Procesos de Fundición de Metales: Tipos de Moldes y Técnicas Avanzadas

Procesos de Fundición de Metales: Moldeo Desechable y Permanente

1. Fundición de Arena

La fundición en arena es un proceso versátil y ampliamente utilizado en la industria metalúrgica. Implica la creación de un molde a partir de arena, que se destruye tras cada ciclo de fundición.

Características y Tipos de Molde de Arena

• Proceso: Creación de un molde de arena compactada alrededor de un modelo.
• Características: Flexibilidad en formas y tamaños, bajo costo de herramientas.
• Tipos de Arena: Se utilizan diferentes composiciones de arena para diversas aplicaciones.
• Tipos de Molde:
  • Moldeo en Arena Verde: Utiliza arena húmeda, la más común y económica.
  • Moldeo en Arena Seca o Húmeda: La arena se seca o se cura después de la formación del molde.
  • Moldeo de Superficie/Película Seca: Solo la superficie del molde se seca para mejorar el acabado.
  • Moldeo en Caja Fría o Curado en Frío: La arena se endurece mediante un aglutinante químico sin calor.

Componentes del Molde de Arena

Un molde de arena típico consta de varias partes esenciales, incluyendo el modelo (la réplica de la pieza a fabricar), los machos (para crear cavidades internas) y el sistema de alimentación (bebederos, canales, mazarotas).

Máquinas para el Moldeo de Arena

La eficiencia y calidad del moldeo de arena se optimizan con el uso de maquinaria especializada:

• Moldeo Vertical en Caja:
  • Línea de partición vertical: Las dos mitades del molde se unen en esta línea.
  • Sin caja de moldeo: Permite una alta tasa de producción.
• Lanzadores de Arena:
  • Lanzamiento de arena a alta velocidad: Asegura un llenado uniforme del molde.
  • Grandes cajas de moldeo: Proceso automatizado para mayor eficiencia.
• Moldeo por Impacto:
  • Compactación inmediata de la arena: Logra una alta densidad.
  • Explosión controlada: Libera gases a presión para compactar la arena.
  • Resistencia uniforme y permeabilidad: Mejora la calidad del molde.
• Moldeo por Vacío:
  • Compactación de la arena mediante vacío: No requiere aglutinante.
  • No necesita ángulos de salida: Simplifica el diseño de piezas.
  • Bajo costo de herramientas y alta calidad de las piezas: Ventajas significativas.

2. Moldeo en Cáscara (Shell Molding)

El moldeo en cáscara es un proceso que produce moldes delgados y resistentes, ideales para piezas de alta precisión y buen acabado superficial.

• Buen acabado superficial y bajo coste de producción.
• Alta precisión en piezas pequeñas y medianas.
• El modelo metálico se calienta hasta 175-370ºC.
• El modelo se recubre con un agente separador.
• Se fija el modelo en una caja de moldeo.
• Se utiliza arena muy fina mezclada con un aglutinante de resina termoestable.
• La arena recubre el modelo por volteo o lanzamiento.
• Curado de la resina en horno para formar la cáscara.
• Se controla el espesor de la cáscara (5 – 10 mm) y su resistencia en función del tiempo de curado.
• Tras la extracción de la cáscara, se unen las dos partes y se introducen en una caja con arena o granalla para la fundición.
• La arena utilizada en la cáscara es de grano más pequeño, lo que contribuye a la calidad.
• Permite obtener alta calidad en los acabados superficiales.
• Facilita la producción de formas complejas, requiere menos mano de obra y es de fácil automatización (ej. machos, engranajes).

3. Fundición en Molde de Yeso

Este proceso utiliza moldes de yeso para producir piezas con excelente acabado superficial y alta precisión, especialmente para metales no ferrosos.

• Se prepara un lodo de yeso (con aditivos) y agua.
• Vertido del lodo sobre el modelo para formar el molde.
• En aproximadamente 15 minutos, el molde endurece y se extrae del modelo.
• Secado del molde a temperaturas de 120 – 260°C para eliminar la humedad.
• Ensamblado de las dos partes del molde y vertido del metal fundido (por vacío o presión).

4. Fundición en Molde Cerámico

Similar a la fundición en yeso, pero utilizando materiales cerámicos refractarios, lo que permite trabajar con metales de mayor punto de fusión.

• Se utilizan materiales refractarios para el molde.
• Se prepara una suspensión con ZrSiO4 (silicato de circonio), Óxido de Aluminio y Sílice fundida.
• Se utiliza un modelo de madera o metal para la formación del molde.
• Formación y extracción del molde a partir del modelo.
• Quema del material volátil y cocido del molde a altas temperaturas.
• Ensamblado de las dos partes del molde y vertido del metal fundido (por vacío o presión).

Procesos de Fundición con Molde Desechable (Molde de Un Solo Uso)

Estos procesos se caracterizan por la destrucción del modelo o del molde tras cada ciclo de fundición.

1. Fundición de Modelo Evaporable (Espuma Perdida)

Un proceso innovador donde el modelo se consume durante el vertido del metal.

• Se utiliza un modelo de poliestireno (PS) que se evapora al contactar con el metal fundido.
• El metal fundido ocupa directamente el espacio dejado por la espuma.

2. Fundición a la Cera Perdida (Revestimiento)

Conocida por su capacidad para producir piezas de alta precisión y complejidad geométrica.

• Se utiliza un modelo de cera que se funde y se drena antes de verter el metal fundido.
• El molde cerámico resultante es muy resistente y preciso.

Procesos de Fundición con Molde Permanente (Molde Reutilizable)

Estos métodos emplean moldes que pueden ser utilizados repetidamente, lo que los hace ideales para la producción en masa.

1. Fundición al Vacío (Baja Presión y Vacío)

Un proceso que mejora el llenado del molde y reduce la porosidad.

• Combina baja presión y vacío para un llenado óptimo del molde.

2. Fundición Hueca

Especialmente diseñada para la fabricación de productos con cavidades internas.

• Permite la producción eficiente de productos huecos.

3. Fundición a Presión (Die Casting)

Uno de los métodos más rápidos y eficientes para la producción de grandes volúmenes de piezas metálicas.

• El metal fundido es forzado en el molde (de grafito o metal) mediante alta presión.
• Existen variantes de cámara caliente y cámara fría, dependiendo del metal y la aplicación.

4. Fundición Centrífuga

Utiliza la fuerza centrífuga para distribuir el metal fundido en el molde, ideal para piezas cilíndricas.

• Utiliza la inercia (rotación) para forzar el material fundido contra las paredes del molde.
• Produce piezas con alta densidad y propiedades mecánicas mejoradas.

Hornos de Fusión en la Industria Metalúrgica

Los hornos son equipos esenciales para fundir los metales antes de su vertido en los moldes.

• Horno de Arco Eléctrico
• Horno de Inducción
• Horno de Crisol
• Horno de Levitación
• Cubilote