricación en Caja Fría

• Procesos autofraguantes (resinas y aglutinantes termoplásticos).
• Cold processes - gas catalyzed (procesos catalizados por gas).

3.2.1. Dry Sand Molds (Curado en Caliente)

• Aceites: Linaza, ésteres y polímeros crudos, ésteres y polímeros naturales, aceites con resina, etc.
• Importante: Nunca se emplean solos.
• Una mezcla de aceite y arena puede colapsar si no es horneada adecuadamente.
• Los aceites empleados como aglutinantes deben ser combinados con almidón.