FUNDICION
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FUNDICION Es la introducción de un material fundido en una cavidad previamente preparada o molde, en donde solidifica. Pueden producirse formas intrincadas de casi cualquier tamaño a partir de una material que pueda fundirse. |Estos metales son : Hierro, acero, aluminio, bronce, cobre, latón, magnesio, zinc, etc. Para la fundición debe fabricarse un molde con cavidad con la forma y tolerancias de la pieza ya que esta contrae cuando enfría. El material del molde debe ser refractarios y los equipos con temperatura adecuada, mas un ventero adecuado para evacuar aire y gases de fundición. De mas esta decir que el molde debe permitir el retiro de la colada y para luego hacer operaciones de eliminación de sobrantes. Hay seis tipos de procesos de colado : fundición en arena fundición en molde permanente fundición en matriz fundición por centrifugado fundición por revestimiento(cera perdida) fundición por casquete(o vaina) Fundición en arena Para producir un molde la fundición de arena se comprime esta sobre un modelo de la pieza. Luego se quita el modelo. Una abertura llamada bebedero esta conectada con la cavidad por canales de conducto. El metal fundido se vierte por el bebedero y entra en la cavidad controlado por la amplitud de la boca de ingreso. Los modelos se hacen en maderas o metal ; el primero es para series limitadas al igual que para modelos muy grandes, en tanto que le segundo (metal) se hace en aluminio (mas usado) o magnesio, pero estos son difíciles de lograr con exactitud y detalle. Otro tipo es el modelo de plástico, que es fácil de extraer y al cual no se le adhiere la arena. Para la colada el modelo se realiza con previsión de tolerancias por solidificación y enfriamiento resultando el modelo un poco mas grande. Para el desmolde se realiza el modelo con un ángulo de desmolde de un grado aprox. Tipos de modelos Hay seis tipos : Los modelos de una pieza o sólidos : son los mas simples y mas baratos de fabricar
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Es la introducción de un material fundido en una cavidad previamente preparada o molde, en donde solidifica. Pueden producirse formas intrincadas de casi cualquier tamaño a partir de una material que pueda fundirse.|Estos metales son : Hierro, acero, aluminio, bronce, cobre, latón, magnesio, zinc, etc.Para la fundición debe fabricarse un molde con cavidad con la forma y tolerancias de la pieza ya que esta contrae cuando enfría. El material del molde debe ser refractarios y los equipos con temperatura adecuada, mas un ventero adecuado para evacuar aire y gases de fundición.De mas esta decir que el molde debe permitir el retiro de la colada y para luego hacer operaciones de eliminación de sobrantes.
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FUNDICION
Es la introducción de un material fundido en una cavidad previamente preparada o molde, en donde solidifica. Pueden producirse formas intrincadas de casi cualquier tamaño a partir de una material que pueda fundirse.
|Estos metales son : Hierro, acero, aluminio, bronce, cobre, latón, magnesio, zinc, etc.
Para la fundición debe fabricarse un molde con cavidad con la forma y tolerancias de la pieza ya que esta contrae cuando enfría. El material del molde debe ser refractarios y los equipos con temperatura adecuada, mas un ventero adecuado para evacuar aire y gases de fundición.
De mas esta decir que el molde debe permitir el retiro de la colada y para luego hacer operaciones de eliminación de sobrantes.
Hay seis tipos de procesos de colado :
fundición en arena fundición en molde permanente
fundición en matriz
fundición por centrifugado
fundición por revestimiento(cera perdida)
fundición por casquete(o vaina)
Fundición en arena
Para producir un molde la fundición de arena se comprime esta sobre un modelo de la pieza.
Luego se quita el modelo. Una abertura llamada bebedero esta conectada con la cavidad por canales de conducto.
El metal fundido se vierte por el bebedero y entra en la cavidad controlado por la amplitud de la boca de ingreso.
Los modelos se hacen en maderas o metal ; el primero es para series limitadas al igual que para modelos muy grandes, en tanto que le segundo (metal) se hace en aluminio (mas usado) o magnesio, pero estos son difíciles de lograr con exactitud y detalle.
Otro tipo es el modelo de plástico, que es fácil de extraer y al cual no se le adhiere la arena.
Para la colada el modelo se realiza con previsión de tolerancias por solidificación y enfriamiento resultando el modelo un poco mas grande.
Para el desmolde se realiza el modelo con un ángulo de desmolde de un grado aprox.
Tipos de modelos
Hay seis tipos :
Los modelos de una pieza o sólidos : son los mas simples y mas baratos de fabricar
Los modelos divididos son de amplio uso cuando deben producirse cantidades moderadas de fundiciones
Donde se han de producir grandes cantidades de fundiciones se usan modelos de placa adaptadora
Preparación y control de la arena
Debe ser altamente refractaria
Debe ser lo suficientemente cohesiva de modo de retener la forma
Debe ser permeable para permitir el escape de gases
Debe aplastarse para permitir la contracción del metal
La arena provee las cualidades refractarias. La adherencia esta provista por la arcilla húmeda y la permeabilidad depende las partículas de arena y de contenido de arcillo. El aplastamiento es el resultado de la presencia de cereales y otros materiales orgánicos que se queman al ser expuestos al metal caliente reduciéndose la resistencia de la arena.
La arena moldeo contiene :
8 a 14% de arcilla
4 a 8 % de humedad
Las fundiciones modernas usan las arenas llamadas sintéticas. Se fabrican a partir de sílice limpia(dióxido de silicio), zirconio o arena de olivida y arcillas controladas como bentonita, kaolinita o ilita.
Estas son mas uniformes que las naturales y mas permeables y refractarias, pero si no son estrechamente controladas el moldeo manual es mas difícil.
Para fundiciones pequeñas es conveniente el uso de arena de grano fino. Para fundiciones mas grandes es casi imprescindible usar una arena de grano mas grueso para mayor permeabilidad.
Para lograr una buena terminación superficial se usa un material especial para superficie aplicado al modelo antes de agregar arena común de moldeo, este puede ser grafito o una lechada de arcilla. A menudo se tamiza sobre le modelo una arena de superficie especial, antes de colocar la arena común.
Para permitir la separación de las distintas secciones del molde y para poder quitar el modelo sin que se adhiera la arena de moldeo, se usa un material separador. Se rocía con el modelo antes de colocar cualquier tipo de arena en el recipiente. Un adecuado material separador son las cascaras de nuez molida, espolvoreada sobre la superficie.
Acondicionamiento y control de la arena
Se colocan todos los ingredientes en una moleta donde se mezclan bien. Cada grano de arena debe estar recubierto de arcilla para proveer la máxima adhesividad ; y se agrega para agua para obtener la humedad necesaria.
Para una mezcla satisfactoria se necesitan de 2 a 5 minutos.
Los factores principales a controlar son :
Tamaño de grano Humedad
contenido de arcilla
dureza del molde
permeabilidad
resistencia
El contenido de arcilla se determina lavando la arcilla de una muestra de 50 g de arena de moldeo con agua que contiene suficiente hidróxido de sodio. La arena se seca y se pesa.
La dureza del molde se prueba por medio de instrumental, el método consiste en determinar el tiempo necesario para forzar el paso de 200 cm3 de aire a través de la muestra de arena. La prueba de
resistencia se hace sobre una muestra de arena apisonada que se ha sacado del tubo de metal en el que se la comprime.
La prueba continua hasta que la muestra se rompe.
Moldeo de arena
Cuatro modos diferentes :
de banco de piso
con máquina
de foso
En el moldeado de banco de piso y de foso y en menor medida el de máquina el moldeador usa equipos y herramientas como ser : caja de moldear rectangular o redonda.
Estas se construyen de madera o metal, la mayoría de las cajas se hacen en mitades, superior e inferior.
Las mitades están provistas, una con un tetón o espigas y la otra con agujeros.
Si se vierte le metal fundido mientras el molde esta en la caja esta puede dañarse, para prolongar la duración se las fabrica de modo que puedan sacarse del modelo ya terminado.
Salvo los moldes muy pequeños, es necesario después de sacar la caja poner un manguito alrededor del molde antes de verter el metal, para resistir la presión de este. Los manguitos son bandas de metal baratas que se encajan alrededor del molde. Se colocan pesas de metal arriba del molde para evitar que las secciones se separen por la presión hidrostática del metal fundido.
Al hacer un molde de banco, el moldeador coloca la semicaja inferior cabeza abajo sobre la tabla maestra que esta sobre el banco. La tabla maestra es una tabla lisa, un poco mas grande que la superficie de las caja, provista con dos travesaños que la mantiene levanta del banco.
Se rocía el modelo con una fina película de polvo separador. Se coloca luego la arena de moldeado o la de superficie en el molde, tamizándola a través de una zaranda. El aire de la arena mejora su permeabilidad. La arena se prensa hasta el grado adecuado por medio de un pisón de mano. Para los moldes de piso o de foso, se usan pisones neumáticos. Una vez apisonada se corta la arena al ras de la caja de moldeo por medio de un rasero, que es una barra chata de acero apoyada en los costados de la caja, se pasa sobre el molde.
Para obtener un orificio a través del cual se pueda verter el metal se usa un perno de bebedero, el moldeador aumenta la permeabilidad de la arena haciendo pequeños agujeros de ventilación en la arena con una aguja de ventilación larga. Si la arena esta adecuadamente apisonada y el arenado se controla bien como con máquina no son necesarios los agujeros.
El modelo se extrae por medio de una barra de baloteo o una escarpia. Los modelos de metal y algunos de madera tienen un agujero roscado en el cual atornillar la barra de baloteo. Se afloja el modelo golpeando la barra de baloteo horizontalmente en varias direcciones.
Los modelos que no tiene el roscado se balotean y extraen colocando la punta de la escarpia dentro del modelo.
El canal y la boca se hacen por medio de una pala acanaladora que es una pequeña hoja de bronce en forma de U. El tamaño de la boca es muy importante, ya que determina el flujo de velocidad del metal.
Luego la arena suelta se sopla con un fuelle. Para conformar, fijar o reparar, se usan llanas o espátulas, alisadores y cucharas.
El moldeado de piso es esencialmente igual al de banco, solo que se trabajan con coladas, modelos y cajas mas grandes.
El apisonado de la arena se hace con pisones neumáticos o con una lanzadora de arena.
Para moldes muy grandes se hacen pozones, y se llaman moldes de foso. Como estas grandes coladas son generalmente muy complejas la mayor parte del molde se hace fuera del pozo, en cajas de núcleos, y luego se las colocan en el mismo. Los fosos son permanentes y están forrados de concreto.
Para prensar la arena, la mas simple es el de golpe o recalcado. Se pone la arena en la caja y luego se la eleva unas pulgadas con aire comprimido para luego dejarla caer unas veces y así tornándose compacta. El recalcado prensa la arena pero cerca del extremo de la caja queda poco comprimida.
Las máquinas compresoras prensan neumáticamente o por un diafragma flexible, logrando mucha firmeza poro poca permeabilidad.
La máquina combinada auna los dos métodos, obteniendo una uniformidad de compactaron y permeabilidad.
Para la extracción del modelo, una máquina vibradora neumática facilita esto.
Las máquinas mas modernas son una combinación de estas tres ultimas (recalcadora, compresora y extractora). También están las moldeadoras semiautomáticas que son muy productivas.
Para algunas aplicaciones los moldes se secan completamente. Esto es para aumentar la resistencia del molde o producir la cantidad de gases. Los moldes para colar aceros se secan antes de verterlo, y se lavan con sílice antes de secarlo (mayor refracción).
El secado se logra mediante una llama de soplete de gas.
Núcleos (noyos)
muchas piezas tienen secciones huecas o secciones re entrantes, para producir estas coladas es necesario usar núcleos.
Según su forma, estos núcleos podrán estar constituidos por arena verde o por arena seca, esta ultima para formas complicadas.
El proceso de silicato de sosa CO2 es nuevo y reemplazo a los otros pro la rapidez y por no precisar horneado.
Moldeado en casquete
Llamado proceso Croning, posee mejor exactitud y control dimensional.
Consta de seis etapas :
Mezcla de arena y ligante plástico en modelo de metal calentado a 450ºF
Inversión del modelo y extracción de arena, excepto material parcialmente curado adherido al modelo
Colocar en horno el modelo y el casquete parcialmente curado
Extracción del casquete endurecido
Se aseguran o pegan entre si dos casquetes para formar un molde completo
Los casquetes unido se colocan en un tubo de vertido y se refuerzan con arena común
El molde esta así listo, resultando las fundiciones mucha mas tersas.
Combinando diversos casquetes y núcleos relativamente simples se pueden producir fundiciones complejas. Debe incluirse en el modelo el sistema de bocas y canales.
Dada la alta productividad y el ahorro en costo de máquinado es un proceso económico.
Este proceso es adecuado para producir núcleos. Tales núcleos que tienen paredes delgadas y son huecos, cuentan con una excelente permeabilidad y aplastamiento con mucha exactitud dimensional.
Fundición en molde permanente
Fundición sin presión en molde permanente
La mayoría de la piezas por este proceso se hacen con aleaciones a base de aluminio magnesio o cobre ; así como también de fundición de hierro o acero.
Es necesario mantener a estos moldes a una temperatura alta y uniforme para evitar un enfriamiento rápido del metal.
En general es necesario recubrir las superficies de la cavidad con una fina lechada de refractario para evitar la adherencia y así prolongar la vida útil del molde. Cuando se cuela fundiciones de hierro, se agrega una película adicional de negro de humo por llama de acetileno.
Un molde de metal ofrece gran resistencia a la contracción de la fundición y solo se pueden colar formas simples. Los núcleos para fundición de hierro en molde permanente se hacen de arena seca.
Debe preverse la ventilación de los moldes ya que estos no son permeables.
Hay diversas variantes del colado en molde permanente. Una es la de baño de metal que consiste en dejar el metal en el molde solidificando un casquete del espesor deseado, adyacente a la cavidad del molde. Luego se voltea el molde y se vuelca el metal sobrante obteniendo una pieza hueca.
Otra variedad utiliza un embolo que se empuja dentro de la cavidad del molde, cerrando el bebedero y desplazando el metal fundido hacia los extremos de esta.
Con este se obtiene una fina terminación y secciones delgadas.
Fundición en Matriz
La fundición en matriz difiere de la de molde permanente común en dos aspectos :
solo materiales no ferrosos
el metal es forzado dentro del molde a presión
Se obtienen secciones delgadas, buen acabado y larga vida útil de los moldes.
Se utilizan aleaciones a base de zinc, cobre y aluminio.
Las matrices son de aleación de acero y costosas (entre los U$s 3000 a 10000),
pero la velocidad de producción, las excelente propiedades superficiales y la casi eliminación de máquinados y acabados la hacen muy económica para grandes cantidades.
Las máquinas de cuello de cisne son para bajos puntos de fusión como aleaciones de zinc, plomo y estaño, y se caracterizan por un tubo en forma de cuello de cisne que se sumerge en parte en el metal fundido, entrando este por una lumbrera abierta cuando el pistón se levanta para llenar el cuello de cisne.
El metal es expulsado del cuello de cisne por un embolo neumático.
Estas máquinas operan velozmente, pero solo pueden utilizarse para fundiciones de materiales de bajo punto de fusión (aleaciones a base de zinc y estaño)
Las máquinas de fundición en matriz de cámara fría, el metal para cada cola se vierte en la cámara fría poniéndose en movimiento el embolo que fuerza al metal a pasar de la cámara a la matriz, produciendo esto estructuras mas densas.
Cada carga de metal se hace manualmente, siendo considerablemente baja su productividad.
En las fundiciones en matriz las superficies tienden a ser mas duras por el enfriamiento provocado por la matriz metálico tendiendo el interior del metal a ser poroso.
Una de las características sobresalientes es la exactitud dimensional.
Fundición por centrifugado
Utiliza la fuerza centrifuga para forzar el material fundido dentro de la matriz, el cual gira axialmente a entre 300 y 3000 RPM, mientras se introduce el metal fundido.
Generalmente la forma exterior es redonda pero pueden ser hexagonales o de formas simétricas. En este tipo de fundición no se necesita molde ni núcleo para generar el interior de la colada. Cuando se usa un eje horizontal la superficie interior es siempre cilíndrica, en tanto si es vertical la superficie interior es una sección de parábola.
Cuando el metal es forzado contra las paredes solidificando primero el exterior las impurezas se agrupan en el interior por ser mas livianas eliminándoselas con un máquinado posterior. Es un proceso de producción masiva, fabricándose tubería, cañones de armas, camisas de cilindros, etc.
La fundición semicentrifugada usa esta fuerza para que el metal fundido fluya desde un deposito alimentador hacia uno o mas moldes de arena que giran alrededor del eje central, obteniéndose formas simples.
Procesos que utilizan molde de yeso y escayola
Fundición por revestimiento
Los pasos básicos son :
Modelo patrón en metal madera o plástico
Producción de una matriz patrón a partir del modelo (aleación o acero)
Producir modelos de cera por inyección o presión de cera en la matriz
Unir los modelos de cera a un bebedero común de cera obteniendo un racimo
Recubrir el racimo con una fina capa de material de revestimiento esto se logra sumergiendo este en una lechada de refractario finamente molido.
Verter el revestimiento final alrededor del conjunto recubierto
Agitar la caja para eliminar el aire aprisionado y hacer depositar el material de revestimiento alrededor del conjunto.
Dejar endurecer el revestimiento
Fundir la cera y permitir que salga del molde (cera perdida)
Precalentar el molde para preparar el vertido
Verter el metal fundido
Quitar la pieza del molde rompiéndolo
Acabado y tolerancias dimensionales excelentes.
Una de las variante propone tallar el modelo directamente en un bloque de espuma de poliuretano.
Por el proceso de fundición por revestimiento puede producirse cualquier configuración y espesor de sección.
Fundición en molde de escayola
El molde es de yeso con el agregado de talco para evitar que se quiebre, mas un agregado de un 25% de fibra para aumentar la resistencia.
Solo se utiliza este proceso para materiales de bajo punto de fusión como magnesio aluminio latón y bronce.
Bocas y canales de coladas
Rebosaderos
Son orificios verticales que emergen a la superficie superior del molde, por los cuales asciende el metal fundido ; tienen el tamaño adecuado para que el metal contenido en ellos pueda permanecer fundido, hasta que haya solidificado y superado el periodo de máxima contracción el metal contenido en la fundición.
Se utilizan a menudo rebosaderos ciegos, que no se comunican con el exterior.
Aparte de los rebosaderos se pueden usar otros medios para realizar una solidificación adecuada aumentando el tamaño de cierta secciones que de otra manera se enfriarían rápidamente. Otro método para acelerar el enfriamiento de secciones gruesas es el uso de coquillas metálicas, siendo de dos tipos externo o interno. Estas absorben rápidamente el calor.
Las internas están suspendidas por un alambre en la cavidad produciendo el enfriamiento pero luego quedan dentro de la fundición.
Canalización de la colada
Afecta directamente a la calidad de la fundición. Se usa mas de una boca conectándose estas con el bebedero por medio de canales pudiendo introducir el metal por varias a la vez, facilitando una solidificación direccional adecuada.
Fundido y Vertido
Requisitos
Temperatura adecuada
Economía
Prevención de contaminación
Mantenimiento de la temperatura
La mayoría de los metales se funden en un cuibilote, horno de aire, eléctrico de arco, o de inducción.
Técnica de vertido
Para la transferencia del material del horno de fusión a los moldes se usan dispositivo vertedor o caldero. Teniéndose del tipo de mango (manual)
,de caldera o tetera (mecánico), y el otro de caldero vierte directamente desde el fondo (para coladas grandes)
Vertido por presión : se fuerza el metal hacia arriba dentro del molde por medio de aire a presión.
Fusión y vertido en vacío : para obtener alta calidad las coladas son vertidas en una cámara de vacío. Otra variante usa un horno de arco que incluye un electrodo del mismo metal que se consume al fundir. Este método se utiliza para fabricar lingotes de titanio.
Fundición continua : es para producir un gran numero de piezas con un solo molde.
Limpieza acabado y tratamiento térmico de piezas de fundición
La limpieza y el acabado de la pieza de fundición involucran todos o varios de estos procesos :
Quitar los núcleos
Eliminación de agujeros y alimentadores
Eliminar las escamas y rugosidades de la superficie
Limpiar la superficie
Reparar los defectos
En las fundiciones de no ferrosos y fundición de hierro, se sacan por medio de una piedra de abrasivos o por sierras de arco o continuas. En piezas de acero, especialmente las grandes se eliminan los agujeros y rebosaderos por medio de una llama de oxiacetileno.
En la limpieza de la s piezas se usan cinceles neumáticos, amoladoras de mano o de pedestal. La limpieza superficial se logra por algún tipo de proceso de chorro
con una sustancia abrasiva como la arena transportada con aire o con algún fluido.
Para corrección de pequeños defectos en las de acero se usa soldadura de arco.
Las piezas de fundición de acero se la somete casi siempre a un tratamiento de recocido.
Diseño de Fundiciones
Deben evitarse interiores agudos ya que concentran tensiones.
Deben proveerse filetes generosos en todo los cambios de dirección y de sección, ya que estos reducen la concentración de esfuerzos y logran un enfriamiento y contracción uniformes.
Cambios bruscos de sección generan fallas durante el enfriamiento.
En la fundición en matriz es recomendable que la unión de estas sean en los bordes. Los espesores mínimos de sección de gran importancia en el diseño de cualquier tipo de fundición.
PULVIMETALURGIA
Se llama metalurgia de polvos a un proceso mediante le cual se obtiene los productos en su aspecto final presionando polvos finos de metal para darle la forma deseada, usualmente en un molde de metal, bajo presiones considerables y calentando luego el polvo comprimiendo durante un tiempo a una temperatura debajo del punto de fusión del constituyente mas abundante.
El proceso consta de cuatro pasos
Producción de polvo metálico fino
Mezcla y preparación del polvo
Compresión del polvo en la forma deseada
Calentamiento (sinterizado) de la forma a temperatura elevada
En los polvos metálicos las propiedades mas importantes son
tamaño dela partícula
distribución de tamaño
Forma de la partícula
Pureza
Los métodos mas comunes para producción de polvos son por reducción de oxido o minerales o por deposición electrolítica a partir de solucione so sales fundidas
La atomización molienda y descomposición térmica de carbonilos son también utilizados para producir polvos metálicos
Otros procesos menos utilizados son la condensación de vapores metálicos la granulación el bombardeo y la precipitación.
La resistencia final obtenida en un producto de polvo metálico es función de la densidad
Mezcla y combinación
Antes de que los polvos sean comprimido son mezclado o combinados, esto se realiza con diverso propósitos :
Distribución uniforme del tamaño
mezcla de distintos materiales
revestido con lubricantes
La mezcla puede realizarse tanto en seco como húmeda, utilizándose agua o solvente, para obtener un mejor mezclado reducir el desgaste y reducir los riesgo de explosión.
La compresión es una de la s mas importantes en el proceso, dado que comprime el polvo en la forma deseada y se determina la densidad particularmente la uniformidad del a densidad, del producto final.
Se requiere presiones desde 5 a 50 tn por pulgada cuadrada pero usualmente van desde 10 a 30 tn.
Esta operación se hace en prensas mecánicas de palanca o prensa hidráulica.
El limite dimensional habitual es de 3 pulgadas en la sección transversal siendo lo ideal que esta sección sea uniforme en toda la longitud.
Matrices, estas sufren un considerable desgaste de sus paredes , a pesar de que son habitualmente hechas en acero templado para herramientas, por lo tanto también costosas ; aparte deben ser muy pesadas para soportar las altas presiones. Para polvos particularmente abrasivos se usan matrices de paredes de carburo cementado.
Todas las superficie de las matrices deben estar altamente pulidas.
El sinterizado se realiza debajo de la temperatura de fusión del componente principal siendo la sinterización al 70 a 80% de la temperatura de fusión llegando algunos al 90%. En polvos combinado la temperatura puede estar arriba del punto de fusión de alguno delos componentes.
El tiempo necesario de sinterizado varia de 30 minutos a algunas horas.
Durante le proceso algunos materiales volátiles se evaporan dejando al producto final poroso. La atmósfera debe controlarse para prevenir oxidación o combustión.
Cuando se requiere algún máquinado previo en las piezas se recurre a un presinterizado, adquiriendo suficiente resistencias para ser manipuladas y trabajadas para luego ser sinterizadas completamente.
Muchos productos cuando salen del horno de sinterizado están listos para usar. Sin embargo algunos requieren procesos de corte y acabado. Uno de los mas comunes es el de acuñado o corte. Con este ultimo la pieza adquiere uniformidad y fineza de detalles, con un aumento de un 20 a 50% en la resistencia.
Otro proceso es la introducción de aceite a presión en los poros de la pieza, obteniéndose una pieza autolubricada con considerable cantidad de lubricante que será liberado durante su vida útil.
Fundición
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación, búsquedaPara otros usos de este término véase Fundición (desambiguación).
Colado del metal fundido.
Se denomina fundición al proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero también de plástico, consistente en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica.
El proceso tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido.
Diseño del modelo [editar]
El modelo es la pieza que se pretende reproducir, pero con algunas modificaciones derivadas de la naturaleza del proceso de fundición:
Será ligeramente más grande que la pieza, ya que se debe tener en cuenta la contracción de la misma una vez se haya extraído del molde.
Las superficies del modelo deberán respetar unos ángulos mínimos con la dirección de desmoldeo (la dirección en la que se extraerá el modelo), con objeto de no dañar el molde de arena durante su extracción. Este ángulo se denomina ángulo de salida.
Incluir todos los canales de alimentación y mazarotas necesarios para el llenado del molde con el metal fundido.
Si es necesario incluirá portadas, que son prolongaciones que sirven para la colocación del macho.
Fabricación del modelo [editar]
En lo que atañe a los materiales empleados para la construcción del modelo, se puede emplear desde madera o plásticos como el uretano hasta metales como el aluminio o el hierro fundido.
Usualmente se fabrican dos semimodelos correspondientes a sendas partes del molde que es necesario fabricar.
Compactación de la arena alrededor del modelo. Para ello primeramente se coloca cada semimodelo en una tabla, dando lugar a las llamadas tablas modelo, que garantizan que posteriormente ambas partes del molde encajarán perfectamente.
Actualmente se realiza el llamado moldeo mecánico, consistente en la compactación de la arena por medios automáticos, generalmente mediante pistones (uno o varios) hidráulicos o neumáticos.
Colocación del macho. Si la pieza que se quiere fabricar es hueca, será necesario disponer machos que eviten que el metal fundido rellene dichas oquedades. Los machos se elaboran con arenas especiales debido a que deben ser más resistentes que el molde, ya que es necesario manipularlos para su colocación en el molde. Una vez colocado, se juntan ambas caras del molde y se sujetan.
Colada. Vertido del material fundido.
Enfriamiento y solidificación. Esta etapa es crítica de todo el proceso, ya que un enfriamiento excesivamente rápido puede provocar tensiones mecánicas en la pieza, e incluso la aparición de grietas, mientras que si es demasiado lento disminuye la productividad.
Desmoldeo. Rotura del molde y extracción de la pieza. En el desmoldeo también debe retirarse la arena del macho. Toda esta arena se recicla para la construcción de nuevos moldes.
Desbarbado. Consiste en la eliminación de los conductos de alimentación, mazarota y rebarbas procedentes de la junta de ambas caras del molde.
Acabado y limpieza de los restos de arena adheridos. Posteriormente la pieza puede requerir mecanizado, tratamiento térmico, etc.
Variantes [editar]
Moldeo en arena verde. Consiste en la elaboración del molde con arena húmeda y colada directa del metal fundido. Es el método más empleado en la actualidad, con todo tipo de metales, y para piezas de tamaño pequeño y medio.
No es adecuado para piezas grandes o de geometrías complejas, ni para obtener buenos acabados superficiales o tolerancias reducidas.
Moldeo en arena seca. Antes de la colada, el molde se seca a elevada temperatura (entre 200 y 300ºC). De este modo se incrementa la rigidez del molde, lo que permite fundir piezas de mayor tamaño, geometrías más complejas y con mayor precisión dimensional y mejor acabado superficial.
Moldeo mecánico. Consiste en la automatización del moldeo en arena verde. La generación del molde mediante prensas mecánicas o hidráulicas, permite obtener moldes densos y resistentes que subsanan las deficiencias del moldeo tradicional en arena verde.
Moldeo a la cera perdida o microfusión. En este caso, el modelo se fabrica en cera o plástico. Una vez obtenido, se recubre de una serie de dos capas, la primera de un material que garantice un buen acabado superficial, y la segunda de un material refractario que proporciones rigidez al conjunto.
Una vez que se ha completado el molde, se calienta para endurecer el recubrimiento y derretir la cera o el plástico para extraerla del molde en el que se verterá posteriormente el metal fundido. Este método tiene dos ventajas principales, la ausencia de machos y de superficies de junta, con lo que se logran fieles reproducciones del modelo original sin defectos superficiales (líneas de junta y rebabas) que luego haya
Fundición en coquilla. En este caso, el molde es metálico.
Fundición por Inyección
Fundición prensada
Fundición a baja presión
Fundición centrifugada
FUNDICIONProceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de metal fundido sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena. El principio de fundición es simple: se funde el metal, se vacía en un molde y se deja enfriar, existen todavía muchos factores y variables que se deben considerar para lograr una operación exitosa de fundición. La fundición es un antiguo arte que todavía se emplea en la actualidad, aunque ha sido sustituido en cierta medida por otros métodos como el fundido a presión (método para producir piezas fundidas de metal no ferroso, en el que el metal fundido se inyecta a presión en un molde o troquel de acero), la forja (proceso de deformación en el cual se comprime el material de trabajo entre dos dados usando impacto o presión para formar la parte), la extrusión (es un proceso de formado por compresión en el cual el metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado para darle forma a su sección transversal), el mecanizado y el laminado (es un proceso de deformación en el cual el espesor del material de trabajo se reduce mediante fuerzas de compresión ejercidas por dos rodillos opuestos).
Procesos de Fundición
La realización de este proceso empieza lógicamente con el molde. La cavidad de este debe diseñarse de forma y tamaño ligeramente sobredimensionado, esto permitirá la contracción del metal durante la solidificación y enfriamiento. Cada metal sufre diferente porcentaje de contracción, por lo tanto si la presión dimensional es crítica la cavidad debe diseñarse para el metal particular que se va a fundir. Los moldes se hacen de varios materiales que incluyen arena, yeso, cerámica y metal. Los procesos de fundición se clasifican de acuerdo a los diferentes tipos de moldes.
Proceso:
Se calienta primero el metal a una temperatura lo suficientemente alta para transformarlo completamente al estado líquido, después se vierte directamente en la cavidad del molde. En un molde abierto el metal liquido se vacía simplemente hasta llenar la cavidad abierta. En un molde cerrado existe una vía de paso llamada sistema de vaciado que permite el flujo del metal fundido desde afuera del molde hasta la cavidad, este es el más importante en operaciones de fundición.
Cuando el material fundido en el molde empieza a enfriarse hasta la temperatura suficiente para el punto de congelación de un metal puro, empieza la solidificación que involucra un cambio de fase del metal. Se requiere tiempo para completar este cambio de fase porque es necesario disipar una considerable cantidad de calor. El metal adopta la forma de cavidad del molde y se establecen muchas de las propiedades y características de la fundición. Al enfriarse la fundición se remueve del molde; para ello pueden necesitarse procesamientos posteriores dependiendo del método de fundición y del metal que se usa. Entre ellos tenemos:
El desbaste del metal excedente de la fundición.
La limpieza de la superficie.
Tratamiento térmico para mejorar sus propiedades.
Pueden requerir maquinado para lograr tolerancias estrechas en ciertas partes de la pieza y para remover la superficie fundida y la microestructura metalúrgica asociada.
CLASIFICACIÓN DEL PROCESO DE FUNDICIÓN:
Según el tipo de modelo:
Modelos removibles
En la figura anterior se ilustra un procedimiento simple para moldear un disco de un metal fundido para hacer un engrane. El molde para este disco se hace una caja de moldeo que consta de dos partes. A la parte superior se le llama tapa, y a la parte inferior base. Las partes de la caja se mantiene en una posición definida, una con respecto a la otra por medio de unos pernos colocados en dos lados opuestos de la base que encajan en agujeros de unos ángulos sujetos a los lados de las tapas.
El primer paso en la hechura de un molde es el de colocar el modelo en el tablero de moldear, que coincide con la caja de moldeo. Enseguida se coloca la tapa sobre el tablero con los pernos dirigidos hacia abajo. Luego se criba sobre el modelo para que lo vaya cubriendo; la arena deberá compactarse con los dedos en torno al modelo, terminando de llenar completamente la tapa. Para moldes pequeños, la arena se compacta firmemente con apisonadores manuales. El apisonado mecánico se usa para moldes muy grandes y para moldeo de gran producción. El grado de apisonado necesario solo se determina por la experiencia. Si el molde no ha sido lo suficientemente apisonado, no se mantendrá en su
posición al moverlo o cuando el metal fundido choque con él. Por otra parte, si el apisonado es muy duro no permitirá que escape el vapor y el gas cuando penetre el metal fundido al molde.
Después que se ha terminado de apisonar, se quita el exceso de arena arrasándola con una barra recta llamada rasera. Para asegurar el escape de gases cuando se vierta el metal, se hacen pequeños agujeros a través de la arena, que llegan hasta unos cuantos milímetros antes del modelo.
Se voltea la mitad inferior del molde, de tal manera que la tapa se puede colocar en su posición y se termina el moldeo. Antes de voltearlo se esparce un poco de arena sobre el molde y se coloca en la parte superior un tablero inferior de moldeo. Este tablero deberá moverse hacia atrás y hacia delante varias veces para asegurar un apoyo uniforme sobre el molde. Entonces la caja inferior se voltea y se retira la tabla de moldeo quedando expuesto el moldeo. La superficie de la arena es alisada con una cuchara de moldeador y se cubre con una capa fina seca de arena de separación. La arena de separación es una arena de sílice de granos finos y sin consistencia. Con ella se evita que se pegue la arena de la tapa sobre la arena de la base.
Enseguida se coloca la tapa sobre la base, los pernos mantienen la posición correcta en ambos lados. Para proporcionar un conducto por donde entra el metal al molde, se coloca un mango aguzado conocido como clavija de colada y es colocada aproximadamente a 25 mm de un lado del modelo, las operaciones de llenado, apisonado y agujerado para escape de gases, se llevan a cabo en la misma forma que la base.
Con esto, el molde ha quedado completo excepto que falta quitar el modelo y la clavija de colada. Primero se extrae esta, abocardándose el conducto por la parte superior, de manera que se tenga una gran apertura por donde verter el metal. La mitad de la caja correspondiente a la mitad superior es levantada a continuación y se coloca a un lado. Antes de que sea extraído el modelo, se humedece con un pincel la arena alrededor de los bordes del modelo, de modo que la orilla del molde se mantenga firme al extraerlo. Para aflojar el modelo, se encaja en el una alcayata y se golpea ligeramente en todas direcciones. Enseguida se puede extraer el modelo levantándolo de la alcayata.
Antes de cerrar el molde, debe cortarse un pequeño conducto conocido como alimentador, entre la caída del molde hecho por el modelo y la abertura de la colada. Este conducto se estrecha en el molde de tal forma que después que el metal ha sido vertido el mismo en el alimentador se puede romper muy cerca de la pieza.
Para prever la contracción del metal, algunas veces se hace un agujero en la tapa, el cual provee un suministro de metal caliente a medida que la pieza fundida se va enfriando, esta aventura es llamada rebosadero. La superficie del molde se debe rociar, juntar o espolvorear con un material preparado para recubrimiento, dichos recubrimientos contienen por lo general polvo de sílice y grafito. La capa de recubrimiento del molde mejora el acabado de la superficie de colado y reduce los posibles defectos en las superficies. Antes que el metal sea vaciado en el molde, deberá colocarse un peso sobre la tapa para evitar que el metal liquido salga fuera del molde en la línea de partición.
Modelos desechables
En la fabricación de moldes con modelos desechables, el modelo, que es usualmente de una pieza, es colocado en el tablero y la base de la caja se moldea en la forma convencional. Se agregan unos agujeros para ventilación y la base se voltea completamente para el moldeo de la tapa. Casi siempre la arena en verde es el material común más usado, aunque pueden usarse arenas especiales para otros propósitos, como arena de cara que se utiliza de inmediato alrededor del modelo. La arena en la línea de partición no se aplica en la tapa de la caja y la base no puede ser separada hasta que la fundición es removida. En cambio, la tapa es llenada con arena y se apisona. En cualquiera de los casos la colada es cortada en el sistema de alimentación o ambas, como usualmente sucede, esta es una parte del modelo desechable. Se hacen los agujeros para ventilación y se coloca algo de peso para oprimir la tapa. Los modelos de poliestireno, incluyen la alimentación y el sistema de colado como se muestra en la figura.
La colada es vaciada rápidamente en la pieza moldeada; el poliestireno se vaporiza; y el metal llena el resto de la cabida. Después de enfriado la fundición es eliminada del molde y limpiada.
El metal es vaciado lo suficientemente rápido para prevenir la combustión del poliestireno, con el resultado de residuos carbonosos. En cambio, los gases, debido a la vaporización del material, son manejados hacia fuera a través de la arena permeable y los agujeros de ventilación. Un recubrimiento refractario se aplica comúnmente al modelo para asegurar un mejor acabado superficial para la fundición y le agrega resistencia al modelo. Es obligatorio a veces que los pesos para oprimir los moldes sean parejos en todos los lados para combatir la alta presión relativa en el interior del molde.
Las ventajas de este proceso incluyen los siguientes aspectos::
Para una pieza no moldeada en maquina, el proceso requiere menos tiempo.
No requieren que hagan tolerancias especiales para ayudar a extraer el modelo de la arena y se requiere menor cantidad de metal.
El acabado es uniforme y razonablemente liso.
No se requiere de modelos complejos de madera con partes sueltas.
No se requiere caja de corazón y corazones.
El modelo se simplifica grandemente.
Las desventajas de este proceso incluyen los siguientes aspectos:
El modelo es destruido en el proceso.
Los modelos son más delicados de manejar.
El proceso no puede ser usado con equipos de moldeo mecánico.
No puede ser revisado oportunamente el modelo de la cavidad.
TIPOS DE FUNDICIONES
Fundición a la arena:
Existen dos métodos diferentes por los cuales la fundición a la arena se puede producir. Se clasifica en función de tipo de modelo usado, ellos son: modelo removible y modelo desechables.
En el método empleando modelo removible, la arena comprimida alrededor del modelo el cual se extrae más tarde de la arena. La cavidad producida se alimenta con metal fundido para crear la fundición. Los modelos desechables son hechos de poliestireno y en vez de extraer el modelo de la arena, se vaporiza cuando el metal fundido es vaciado en el molde.
Para entender el proceso de fundición, es necesario conocer como se hace un molde y que factores son importantes para producir una buena fundición.
Los principales factores son:
Procedimiento de moldeo
Modelo
Arena
Corazones
Equipo metálico
Metal
Vaciado y limpieza
Procedimiento de moldeo:
Los moldes se clasifican según los materiales usados.
Moldes de arena en verde. Es el método más común que consiste en la formación del molde con arena húmeda, usada en ambos procedimientos. La llamada arena verde es simplemente arena que no se ha curado, es decir, que no se ha endurecido por horneado. El color natural de la arena va desde el blanco hasta el canela claro, pero con el uso se va ennegreciendo. La arena no tiene suficiente resistencia para conservar su forma, por ello se mezcla con un aglutinante para darle resistencia; luego se agrega un poco de agua para que se adhiera. Esta arena se puede volver a emplear solo añadiendo una cantidad determinada de aglutinante cuando se considere necesario. La siguiente figura muestra el procedimiento para la fabricación de este tipo de moldes
Moldes con capa seca. Dos métodos son generalmente usados en la preparación de moldes con capa seca. En uno la arena alrededor del modelo a una profundidad aproximada de 10 mm se mezcla con un compuesto de tal manera que se seca y se obtiene una superficie dura en el molde. El otro método es hacer el molde entero de arena verde y luego cubrir su superficie con un rociador de tal manera que se endurezca la arena cuando el calor es aplicado. Los rociadores usados para este propósito contienen aceite de linaza, agua de melaza, almidón gelatinizado y soluciones liquidas similares. En ambos métodos el molde debe secarse de dos maneras: por aire o por una antorcha para endurecer la superficie y eliminar el exceso de humedad.
Moldes con arena seca. Estos moldes son hechos enteramente de arena común de moldeo mezclada con un material aditivo similar al que se emplea en el método anterior. Los moldes deben ser cocados totalmente antes de usarse, siendo las cajas de metal. Los moldes de arena seca mantienen esta forma cuando son vaciados y están libres de turbulencias de gas debidas a la humedad.
Moldes de arcilla. Los moldes de arcilla se usan para trabajos grandes. Primero se construye el molde con ladrillo o grandes partes de hierro. Luego, todas estas partes se emplastecen con una capa de mortero de arcilla, la forma del molde se empieza a obtener con una terraja o esqueleto del modelo. Luego se permite que el molde se seque completamente de tal manera que pueda resistir la presión completa del metal vaciado. Estos moldes requieren de mucho tiempo para hacerse y su uso no es muy extenso.
Moldes furánico. el proceso es bueno para la fabricación de moldes usando modelos y corazones desechables. La arena seca de grano agudo se mezcla con ácido fosfórico el cual actúa como un acelerador. La resina furánica es agregada y se mezcla de forma continua el tiempo suficiente para distribuir la resina. El material de arena empieza a endurecerse casi de
inmediato al aire, pero el tiempo demora lo suficiente para permitir el moldeo. El material usualmente se endurece de una a dos horas, tiempo suficiente para permitir alojar los corazones y que puedan ser removidos en el molde. En uso con modelos desechables la arena de resina furánica puede ser empleada como una pared o cáscara alrededor del modelo que estará soportado con arena de grano agudo o en verde o puede ser usada como el material completo del molde.
Moldes de CO2. En este proceso la arena limpia se mezcla con silicato de sodio y es apisonada alrededor del modelo. Cuando el gas de CO2 es alimentado a presión en el molde, la arena mezclada se endurece. Piezas de fundición lisas y de forma intrincada se pueden obtener por este método, aunque el proceso fue desarrollado originalmente para la fabricación de corazones.
Moldes de metal. Los moldes de metal se usan principalmente en fundición en matriz de aleaciones de bajo punto de fusión. Las piezas de fundición se obtienen de formas exactas con una superficie fina, esto elimina mucho trabajo de maquinado.
Moldes especiales. Plástico, cemento, papel, yeso, madera y hule todos estos son materiales usados en moldes para aplicaciones particulares.
El molde debe poseer las siguientes características:
Debe ser lo suficientemente fuerte para sostener el peso del metal.
Debe resistir la acción de la erosión del metal que fluye con rapidez durante la colada.
Debe generar una cantidad mínima de gas cuando se llena con el metal fundido. Los gases contaminan el metal y pueden alterar el molde.
Debe construirse de modo que cualquier gas que se forme pueda pasar a través del cuerpo del molde mismo, más bien que penetrar el metal.
Debe ser suficientemente refractario para soportar la alta temperatura del metal y poderse desprender con limpieza del colado después del enfriamiento.
El corazón debe ceder lo suficiente para permitir la contracción del colado después de la solidificación.
Maquinas para moldeo:
Estas máquinas ofrecen velocidades mas altas de producción y mejor calidad de los colados además de mano de obra ligera y costos más bajos.
Máquinas de moldeo por sacudida y compresión: consta básicamente de una mesa accionada por dos pistones en cilindros de aire, uno dentro del otro. El molde en la mesa se sacude por la acción del pistón inferior que eleva la mesa en forma repetida y la deja caer bruscamente en un colchón de rebote. Las sacudidas empacan la arena en las partes inferiores de la caja de moldeo pero no en la parte superior. El cilindro más grande empuja hacia arriba la mesa para comprimir la arena en el molde contra el cabezal de compresión en la parte superior. La opresión comprime las capas superiores de la arena en el molde pero algunas veces no penetra en forma efectiva todas las áreas del modelo.
Maquinas de sacudida y vuelco con retiro del modelo: en esta máquina una caja de modelo se coloca sobre un modelo en una mesa, se llena con arena y se sacude. El exceso de arena se enrasa y se engrapa un tablero inferior a la caja de moldeo. La máquina eleva el molde y lo desliza en una mesa o transportador. La caja se libera de la máquina, el modelo se vibra, se
saca del molde y se regresa a la posición de carga. Máquinas similares comprimen y también sacuden.
Máquina lanzadora de arena: esta máquina logra un empaque consistente y un efecto de apisonado lanzando arena con alta velocidad al modelo. La arena de una tolva se alimenta mediante una banda a un impulsor de alta velocidad en el cabezal. Una disposición común es suspender la lanzadora con contrapesos y moverla para dirigir la corriente de arena con ventaja dentro de un molde. La dureza del molde se puede controlar mediante el operador cambiando la velocidad del impulsor y moviendo la cabeza impulsora. Su principal utilidad es para apisonar grandes moldes y su única función es empacar la arena en los moldes. Generalmente trabaja con el equipo de retiro del modelo.
Los procesos de moldes en fundición comercialmente ordinaria pueden ser clasificados como:
Moldeo en banco: Este tipo de moldeo es para trabajos pequeños, y se hace en un banco de una altura conveniente para el moldeador. En estos tipos de moldeo se producen grandes cantidades, también se utilizan placas correlativas que son modelos especiales metálicos de una sola pieza al igual que las cajas de tableros de soporte que permiten sacar con facilidad el modelo del molde de arena, el cual se puede volver a utilizar.
Moldeo en piso: Cuando las piezas de fundición aumentan de tamaño, resulta difícil su manejo, por consiguiente, el trabajo es hecho en el piso. Este tipo de moldeo se usa prácticamente todas las piezas medianas y de gran tamaño. Suelen ser muy costosos, tienen el mismo procedimiento que el moldeo en banco salvo las caracteríticas ya mencionadas.
Moldeo en fosa: Las piezas de fundición extremadamente grandes son moldeadas en una fosa en vez de moldear en cajas. La fosa actúa como la base de la caja, y se usa una capa separadora encima de él. Los lados de la fosa son una línea de ladrillos y en el fondo hay una capa gruesa de carbón con tubos de ventilación conectados a nivel del piso. Entonces los moldes de fosa pueden resistir las presiones que se desarrollan por el calor de los gases, esta practica ahorra mucho en moldes costosos.
Molde en maquina: Las maquinas han sido construidas para hacer un numero de operaciones que el moldeador hace ordinariamente a mano, tales como apisonar la arena, voltear el molde completo, formar la alimentación y sacar el modelo; todas estas operaciones pueden hacerse con la maquina mucho mejor y más eficiente que a mano.
Sistema de alimentación del molde.
Los conductos que llevan el metal vaciado a la cavidad de molde son llamados sistema de alimentación, generalmente están constituidos por una vasija de vaciado, comunicando a un canal de bajada o conducto vertical conocido como bebedero, y a un canal a través del cual el metal fluye desde la base del bebedero a la cavidad del molde. En piezas grandes, de fundición puede usarse un corredor el cual toma el metal desde la base del bebedero y lo distribuye en varios canales localizados alrededor de la cavidad. El propósito de este sistema es, primeramente colocar el metal dentro de la cavidad. Como quiere que sea el diseño del sistema de alimentación es importante e involucra un numero de factores.
El metal debe entrar a la cavidad con el mínimo de turbulencia, y cerca del fondo de la cavidad en los casos de fundiciones pequeñas.
La erosión de los conductos o superficie de la cavidad deben ser evitadas con una regulación apropiada del flujo del metal o por el uso de arena seca de corazones.
El metal debe entrar en la cavidad así como proporcionar una solidificación direccional. La solidificación debe progresar desde la superficie del molde a la parte del metal mas caliente compensando así la contracción.
Se debe prever que no entre la escoria u otras partículas extrañas a la cavidad del molde. La vasija de vaciado, debe estar próxima a la parte superior al agujero del bebedero, facilitando el vaciado y eliminado la escoria. El metal debe ser vaciado de tal manera que la vasija de vaciado y el agujero del bebedero estén llenos todo el tiempo.
Los rebosaderos que se obtienen proporcionan en los moldes la alimentación del metal liquido a la cavidad principal de la pieza para compensar las contracciones. Estas pueden ser tan grandes en sección, así como el resto del metal liquido, tan grande como sea posible, y puede localizarse cerca de las secciones grandes que pueden estar sujetas a una gran contracción. Si estas se colocan en la parte superior de la sección, la gravedad puede ayudar a la alimentación del metal en la propia pieza fundida.
Los rebosaderos ciegos son como rebosaderos con cúpula, se localizan en la mitad de la tapa de la caja, los cuales no tienen la altura completa de la tapa. Estos están por lo normal colocados directamente sobre el canal, donde el metal alimenta dentro de la cavidad del molde y entonces complementa el metal caliente cuando el vaciado esta completándose.
Tipos de Arena:
Arena Sílica (SiO2) se encuentra en muchos depósitos naturales, y es adecuada para propósitos de moldeo por que puede resistir altas temperaturas sin descomponerse. Esta arena es de bajo costo, tiene gran duración y se consigue en una gran variedad de tamaño y formas de grano. Por otra parte, tiene una alta relación de expansión cuando esta sometida al calor y tiene cierta tendencia a fusionarse con el metal.
La arena sílica pura no es conveniente por si misma para el trabajo de moldeo puesto que adolece de propiedades aglomerantes. Las propiedades aglomerantes se pueden obtener por adición de 8 a 16% de arcilla. Los tres tipos de arcilla comúnmente usados son, la Caolinita, Ilita y Bentonita. Esta ultima, usadas con mas frecuencia, proviene de cenizas volcánicas.
Arenas naturales (semisintéticas): estas se han formado por la erosión de las rocas ígneas; se mezclan adecuadamente con arcillas al extraerlos en las canteras y solo se requiere agregarles agua para obtener una arena conveniente para moldeos de piezas fundidas de hierro y metales no ferrosos. La gran cantidad de materia orgánica encontrada en las arenas naturales impiden que sean lo suficientemente refractarias para usos en temperaturas elevadas, tal y como en el modelo de metales y aleaciones con alto punto de fusión.
Las arenas de moldeo sintéticas se componen de Sílice lava de granos agudos, a lo que se
añade 3 a 5% de arcilla. Con las arenas sintéticas se generan menos gas ya que se requiere menos del 5% de humedad para que desarrolle su resistencia adecuada.
A medida que aumente el tamaño de las piezas a fundir conviene elegir también arena con granos más gruesa, de mayor resistencia y refracción. La arena ideal, seria aquella que se adaptara perfectamente bien para moldes destinados a distintos trabajos.
Para la fundición de piezas cuya superficie deben presentar buen aspecto sin trabajos posteriores a la fundición, se hace necesario el empleo de moldes de arena fija.
Este tipo de arena es recomendable ya que gracias a su contenido es posible obtener mayor permeabilidad, lo que conlleva a una disminución de los defectos de la pieza.
A continuación se indican los distintos tipos de arena y la forma de empleo para construir moldes de fundición, según la naturaleza de cada metal.
Los moldes para el cobre se hace de arena verde mojada, muy poroso, para permitir el libre escape de los gases.
Los latones requieren arenas especiales, no muy grasosas pero de buena cohesión. Para que la superficie de las piezas fundidas resulte lisa y de buen aspecto, se aplicará arena de granos mas bien finos y con una cierta cantidad de arcilla, sin olvidar, por otro lado que esta ultima ha de estar limitada, para que no impida la salida de los gases.
Para los bronces se pueden aplicar moldes de arena verde o los llamados desecados. Los primeros se adaptan mejor para la fundición de piezas pequeñas, mientras que los segundos se usan para piezas de mayor tamaño.
Para el aluminio y sus aleaciones, se usa arena que no ha de ser ni muy grasosa ni demasiado fina, con un contenido de arcilla de 10 a 15% y de 7 a 8% de agua; a esta arena se le agrega un poco aceite de lino, melaza, polvo de carbono o resina para aumentar la cohesión.
Para las aleaciones de magnesio se aplica, por lo general, los mismos moldes que para la fundición del aluminio, pero con una diferencia solamente, que consiste en agregar a la arena de 3 a 10% de azufre y de 0.25 a 1% de ácido bórico. Esta 2 sustancia tienen por objeto, formar gases durante la fundición para impedir quemaduras en la superficie del metal o agujeros.
Calidad de las arenas:
Para determinar la calidad esencial de la arena de fundición se hace necesaria algunas pruebas periódicas. Las propiedades cambian por contaminación con materiales estaños, por la acción del lavado en el recocido, por el cambio gradual y la distribución de los tamaños de grano y por la continua exposición de esta a altas temperaturas. Las pruebas pueden ser tanto químicas como mecánicas, pero a aparte de la determinación de los elementos indeseables en la arena, las pruebas químicas son de poco uso. Las mayorías de las pruebas mecánicas son simples y no requieren equipos elaborados. Varias de las pruebas están diseñadas para determinar las siguientes propiedades de la arena de moldeo:
Permeabilidad. La porosidad de la arena que permite el escape de los gases y vapores formados en el molde.
Resistencia. La arena debe ser cohesiva hasta el grado de que tenga suficiente ligazón, tanto el contenido de agua como el de arcilla, afecta la propiedad de la cohesión.
Resistencia en seco: es la resistencia necesaria en la arena para mantener la forma de la cavidad del molde cuando este seca.
Resistencia en verde: es la capacidad de la arena para formar grumos para retener la forma necesaria.
Refractariedad: La arena debe resistir las altas temperaturas sin fundirse.
Resistencia en caliente: Esta resistencia hace que la arena no se deteriore ni cambie sus dimensiones. Una vez que el metal se solidifica y seca las orillas del molde, la arena se calentará mucho; pero en ese momento se solidificó el metal y no es crítico el estado de la arena.
Desprendimiento: Es la facilidad de la arena para sacudirla o sacarla después que solidificó la pieza. Si la arena tiene mucho aglutinante se endurece mucho al secarlas y se hace difícil separarla de la pieza fundida.
Tamaño y forma del grano. La arena debe tener un tamaño de grano dependiente de la superficie que se trate de producir, y los granos deben ser irregulares hasta tal grado que mantenga suficiente cohesión.
Equipo para el acondicionamiento de la arena.
Propiamente la arena bien acondicionada es un factor importante en la obtención de una buena pieza fundida. Las arenas nuevas así como las usadas preparadas adecuadamente, contienen los siguientes resultados:
El aglutinante esta distribuido mas uniformemente en los granos de arena.
El contenido de humedad esta controlado y además la superficie particular esta humedecidas.
Las partículas extrañas están eliminadas de la arena.
La arena se ventila de tal manera que no se compacta y esté en condiciones propias para el moldeo.
Por razón de que acondicionar la arena a mano es difícil la mayoría de las fundiciones tienen equipos apropiados para esta operación.
Tiene dos rodillos en los cuales esta montado una combinación de rastras y muelas trituradoras. Las dos muelas trituradoras están dispuestas de tal manera que la arena pueda ser procesadas de forma continua. Las muelas trituradoras proporcionan una acción intensa de frotamiento y amasado. El resultado es una distribución a través de los granos de arena con el material aglutinado. La arena en verdad y la de corazones ambas pueden ser preparadas en esta manera.
Pruebas de la arena: son pruebas que se realizan continuamente para verificar que cumpla con los requisitos necesarios para poder soportar el proceso, ya que es normal que después del uso prolongado de estas se deterioren sus propiedades aglutinantes.
El contenido de humedad se mide con un medidor de humedad el cual envía aire caliente a través de una muestra de arena a un volumen constante. El volumen de humedad se determina por el tiempo necesario para secar la muestra.
Las resistencias se miden con una probadora universal: se toma una muestra de arena y se somete a pruebas de tracción, compresión, esfuerzo cortante y de carga. El número de veces que cae el peso muerto y apisona la arena, determina la resistencia del núcleo.
La permeabilidad se mide con un aparato especial que registra el tiempo necesario para hacer pasar una cantidad determinada de aire a través de una muestra de arena. La arena poco permeable dejará pasar menos aire que otra más porosa.
Corazones.
Cuando una pieza de fundición debe tener una cavidad o hueco, tal y como un agujero para un tornillo, debe introducirse al molde alguna forma de corazón. Un corazón se define algunas veces como cualquier proyección de arena dentro del molde. Esta proyección puede quedar formada por el molde mismo o puede ser hecha en otra parte e introducido en el molde después de extraer el modelo. Se pueden formar superficies tanto internas como externas en una pieza de fundición mediante los corazones.
Los corazones se clasifican como corazones de arena verde y corazones de arena seca. La figura muestra varios tipos de corazones.
Los de arena verde como se muestra en la figura son aquellos formados por el mismo modelo y se hacen en la misma arena del molde.
Los corazones de arena seca son los que se forman separadamente para insertarse después que se ha retirado el modelo y antes de cerrar el molde.
En general deben usarse los corazones de arena verde, siempre que sea posible para mantener el costo de los modelos y de las piezas de fundición en un mínimo. Naturalmente los corazones separados aumentan el costo de producción.
Un corazón debe ser:
Permeable: capacidad de la arena para permitir que escapen los vapores.
Refractario: capacidad de soportar altas temperaturas.
Facilidad de colapso: habilidad para disminuir el tamaño conforme se enfría el colado y se contrae.
Resistencia en seco: para que no se erosione y sea arrastrado o cambie de tamaño cuando esté rodeado del metal fundido.
Friabilidad: facilidad para desmoronarse y eliminarse con facilidad del colado.
Debe tener una tendencia mínima a generar gas.
Colada (vaciado)
En talleres y fundiciones de producción pequeña, los moldes se alinean en el piso conforme se van haciendo y el metal es tomado entonces en pequeñas cucharas de vaciado. Cuando se requiere mas metal o si un metal mas pesado es vaciado, se han diseñado cucharas para ser usadas, por dos hombres. En fundiciones grandes, están comprometidas en la producción en masa de piezas fundidas, el problema de manejo de moldes y vaciado de metal se resuelve colocando los moldes sobre transportadores y haciéndolos pasar lentamente por una estación de vaciado. La estación de vaciado puede ser localizada permanentemente cerca del horno o el metal puede ser traído a ciertos puntos por equipo de manejo aéreo. Los transportadores sirven
como un almacén de lugar para los moldes, los cuales son transportados a un cuarto de limpieza.
El rechupe, debido a la falta de alimentación de la pieza. Las superficies internas de esta cavidad están cubiertas con cristales dendríticos y no están oxidadas.
Fundición por Inyección:
La fundición en esta forma y tratándose de gran cantidad de piezas, exige naturalmente un numero considerable de moldes. Es evidente que el costo de cada pieza aumenta con el precio del molde.
En las técnicas modernas para la fundición de pequeñas piezas, se aplican maquinas con moldes de metal, que duran mucho tiempo, pudiendo fundirse en ellos millares de piezas, el metal se inyecta en el molde a presión, por cuya razón este sistema se denomina por inyección. El peso de las piezas que se pueden fundir por inyección en moldes mecánicos, varía entre 0.5 gramos hasta 8 kilos. Por lo general se funden por inyección piezas de Zinc, Estaño, Aluminio, y Plomo con sus respectivas aleaciones.
La parte más delicada de la maquina para fundir por inyección es el molde. Este molde tiene que ser hecho con mucho cuidado y exactitud, tomando en cuenta los coeficientes de contracción y las tolerancias para la construcción de las piezas, de acuerdo con el metal y la temperatura con la que se inyecta.
La cantidad de piezas que pueden fundir en un molde y con una sola maquina es muy grande, además, en una hora pueden fabricarse de 200 a 2000 piezas según su tamaño y forma, por lo tanto, repartiendo el costo del molde, de la maquina, así como también los gastos de mano de obra para la manutención del equipo y teniendo en cuenta la gran producción, a de verse que las piezas fundidas en serie por inyección resultan de bajo costos.
Fundición en Coquillas:
Si se hecha un metal fluido en un molde permanente, fabricado de hierro o acero, se efectúa la fundición en coquillas. Este método tiene una ventaja importante en comparación con la fundición en arena; se puede fundir con la pieza misma, roscas exteriores mayores, agujeros, etc.
Las piezas coladas en coquillas tienen una superficie pareja y limpia por lo que, generalmente, no es necesario un trabajo posterior de acabado. La exactitud de la medida es mucho más grande que la fundición de arena; pero mucho menor que cuando se funde por inyección.
Se puede observar que la estructura de la pieza fundida en coquillas es densa de grano muy fino, por lo que las propiedades mecánicas en estas son mejores que las de piezas iguales coladas en molde de arena. Por esta razón es posible disminuir el peso de piezas fundidas en coquillas, con el consiguiente ahorro de material.
Fundición Centrífuga:
La fundición centrifuga es el proceso de hacer girar el molde mientras se solidifica el metal, utilizando así la fuerza centrifuga para acomodar el metal en el molde. Se obtienen mayores detalles sobre la superficie de la pieza y la estructura densa del metal adquiere propiedades físicas superiores. Las piezas de forma simétricas se prestan particularmente para este método, aun cuando se pueden producir otros muchos tipos de piezas fundidas.
Por fundición centrifuga se obtienen piezas más económicas que por otros métodos. Los corazones en forma cilíndricas y rebosaderos se eliminan. Las piezas tienen una estructura de metal densa con todo y las impurezas que van de la parte posterior al centro de la pieza pero
que frecuentemente se maquinan. Por razón de la presión extrema del metal sobre el metal, se pueden lograr piezas de secciones delgadas también como en la fundición estática.
Los moldes permanentes se han hecho frecuentemente en la fundición centrifuga de magnesio. Desde entonces las piezas de fundición de magnesio son forzadas nuevamente al molde, las piezas se enfrían mas rápidamente y el aire o gas atrapados se eliminan entre el molde y el material.
Aunque en la fundición centrífuga hay limitaciones en el tamaño y forma de piezas fundida, se pueden hacer desde anillos de pistón de pocos gramos de peso y rodillo para papel que pesen arriba de 40 toneladas, Blocks de maquinas en aluminio.
Contenidos
FUNDICIÓN E INYECCIÓN
SAGOLA dispone de una instalación dedicada a la fundición e inyección a presión de aleaciones de aluminio y zamak.
Fundada en el año 1983, SAGOLA División Inyección nace con el objetivo de suministrar producto propio para proyectarse, posteriormente, hacia el exterior, con gran aceptación.
Con más de 20 años de experiencia orientados hacia nuestros clientes, SAGOLA apuesta por esta importante y creciente actividad empresarial. Actualmente, el 70% de nuestra producción en este sector se destina a clientes externos.
Disponemos de una superficie de 3.200 m2 sujetos a futuras ampliaciones.
Maquinaria
Disponemos de máquinas de inyección con capacidades de entre 100 y 500 toneladas, así como de un equipo de 700 toneladas. Los nuevos equipos están totalmente robotizados, asegurando así la perfecta repetitividad del proceso.
Para operaciones en las que sea necesario algún tratamiento más, disponemos de secciones integradas dentro de la propia empresa: prensa, granallado, tratamientos de superficie, pintado, etc.
Resultados
Los sectores para los que trabajamos son muy diversos:
- Automoción y mecánica aeronáutica- Maquinaria y herramientas motoras- Industria de maquinaria eléctrica- Industria del electrodoméstico- Industria del mobiliario de oficina- Industria en general
Pistones, cilindros, carcasas, ejes, cuadros y componentes eléctricos, etc.
Fundición centrifugada
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El proceso de fundición centrifugada consiste en depositar una capa de fundición líquida en un molde de revolución girando a gran velocidad y solidificar rápidamente el metal mediante un enfriamiento continuo del molde o coquilla. Las aplicaciones de este tipo de fundición son muy variadas, yendo desde la fabricación de telescopios o partes de joyería hasta las tuberías
Tecnología [editar]
El metal se vierte caliente y fluido en una espiral que se transforma inmediatamente en una capa regular y continua del metal líquido, mantenida en forma cilíndrica por las fuerzas de inercia centrifugas creadas por la rotación de la coquilla. Esta fuerza centrífuga que se desarrolla lanza el metal líquido contra las paredes del molde y aumenta su presión, facilitando el llenado de los huecos y la solidificación en este estado. Simultáneamente se refrigera la coquilla por su exterior para absorber el calor y bajar la temperatura de la fundición hasta la temperatura de solidificación. En el curso de su enfriamiento, el metal líquido sufre una contracción térmica progresiva. El enfriamiento que sigue tiene como efecto una contracción térmica suplementaria del elemento sólido, que se despega de la coquilla y puede entonces extraerse.
Las características de la fundición dependen de varios parámetros que deben controlarse para tener una producción uniforme. Estos factores son, principalmente:
la temperatura de colada,
la composición del material a utilizar
Las instalaciones suelen ser muy costosas y sólo se amortizan fabricando grandes series. Este método de conformación por moldeo tiene su génesis en el desarrollo de las tuberías para saneamiento.
Antecedentes históricos
Ya al principio del siglo XIX nació la idea de emplear la fuerza centrífuga para fundir los objetos de metal; perteneció a Antonio Eckhardt (patente en el año 1809), pero la insuficiencia técnica de las máquinas frenaba su aplicación práctica por la imposibilidad de conseguir el número necesario de revoluciones que dieran la fuerza centrífuga necesaria. En el año 1848 fue otorgada la primera patente en los Estados Unidos a T.G. Lovegrove, de Baltimore. Poco después de progresar la técnica Fernando Arens, en colaboración con Sensaud de De Lavaud, en Brasil, lograron por fin, en 1914, aplicar la fuerza centrífuga en la fundición de metales a escala industrial. Desde el año 1915 se fabrican en Argentina, en los talleres Tamet, tubos centrifugados con una máquina de tipo Arens y De Lavaud. En 1867 Joseph Monier puso en circulación los tubos de hormigón armado. En 1913 los italianos Diego Matteo y Adolfo Mazza ofrecieron otra variedad de tubos de cemento. Últimamente, la técnica de la construcción se enriqueció con muestras de vidrio termoaislante como material básico en la fabricación. Bloques de vidrio huecos, placas de revestimiento y paneles decorativos hicieron su aparición. En 1941 N. P. Waganoff fabricó tubos de vidrio por el método de centrifugación, que, por la sencillez de la fabricación y por el bajo coste de la misma, supuso una revolución en los métodos de fundición. En la actualidad este tipo de fundición está muy desarrollada y extendida, pudiéndose encontrar una gran variedad de productos realizados con este método
Proceso de la fundición a la cera perdida
En el proceso de reproducción se conjugan dos factores muy importantes, una técnica depurada con el paso de los años, y una elaboración artesanal, que dan a cada pieza un trato individualizado.
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Se utiliza este método, por su probada fiabilidad a la hora de reproducir cualquier superficie. La calidad del bronce una vez terminado es la copia exacta de la obra que salió de manos del artista, cumpliendo por lo tanto con las máximas exigencias.
Proceso de la fundición a la cera perdida
Anterior Siguiente 3.- La pieza será repasada para eliminar las rebabas e irregularidades. 2.- Se limpian los moldes y se procede al vaciado de la cera.
Proceso de la fundición a la cera perdida
1.- Realización de moldes.
El proceso comienza con la pieza original creada por el artista, modelada en barro, escayola, o cualquier otro material. Cada obra presenta una exigencia y una dificultad, en nuestro taller o desplazándonos al estudio del escultor, se realizan los moldes.
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El proceso lo lleva acabo un escultor especializado de nuestro taller.
A su vez, el artista repasará su obra en cera dejándola terminada para el siguiente proceso de vaciado.
Proceso de la fundición a la cera perdida
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4.- Se coloca y distribuye una red de canales de colada y respiraderos ( bebederos ) , también de cera, colocados estratégicamente sobre la pieza.
Posteriormente se espolvorea con chamota refractaria. Esta operación debe repetirse, cinco o más veces.
Quedando un molde perfecto sobre la figura de cera.
Proceso de la fundición a la cera perdida 5.- Se procede a la inmersión de todo el conjunto en un baño cerámico.
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6.- En la siguiente fase, se procede a quemar la cera. Consiste en introducir el molde refractario en un horno a 720 grados centígrados, asegurándose de que desaparece por completo hasta el menor vestigio de la cera. De ahí el nombre de " Cera Perdida ".
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7.- Proceso de colada del bronce.
Para poder colar el bronce, se tiene que calentar este a 1250 grados centígradosEl bronce se cuela a través de los bebederos hasta llenar por completo de bronce el molde.
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8.- Una vez enfriado el metal se destruye el molde quedando al descubierto la pieza, esta será liberada del entramado de bebederos.
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Se cincela y repasa la superficie; En las piezas mayores se sueldan todas las piezas.
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9.- Patinado. Fuego y Agua con ácido.La pátina se realiza disolviendo diferentes ácidos en agua, se aplica a la escultura sometiéndola a diferentes intensidades de temperatura. La cera dará un acabado final. Nos imaginamos a veces, que un bronce a la cera perdida, es una prueba única sacada de un original en cera, desaparecido en el transcurso de la fundición. Nada de eso. Tal manera de operar, partiendo de una estatuilla enteramente hecha de cera, produciría efectivamente un bronce macizo, lo que no es casi nunca el caso, como venimos de señalar. Al contrario, el modelo y los molde que se han hecho, se conservan y pueden servir para la realización de un número más o menos importante de pruebas o reproducciones.En cuanto a la cera, está esencialmente destinada a constituir el delgado espacio que el bronce sustituyendo a la cera, ocupará a continuación. Esta va a perderse en cada tirada. De ahí viene el nombre de este sistema.
LA IDEA-La idea de un objeto bulle en la cabeza del artista. En unas cartulinas marca los trazos del objeto concebido hasta perfilarlo para su modelación en barro. Del barro, un material delicado y quebradizo que requiere constante humedad, habrá que obtener un nuevo modelo en una materia más positiva, generalmente escayola, que mantenga la obra en sí. Para ello se sacará un negativo, una impresión de la figura, recubriendo el barro con escayola.Una vez obtenido el negativo, la escayola se abre por la mitad. Se extrae el modelo, se cierran las mitades y se rellena el hueco con escayola. Después se desmolda nuevamente y se consigue ya el modelo definitivo para su transformación al bronce.
LA FUNDICIÓN -Las fundiciones españolas se encuentran dispersas por Valencia, Gerona, País
Vasco y Madrid. La mayoría son pequeñas, artesanales y sujetas a la tradición que únicamente trabaja a la cera perdida. Sólo dos técnicas más se han desarrollado a lo largo de la historia desde que el bronce hiciera su aparición: a la arena, muy empleada en Francia y Bélgica, y con doble molde, durante la prehistoria.Codina, la más tradicional de todas, y Capa, en la que por vez primera en el mundo se han introducido técnicas mecanizadas de carácter industrial, son las dos fundiciones de mayor significado. Para obra pequeña resaltan, entre otras, Fidias, Cellini, Soriano, o José Luis Hernández con cosas de micro fusión. Del resto del mundo destacan: Berrocal, en Verona, por sus trabajo en multiplex; la Escuela de Investigación de Fundición de Escultura de los Laboratorios Johnson y Johnson, en Estados Unidos, con un destacado montaje, y Susse, Valsuani y Gudiere, de gran arraigo en París. Sin embargo, en todas éstas todavía se sigue trabajando de manera artesanal: batiendo a mano, empujando a dedo o con muflas de ladrillo. Reproducir en bronce requiere un largo, costoso y complicado proceso de realización, de ahí que una fundición no sea importante por el número de su personal, sino por la calidad de sus trabajos, obtenida con una perfecta y adecuada coordinación de los diversos oficios: moldeadores, -antiguamente vaciadores-, escultor, fundidor u hornero de la fundición, cinceladores y patinadores. A la cera perdida, lo primero que se hace con el modelo llegado en escayola es sacar un negativo para que con ese molde pueda realizarse un reproducción en cera. Obtenido el molde, el negativo, en escayola, gelatina, plastoflex o silicona –con idéntico procedimiento que el empleado con el barro y la escayola-, se abre por la mitad y se extrae el modelo. Luego, ese molde se cierra, se une fuertemente con unos ganchos, y se vierte en su interior cera líquida para sacar la reproducción en positivo. Se deja enfriar durante uno segundos para que la superficie configure el molde, y finalmente se vacía, para dejar hueca la cera de la reproducción. Más tarde, con la impresión en cera dentro del molde, se echa en su interior lo que se llama un "macho" de ladrillo molido –líquido y bien batido- y escayola, en la proporción de dos partes de ladrillo y una de escayola, para que macice, proteja y no deforme la cera. Endurecida la mezcla se procede a desmoldar, esto es, extraer el modelo, positivado, en cera. Si la pieza es pequeña se desmoldea sin macho. El modelo pasa al artista, o al escultor de la fundición, para que repase las rebabas de las juntas de unión con el molde o aquellas partes que no han sido rellenadas. Tras esta operación de repasado, un operario clava en el positivo unas puntas con el macho interior, con las que también quedará sujeto al posterior revestimiento de tierra exterior. Se trata de que cuando la cera desaparezca mantenga la misma separación y disposición. Acto seguido se le pone unos tubitos de papel envueltos de cera, que son los bebedores, las arterias de circulación del bronce líquido. En la fundición de Capa, con los bebederos puestos, la obra se reviste con un recubrimiento cerámico blanco, de silicecoloidal y harina de siliconio, para mantener una rigurosa fidelidad. La pieza ya concluida es recubierta con un material líquido, ladrillo molido y escayola, para obtener el negativo refractario. Capa introdujo unas carcasas metálicas para macizar y aprisionar la pieza, como sustitución del enterramiento y el golpe de pisotón tradicional, lo que ahorra y agiliza en gran medida el proceso de la fundición. El bloque con el material refractario entra en la mufla, - estancos metálicos o de ladrillo para quemar los moldes --, y, a una temperatura de 1.200 grados, según sea el tamaño de la pieza, se deja estar hasta que la cera y la humedad desaparezcan. Una pieza pequeña permanece en la mufla unas treinta horas aproximadamente. Si el material refractario mantuviera alguna humedad, la pieza no podría hacerse debido a una extraña reacción que se produce al contacto con el bronce fundido. Secado y ya sin cera, el material refractario se saca de la mufla y se pone nuevamente en la
carcasa a la espera de recibir el metal fundido.
LOS COLORES El bronce de arte, que puede presentar diversas tonalidades sin pátinas, según sea su composición, es una aleación de cobre y estaño, o cobre, plomo, cinc y estaño, en una proporción de 95 % de cobre y 5% de estaño en la primera, y de 85% de cobre, 5% de plomo, 5% de cinc y 5% de estaño en la segunda. A mayor cantidad de plomo con el cobre, el bronce será más rojizo, y si la cantidad mayor es de cinc o de estaño el tono es más amarillento. El bronce, cualquiera que sea su composición y presentado en lingotes, se funde a 1.200 grados de temperatura, aunque hay quién lo hace a 700 grados, en el horno subterráneo de fundición. Una vez licuado se saca el crisol, se limpian las impurezas de la superficie y se vierte sobre el hueco del material refractario y cuela por los bebederos; se deja enfriar un poco el metal y se desmolde quitando la tierra. Este proceso, que tradicionalmente se hace a base de piqueta y cepillo, hoy puede realizarse mecánicamente mediante vibraciones y con chorros de agua a presión. La obra limpia pasa a la sección de repasados del bronce. Una vez conseguida la pieza en bronce un cincelador la repasa concienzudamente, para ajustarse, con la máxima fidelidad, a lo que el artista quiere. Su labor trata de cortar los bebederos y los clavos y de repasar los cortes y desperfectos que pudieran haber surgido durante la fundición. Asimismo se sueldan los agujeros dejados por los bebederos y los clavos, y se unen las piezas que configuran la obra total con un hilo de la misma aleación utilizada. Después de esto, la obra es alisada mediante una especie de lijado de la superficie, pulimentada y abrillantada por un frotado finísimo, hasta que el poro del bronce queda completamente unificado. Más tarde se procede a dar las pátinas, que pueden darse con o sin pulido, y que no tienen otro objeto que colorear el metal. Los colores, uno de los aspectos más notables de la escultura en bronce, pueden variar desde amarillo-naranja, verde-azulado, verde, verde oscuro, pardo, rojo, rosado-florentino hasta negro, y se consiguen mediante su provocación por oxidaciones. Los ácidos, rebajados con agua, se aplican con brocha a la superficie, calentada previamente con un soplete para que el calor acelere la oxidación. Suelen emplearse, entre otros, acetato de cobre, sulfuro potasa, sal de hacederas o cianuro.
Modelo en escayola : LUCETTE ó el circo de GERMAINE RICHIE, sacado de un molde llamado "perdido", que lo reproduce fielmente en negativo.
El molde, antes en escayola o en gelatina, se hace en la actualidad en silicona reforzado por una especie de contramolde en escayola (fotos 2 y 3). Se compone de 2 partes o más, según la forma del modelo.
El modelo quitado, el molde se cierra. Se llena y luego se vacía de cera caliente líquida que al enfriarse, se fija y deja sobre las paredes interiores una capa de cierto espesor. La operación se repite varias veces hasta que la capa de cera tenga el grosor que se desea dar al bronce. Cuando el tamaño y el peso del molde hagan imposible su manejo, la cera se estampará a pincel
Una vez tapizado de cera, el molde se llena con una materia refractaria liquida, que al solidificarse constituye el "Macho" interior.
El molde se abre de nuevo y se ve aparecer una escultura, donde la epidermis de cera reproduce exactamente el modelo original. Es en este momento, si el escultor lo desea ó una persona cualificada, intervienen para efectuar retoques sobre la cera.
Modelo retocado
Toda una red de bastones de cera está puesta en plaza. Al fundir, ellos formarán canales: Las salidas por donde la cera se escapará las entradas por las que el metal en fusión, se introducirá y los aires que permitirán que salgan los gases.
Hecho esto, la cera se recubre progresivamente con una materia refractaria muy fina, susceptible de reproducir con fidelidad hasta una huella digital. Es el imprimage.
Salidas, entradas, aires, se unen entre ellos con cañerías de cera. Nuevas capas de materia refractaria más gruesas que la primera se van poniendo hasta hacer un molde compacto. "Molde de fundición", que aguantará las altas temperaturas del bronce al fundir. El molde de fundición se meterá en una mufla a una temperatura de aproximadamente 200º a 300º, donde la cera se marchará, y después a 600 º C que endurecerá el molde y el "macho" del interior. Este último se queda en un sitio una vez ha desaparecido la cera gracias a unos clavos puestos anteriormente.
Etapa decisiva: La colada. La aleación en fusión (alrededor de 1.000º C, a veces más), está en el crisol, y este dentro del horno de fundir. Una vez alcanzada la temperatura necesaria, y el bronce está en el punto de fusión, se saca del horno el crisol, y se llena con el bronce líquido el molde de fundición, del que ya ha desaparecido la cera. El molde hay que dejarle enfriar al menos 1 hora ó 2 . Entonces se va rompiendo con cuidado la materia refractaria y se va viendo el modelo en bronce, vacío, lleno de tuberías y asperezas. El macho sigue en el
interior, y se va quitando a trozos.
Comienza un largo trabajo de desbarbar, serrar, soldar, repasar y cincelar, etapa muy delicada.
Pátina que se da en caliente y con diferentes ácidos, esto es el último trabajo que se hace antes de que la figura está totalmente acabada, con su aspecto definitivo, un bronce totalmente igual que el modelo inicial
El proceso Lost Foam con modelos de poliestireno expandido Como sucede con muchas otras tecnologías, los procesos de fundición han avanzado mucho en los últimos años al incorporar a los mismos algunos de los resultados de la investigación en ingeniería. En este camino solamente han conseguido sobrevivir los mejores métodos, entre ellos el denominado lost foam, y que está basado en la utilización de modelos no permanentes de poliestireno expandido (EPS).
Este proceso presenta algunas similitudes con el proceso a cera perdida, pues ambos utilizan modelos no permanentes, pero mientras que la cera se funde y por tanto no se destruye, el EPS desaparece completamente por vaporización en la etapa de colada.
Proceso de Fundición
Una vez obtenidos los modelos de EPS, y antes de recubrirlos con la arena, estos se revisan por si tuvieran algún defecto que se reproduciría en la pieza final.
El recubrimiento inicial del modelo se hace habitualmente con una papilla refractaria consistente en materiales silíceos finamente divididos y un líquido de transporte que suele ser agua. A continuación se recubre con arena refractaria que se compacta por vibración.
Cuando la arena ha alcanzado la altura adecuada se puede proceder a la colada del metal la cual se puede hacer siguiendo las mismas técnicas empleadas en el moldeo convencional. En este caso los parámetros claves serán la temperatura de colada y la velocidad de colada. Al ir añadiendo el metal de colada, la elevada temperatura de este, provocará la destrucción del modelo dando lugar a gases que fluirán a través del recubrimiento.
Comparación del proceso tradicional en arena con el proceso lost foam
La colada de metales en moldes fabricados con arena es aún una práctica usual. Los moldes se hacen habitualmente en dos partes a fin de que los modelos puedan retirarse antes de la colada. Los propios modelos se hacen frecuentemente en dos partes. Si las piezas coladas son huecas se requiere la presencia de machos.
Ventajas del proceso lost foam
Como en todos los procesos que utilizan modelos no permanentes, se evita el problema del almacenaje de los modelos.
La precisión de las piezas coladas es grande, ya que la utilización del EPS permite tolerancias muy ajustadas.
Sencillez en sus etapas y posibilidad de reciclado lo que supone un ahorro en algunos de sus materiales.
Se facilita el reciclado de la arena debido a la ausencia de aglutinante La cantidad de arena empleadas es, generalmente, menor que en un método tradicional. No es necesaria la utilización de machos y la intervención del personal especializado en su
producción. Los modelos pueden prepararse uniendo partes más sencillas con adhesivos adecuados. Facilidad de automatización lo que supone una disminución de costes de operación y defectos
en modelos moldes y piezas. Mejores condiciones de acabado superficial que con el moldeo de arena superficial, y ausencia
de rebabas y líneas de partición en la pieza final. Libertad de diseño, siendo esta prácticamente ilimitada. Posibilidad de incorporar insertos metálicos en la pieza de fundición
Diferentes modelos "lost foam" de EPS En el proceso lost foam, el modelo se elabora a partir de piezas de EPS mecanizadas o moldeadas. El molde está normalmente sin dividir y los modelos pueden ser de una pieza. Los modelos son más simples y se reduce el número de operaciones requeridas para su realización.
La ausencia de líneas de partición es otra ventaja resultante del uso de un molde sin dividir; se reducen las operaciones de acabado y es más fácil hacer piezas de gran precisión.
Aplicaciones:
Desde un principio el principal campo de aplicación fue el de la industria del automóvil. Así, muchos fabricantes producen piezas con modelos de EPS siendo las ventajas notorias. Últimamente se ha producido la extensión desde la industria del automóvil a otros sectores que precisan de piezas o componentes de fundición.
Otra gran aplicación es la escultura ya que en este caso, el modelo perdido, y con respecto a la cera, no solo permite la supresión del molde negativo, sino que prescinde de todo un repertorio de operaciones tediosas como la elaboración de una forma madre, la preparación del molde por pieza, la fabricación del macho, el vertido de la cera y la eliminación de la misma, la cocción del molde, etc.
En la actualidad, se están incluso integrando en la masa de EPS materiales heterogéneos que serán incorporados plásticamente a la obra escultórica
Producción de poliestireno expandido
El proceso productivo para la obtención de Poliestireno Expandido utiliza como materia prima el Poliestireno Expandible, el cual se obtiene de la Polimerización del Estireno en presencia de un agente expansor (pentano).
Polimerización del Estireno
En una primera instancia el estireno es dispersado en forma de gotas en fase de agua en tamaños de 0,1 a 1mm. Las proporciones agua/estireno varían de 1:1 a 1:3. El tipo de polimerización utilizado es el de Suspensión y se lleva a cabo en reactores vidriados o de acero inoxidable con capacidades entre 9000 y 136000 litros . Estos reactores operan en forma discontinua, la temperatura es controlada mediante una camisa y frecuentemente mediante una serpentina interna de refrigeración.
Cuando las concentraciones del polímero se encuentran entre el 30% y el 70% se produce una aglomeración prematura de porciones del polímero semi-sólido, denso y pegajoso. En este momento es donde se alcanza el estado crítico de la polimerización, la agitación es más forzada y se deben agregar agentes de suspensión, dado que más aglomeración puede provocar la rotura del motor y si la agitación es insuficiente se produce material pobre. Por lo contrario si la agitación es demasiada puede quedar gas atrapado en el material. Una falla momentánea en la agitación produciría la aglomeración inevitable del material.
Cerca del final de la polimerización la mezcla polímero-agua es enfriada a 85 o C para que la aglomeración de las partículas de polímero sea mínima al ser transferida al tanque de almacenaje.
Obtención del Poliestireno Expandido
El Poliestireno Expandible es transformado en artículos acabados de Poliestireno Expandido mediante un proceso que consta de tres etapas: una etapa de Expansión, seguida de una etapa de Estabilizado, finalizando con una última Expansión y el Moldeo.
1ª etapa: preexpansión
El Poliestereno Expandible, en forma de granos, se calienta en preexpansores con vapor de agua a temperaturas situadas entre 80 y 110ºC aproximadamente, haciendo que el volumen aumente hasta 50 veces el volumen original. Durante esta etapa los granos son agitados continuamente.
En esta etapa es donde la densidad final del EPS es determinada. En función de la temperatura y del tiempo de exposición la densidad aparente del material disminuye de unos 630 kg/m 3 a densidades que oscilan entre los 10 - 30 kg/m 3 .
Luego de la Preexpansión, los granos expandidos son enfriados y secados antes de que sean transportados a los silos.
2ª etapa: reposo intermedio y estabilización.
Durante la segunda etapa del proceso, los granos preexpandidos, conteniendo 90% de aire, son estabilizados durante 24 horas.
Al enfriarse las partículas recién expandidas, en la primera etapa, se crea un vacío interior que es preciso compensar con la penetración de aire por difusión. De este modo las perlas alcanzan una mayor estabilidad mecánica y mejoran su capacidad de expansión, lo que resulta ventajoso para la siguiente etapa de transformación. Este proceso se desarrolla durante el reposo intermedio del material preexpandido en silos ventilados. Al mismo tiempo se secan las perlas.
3ª etapa: expansión y moldeo final.
En esta etapa las perlas preexpandidas y estabilizadas se transportan a unos moldes donde nuevamente se les comunica vapor de agua y las perlas se sueldan entre si.
En esta operación, las perlas preexpandidas se cargan en un molde agujereado en el fondo, la parte superior y los laterales, con el fin de que pueda circular el vapor. Las perlas se ablandan, el Pentano se volatiliza y el vapor entra de nuevo en las cavidades. En consecuencia, las perlas se expanden y, como están comprimidas en el interior del volumen fijo del molde, se empaquetan formando un bloque sólido, cuya densidad viene determinada en gran parte por el alcance de la expansión en la etapa inicial de preexpansión. Durante la operación se aplican ciclos de calentamiento y enfriamiento, cuidadosamente seleccionados para el mejor equilibrio económico de la operación y para conseguir una densidad homogénea a través del bloque así como una buena consolidación de los gránulos, buena apariencia externa del bloque y ausencia de combaduras.
Como muestra la figura anterior, en la tercera etapa existen distintas alternativas, basadas en la forma que adquiere el producto final. Por un lado se lo puede moldear en forma de grandes bloques que luego pueden ser cortados en forma de planchas. El corte se puede llevar a cabo por medio de alambres calientes. Por otro lado se lo puede moldear con la forma del envase final, es decir, con forma de recipiente de distintas características. Existen algunas empresas que cortan el EPS mediante sistemas computarizados, basándose en diseños hechos en AutoCad.
El proceso de fundición al Vacío utiliza moldes de silicona y resinas de poliuretano para fabricar copias rápidas y económicas de los componentes originales. La amplia gama de materiales de poliuretano y acabados superficiales asegura que la mayoría de los plásticos pueden ser reproducidos de forma precisa utilizando este proceso.
¿Cómo Funciona?
Se coloca la pieza maestra en un marco de fundición y se funde un molde de silicona alrededor permitiendo canales de respiración y desahogo. Una vez que el molde de silicona está listo, el molde se separa de la línea de partición y se saca la pieza maestra. La resina de poliuretano y el endurecedor se mezclan entonces y se vierten, en vacío, dentro de la cavidad del molde.
El utillaje del molde de silicona dura aproximadamente para 50 fundiciones y puede contener uno o varios componentes dependiendo del tamaño. Después de esto, se funde un nuevo molde de silicona de la pieza original. La reproducción superficial de un molde de silicona es excelente porque los más pequeños detalles se pueden copiar muy fácilmente.
Este proceso es ideal para hacer prototipos y para pequeños lotes de producción donde los volúmenes no justifican el gasto de un utillaje de inyección.
Ventajas
Económico para fundición de series pequeñas de poliuretano Variedad de propiedades y tipos de material Rápido tiempo de respuesta Utillajes más baratos Mínimo compromiso financiero
Nombre:COLADA AL VACÍO - VCS Descripción:
La colada al vacío se obtiene mediante la fundición de la silicona a través de un modelo master que una vez extraído nos permite tener un molde blando sobre el que se realiza el colado de material deseado.
Se prepara cuidadosamente un modelo master, realizado normalmente en SLA o SLS, para obtener los planos de unión y asegurar el buen acabado de las superficies. A continuación se realiza la fundición de la silicona alrededor del modelo master. Una vez endurecida la silicona, el molde se corta según los planos de unión y se extrae el modelo master, dejando una cavidad para fundir copias. Gracia a la flexibilidad de la silicona, los pequeños cortes sesgados no presentan grandes problemas a la hora de separar las partes del molde.
Para llevar a cabo las copias se usan poliuretanos bicompuestos. Para evitar la aparición de burbujas de aire, el moldeado se lleva a cabo al vacío de manera que se consigue una producción de piezas de alta calidad a mayor velocidad. Existe una amplia variedad de poliuretanos con diversas características, ideales para la producción de prototipos que se pueden usar para pruebas funcionales bajo diversas condiciones, tales como las pruebas mecánicas y las pruebas térmicas o de ambiente químicos.
También se puede realizar la fundición de otros materiales, como por ejemplo la silicona. Sin embargo, debido a la viscosidad de la silicona, esta técnica difiere del proceso tradicional de fundición. Para la fundición de las siliconas se utilizan diferentes prensas que permiten introducir la silicona dentro del molde de silicona. El molde en silicona no es demasiado caro y ofrece gran exactitud en el acabado , por lo que las piezas fabricadas con esta técnica son ideales para la realización de prototipos y series pequeñas.
MODELO MCP 004ST (AIJU)
Materiales:* Desde siliconas suaves a rígidos plásticos.* Resinas y siliconas transparentes* Materiales que cumplen los requisitos FDA* Materiales que simulan el ABS, PP, PC, TPE Y TPR, etc, que en algunos casos sobrepasan las propiedades.
Máquina de Colado bajo vacío controlado a por un microprocesador, combina una bomba de vacío de rápida velocidad de escape y una unidad mezcladora de gran eficacia, para garantizar la producción de piezas coladas de primera calidad en una gran variedad de materiales de moldeo.
Con este equipo se pueden construir prototipos en resinas de poliuretano de un tamaño máximo de 800 x 350 x 350 mm
MODELO MCP V.C.M. C001 ST (LFI)
Dimensiones máximas de molde:500x500x800
Máquina de Colado bajo vacío controlado a por un microprocesador, combina una bomba de vacío de rápida velocidad de escape y una unidad mezcladora de gran eficacia, para garantizar la producción de piezas coladas de primera calidad en una gran variedad de materiales de moldeo.
MODELO MCP 5/04 (AITIIP)
Moldes EP de inyección: molde prototipo para inyección de material definitivo mediante el colado una resina epóxica con carga de Aluminio. Los moldes de EP permiten inyecciones que se sitúan en torno a las 100-500 piezas.Dimensiones máximas de molde:750x900x750mm.
Piezas de PU Prototipo: que permite disponer de series de entre 15 y 30 piezas Piezas de Nylon Prototipo y otros materiales: tres tipos de PA distintos. También piezas directamente en silicona, resinas epóxicas con carga de aluminio y aleaciones de bajo punto de fusión.
Proveedores de esta tecnología:
Universidad Las Palmas, LABORATORIO DE FABRICACIÓN INTEGRADA (LFI)
FUNDACIÓN AITIIP AIMME - INSTITUTO TECNOLÓGICO METALMECÁNICO EPSA (Engineering & Prototyping, S.A.) AIJU (Centro Tecnológico) CTAG - CENTRO TECNOLÓGICO DE AUTOMOCIÓN DE GALICIA COPROIN (Condés Procesos Industriales, S.L.) IDELT (Ingeniería de Desarrollo de Prototipos)
PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACION DE UN ELEMENTO DE VERTIDO QUE SE PUEDE VOLVER A CERRAR Y UN ELEMENTO DE VERTIDO PRODUCIDO CORRESPONDIENTEMENTE
Contenidos
Procedimiento para la fabricación de un elemento de vertido de dos partes, que se puede volver a cerrar para un embalaje de fluidos, en particular un embalaje de unión de vertedero plano, donde el elemento de vertido presenta un cuerpo de base (1) y una tapa de cierre (2), donde la tapa de cierre (2) está articulada por medio de dos pivotes (4) de modo pivotante en el cuerpo de base (1) y una abertura para la recogida del cierre original (5) y donde la tapa de cierre (2) se puede pivotar hacia dentro para abrir el paquete en el material de embalaje, caracterizado por los siguientes pasos: - la fundición por inyección de la tapa de cierre (2) de una primera materia artificial, - el pivotado de la herramienta de molde en un ángulo indicado previamente y la abertura de al menos una parte del molde herramienta de la tapa de cierre (2), - el cierre de un segundo molde herramienta para el cuerpo de base (1), cuya cavidad está formada al menos parcialmente también por la tapa de cierre (2), - la fundición por inyección del cuerpo de base (2) de una segunda materia artificial, donde en la abertura (9) de la tapa de cierre (2) se origina una unión de arrastre de forma, que se modifica por la tapa de cierre (2) con una primera abertura del embalaje, y - la abertura del segundo molde herramienta y la retirada del elemento de vertido acabado.
