Fundición de metal, un proceso de trabajo de metales que involucra metal líquido y un molde, existe desde hace miles de años.
A lo largo de su historia, la fundición de metales se ha utilizado para fabricar de todo, desde espadas hasta turbinas eólicas, y hoy en día es uno de los métodos más valiosos y versátiles para fabricar piezas metálicas de alta calidad.
Esta guía analiza los conceptos básicos de la fundición de metales, incluidas sus numerosas variantes (fundición a presión, fundición a la cera perdida, etc.) y los metales de fundición más comunes.
¿Qué es la fundición de metales?
Fundición de metal es un tipo de proceso de fundición que implica verter metal líquido fundido en un molde.
El interior del molde está diseñado con una impresión negativa de la pieza que se está fabricando, de modo que cuando el metal fundido se enfría y solidifica dentro del molde, toma la forma de la pieza final. A continuación, la pieza terminada se puede retirar del molde.
Dependiendo de las piezas que se fabriquen y de los metales que se utilicen, existen diferentes variedades de fundición de metales, cada una con sus ventajas particulares. Los patrones, moldes y técnicas de relleno pueden variar mucho entre estas variedades.
Aunque la fundición de metal es un proceso versátil, las piezas fundidas están sujetas a ciertas restricciones de diseño y los ingenieros deben tener en cuenta la contracción del metal durante la etapa de enfriamiento.
Entendiendo la fundición de metales
el central fundición de metal El proceso implica calentar un metal, verterlo en un molde, esperar a que se enfríe y solidificar y luego retirar la pieza terminada del molde. En realidad, el proceso puede tener muchas más etapas y los diferentes procesos de fundición de metales funcionan de diferentes maneras.
La siguiente es una descripción general simplificada del proceso de fundición de metales. Tenga en cuenta que algunos pasos varían según las diferentes variantes de fundición, mientras que otros se omiten por completo.
1. Hacer el patrón: Empezando por el principio, muchos procesos de fundición de metales requieren la fabricación de un patrón, un duplicado de la pieza final que se utiliza para hacer el molde. Los patrones pueden ser permanentes o prescindibles y pueden estar hechos de materiales como cera, madera y plástico.
2. Fabricación del núcleo: Para la fundición de piezas huecas, puede ser necesario diseñar un núcleo, una pieza sólida de material colocada dentro de la cavidad del molde que da forma a la geometría interior de una pieza fundida. (Por ejemplo, un núcleo cilíndrico dentro de un molde cilíndrico más grande producirá una pieza fundida con forma de tubo).
3. Elaboración del molde: Los moldes se elaboran de diferentes formas dependiendo del proceso. Por ejemplo, los moldes de metal permanentes se pueden fabricar utilizando una máquina CNC, mientras que los moldes de arena se fabrican aplicando una mezcla de arena al exterior de un patrón. La práctica de fabricar moldes se conoce como fabricación de moldes y es una disciplina especializada.
4. Llenado del molde: El metal se calienta hasta que se derrite y luego se vierte o se introduce en el molde. En la fundición por gravedad, por ejemplo, el material fundido se vierte hacia abajo en la cavidad; en la fundición a presión a alta presión, se introduce en la cavidad a alta presión, requiriéndose altas fuerzas de sujeción para mantener la matriz segura.
5. Desmontaje de la pieza: Una vez enfriada y solidificada la pieza fundida, se retira del molde. Para procesos como la fundición en arena, esto significa que el molde debe destruirse para llegar a la pieza interior; Para los moldes permanentes, las dos mitades del molde de metal se separan y están listas para usar nuevamente.
6. Postprocesamiento: Las piezas de metal fundido pueden requerir limpieza (para eliminar restos del molde, por ejemplo) u otros pasos de posprocesamiento antes de que estén listas para su uso.
Ventajas de la fundición de metal
Existen numerosas razones para elegir la fundición de metal sobre otras opciones de metalurgia como forja o mecanizado CNC. Algunos de los beneficios clave de la fundición de metal incluyen:
- Adecuado para la producción en masa
- Puede producir piezas enormes y pesadas
- Puede producir piezas de paredes muy gruesas
- Adecuado para piezas grandes de una pieza (en lugar de componentes ensamblados)
- Excelentes cualidades de rodamiento
- Ideal para algunas aleaciones de luz
- Versatilidad del material
Las limitaciones de la fundición metálica incluyen defectos inevitables, precisión dimensional limitada (en comparación con, por ejemplo, mecanizado CNC), intensividad del parto y cantidades de orden mínimo típicamente altas.
Los principales tipos de fundición de metales.
Fundición
Uno de los tipos más importantes de fundición de metales para piezas intrincadas y detalladas. fundición a presión utiliza dos troqueles de acero para herramientas reutilizables como herramientas. El proceso es similar al moldeo por inyección de plástico: el material fundido se introduce en la cavidad a alta presión, lo que permite a los ingenieros fabricar piezas con detalles finos.
El costo de crear troqueles personalizados es alto, lo que hace que el proceso sea más común en la producción en masa. Sin embargo, una vez fabricados, estos troqueles se pueden utilizar muchas veces. Las piezas fundidas a presión tienden a tener un excelente acabado superficial.
La fundición a presión de aluminio y la fundición a presión de magnesio se utilizan ampliamente para piezas de alta calidad.
fundición por gravedad
Al igual que la fundición a presión, la fundición por gravedad es una forma de fundir metal utilizando un molde de metal reutilizable. Sin embargo, la fundición por gravedad depende de fuerzas gravitacionales para mover el metal líquido a través del molde, de arriba a abajo, en lugar de presión. Los moldes deben precalentarse antes de la primera fundición y, a menudo, están hechos de hierro fundido debido a su baja fatiga térmica.
La fundición por gravedad es anterior a todas las demás técnicas de fundición de metales, y las piezas fundidas por gravedad existen desde hace milenios. Es una forma de fundición en molde permanente; Las alternativas al proceso de fundición por gravedad incluyen presión de gas y vacío.
Casting de inversiones (casting de cera perdida)
La fundición a la cera perdida o fundición a la cera perdida es una forma de fundir metal utilizando un patrón y un molde prescindibles: ambos elementos se destruyen durante el proceso de fundición (aunque la cera derretida a menudo se puede reutilizar).
Al igual que la fundición por gravedad, la fundición a la cera perdida tiene miles de años. Durante el proceso de fundición a la cera perdida, se fabrica un patrón a partir de cera o un material equivalente (a veces a mano, a veces usando una impresora 3D de resina) antes de verter un material refractario alrededor del patrón para hacer el molde.
El revestimiento es la capa cerámica aplicada alrededor del patrón que luego funciona como molde para el metal fundido. Esta capa cerámica se elimina mediante un proceso llamado desincrustación.
Fundición de arena
La fundición en arena es un método simple, centenario de fundir metal y es más asequible que las técnicas alternativas. Utiliza arena (mezclada con un material aglutinante como arcilla) como material de molde y los moldes son capaces de soportar altas temperaturas.
En el proceso de fundición en arena, se sumerge un patrón en arena contenida dentro de una caja especial llamada matraz. Compactando la arena alrededor del patrón, se puede hacer un molde en el que se puede verter metal fundido.
La arena utilizada en el proceso de fundición de metales puede ser arena verde (arcilla húmeda) o arena fraguada al aire (arena seca con un adhesivo).
Otros procesos de fundición
Hay docenas de procesos de fundición de metales más utilizados en la fabricación, incluido el moldeo en marga y el moldeo en cáscara (ambos procesos de moldes desechables) y procesos de moldes permanentes como la fundición centrífuga y la fundición continua.
Presión de lanzamiento: ¿alta o baja?
Fundición a presión de metales Es un valioso proceso de trabajo de metales y se puede dividir en dos categorías más: fundición a presión a alta presión y fundición a presión a baja presión. La elección de la presión adecuada depende de factores como el material, el espesor de la pared y el tamaño de la pieza.
La fundición a alta presión es una técnica más común que la fundición a baja presión y se utiliza con más del doble de frecuencia.
Ideal para aleaciones blandas como el aluminio y el zinc, la fundición a presión a alta presión implica forzar el metal líquido dentro del molde a alta presión y alta velocidad, lo que requiere una prensa potente para mantener el molde cerrado. Por tanto, el proceso es más caro que la fundición a presión a baja presión.
Ventajas de la fundición a presión a alta presión:
- Producción rápida
- Posibilidad de paredes delgadas
- Acabado superficial liso
- Contracción mínima
La fundición a presión a baja presión es una forma más lenta de fundición a presión que fuerza al metal fundido a entrar en el molde con más suavidad. Es adecuado para aleaciones con puntos de fusión bajos. Aunque es más lento que la fundición a alta presión, el proceso de fundición de metal a baja presión es adecuado para geometrías complejas y puede producir piezas muy resistentes.
Ventajas de la fundición a baja presión:
- Partes fuertes
- Geometrías complejas
Metales moldeables
Una variedad de metales son adecuados para el proceso de fundición. Sin embargo, los tres materiales de fundición más comunes aceptados por Kbear Metal son el aluminio, el zinc y el magnesio.
Fundición de aluminio
La fundición de aluminio es el medio más extendido para formar aluminio. Se utiliza para fabricar artículos como piezas industriales y automotrices, como transmisiones y motores, a partir de aleaciones como A380 y A383.
Hay algunas formas de realizar la fundición de aluminio. Fundición a presión de aluminio es excelente para producción de gran volumen debido a su velocidad y excelente acabado superficial; la fundición en molde permanente es adecuada para piezas de aluminio extrarresistentes; y la fundición en arena es apropiada para la fundición de aluminio en pequeñas cantidades y geometrías complejas.
Independientemente del proceso de fundición, la fundición de aluminio produce piezas resistentes y ligeras y, por tanto, es muy versátil.
Fundición de zinc
Las aleaciones de zinc son metales populares, asequibles y ampliamente disponibles, adecuados para fundición. La fundición de zinc generalmente implica fundición a presión a alta presión, lo que permite altas tasas de producción y requisitos mínimos de posprocesamiento.
Debido a la alta fluidez de fundición del zinc, la fundición de zinc puede dar como resultado piezas con paredes muy delgadas y detalles finos. El zinc también se puede conformar en frío para una mejor unión.
Los fabricantes pueden elegir entre aleaciones de zinc ZAMAK o aleaciones de zinc-aluminio (ZA). Las piezas de zinc fundido incluyen componentes automotrices, piezas de aire acondicionado y componentes electrónicos.
Fundición de magnesio
La fundición, en particular la fundición a presión a alta presión, es, con diferencia, el proceso de trabajo de metales más común para fabricar piezas de magnesio y representa alrededor del 98% de la producción de piezas de magnesio.
Como el magnesio es el más liviano de todos los metales estructurales, es ideal para aplicaciones de aligeramiento. Otras ventajas de la fundición de magnesio incluyen paredes muy delgadas, excelente detalle y una buena relación rigidez-peso.
En pequeñas cantidades, las piezas de magnesio también se pueden fabricar mediante fundición de yeso, aunque la fundición a presión de magnesio es mejor para aplicaciones profesionales.
Conclusión
En conclusión, fundición de metal Es un proceso de fabricación tradicional que ha evolucionado significativamente a lo largo de los siglos, permitiendo la producción de una amplia gama de productos, desde complejos componentes de máquinas hasta estructuras industriales a gran escala. Su versatilidad y eficiencia lo convierten en la opción preferida en múltiples industrias, incluidas la automotriz, aeroespacial y de bienes de consumo.
Las diversas técnicas de fundición, que van desde la fundición a presión hasta la fundición en arena, ofrecen distintas ventajas adaptadas a diferentes aplicaciones, lo que permite a los ingenieros lograr diseños, tolerancias y propiedades de materiales específicos. A pesar de algunas limitaciones inherentes, como defectos potenciales y altos requisitos de mano de obra, los beneficios de la fundición de metales, incluida la rentabilidad para la producción en masa y la versatilidad del material, continúan solidificando su papel esencial en la fabricación moderna.
A medida que los fabricantes enfrentan una demanda cada vez mayor de geometrías complejas y componentes livianos, las innovaciones dentro de los procesos de fundición de metales probablemente allanarán el camino para mejoras continuas en precisión y eficiencia. Al comprender los fundamentos y las complejidades de la fundición de metales, los profesionales de la industria pueden aprovechar mejor esta valiosa técnica de fabricación para crear piezas metálicas de alta calidad que cumplan con los rigurosos estándares de rendimiento actuales.
Referencias
- Enciclopedia Británica. “Fundición de metales.” Británica
- ASM Internacional. “Procesos de fundición.” ASM.org
- Schmid, H. (2019). Procesos de fabricación de materiales de ingeniería. Educación Pearson.
- DF Pritchett. (2012). Tecnología de fundición. Publicación Woodhead.
- Callister, W.D., & Rethwisch, DG (2018). Ciencia e ingeniería de materiales: una introducción. Wiley.
