Fundición de Metales: Procesos, Materiales y Propiedades Esenciales

1. ¿Es imprescindible en algunos casos la conformación de piezas por moldeo? ¿Por qué? Cita piezas de uso ordinario que necesariamente se han de obtener por fundición.

Sí. Porque con su ayuda se pueden fabricar, con facilidad y economía, piezas de formas muy complicadas (bloques de cilindros, motores de explosión, carburadores, bancadas de máquinas herramientas, etc.), imposibles o muy difíciles de obtener mediante otros métodos.

Algunas piezas de uso ordinario que se obtienen por fundición incluyen:

• Cigüeñales
• Tapas de alcantarilla
• Bloques de motor
• Bancadas de torno

2. Enumera los pasos de las operaciones fundamentales para obtener piezas moldeadas en arena. Haz lo mismo para el moldeo en coquilla. ¿Cuál de los procesos resulta más económico?

Moldeo en Arena

Es el tipo de proceso más económico para pequeñas series y piezas muy voluminosas o de formas complicadas.

1. Diseño del molde
2. Creación del modelo
3. Preparación de la arena
4. Preparación del molde y macho
5. Desmodelado del modelo
6. Colocación del macho
7. Cierre del molde
8. Fusión y vertido de la colada
9. Enfriamiento y solidificación
10. Desmoldeo (pérdida del molde)
11. Acabado (desarenado, limpieza y desbarbado)
12. Mecanizado
13. Inspección

Moldeo en Coquilla

Es el tipo de proceso indicado para series largas de piezas.

1. Diseño del molde
2. Mecanizado y preparación del molde y macho
3. Colocación del macho
4. Cierre del molde
5. Fusión y vertido de la colada
6. Enfriamiento y solidificación
7. Desmoldeo (apertura de molde permanente)
8. Acabado
9. Mecanizado (menos usual)
10. Inspección

El moldeo en arena suele ser más económico para pequeñas series y piezas de gran tamaño o complejidad, mientras que el moldeo en coquilla es más adecuado para series largas debido a la reutilización del molde.

3. Define los siguientes términos: Modelo, molde, coquilla, despulla, macho, portada de macho, demasía de mecanizado, bebedero, mazarota, canal de colada, colada, desmoldeo, desbarbado y cajas de moldeo.

• Modelo: Parte similar a la pieza final a obtener, utilizada para crear la cavidad del molde.
• Molde: Recipiente o pieza hueca con una cavidad de la forma deseada donde se vierte el material fundido para que, al solidificarse, tome dicha forma.
• Coquilla: Se refiere a un molde cuando este es metálico y reutilizable.
• Despulla: Inclinación que se debe dejar en un modelo para permitir su extracción del molde sin causar desperfectos en la cavidad.
• Macho: Reproducciones de las formas interiores de la pieza a fundir, generando el hueco en la pieza final.
• Portada de macho: Lugares o apoyos en el molde donde se asienta y sujeta el macho.
• Demasía de mecanizado: Sobreespesor de material que se añade al modelo para permitir un mecanizado posterior de la pieza fundida.
• Bebedero: Canal principal de alimentación por donde se vierte el metal fundido (colada) hacia el sistema de llenado del molde.
• Mazarota: Almacenes de material líquido que compensan la contracción de la aleación durante la solidificación, evitando porosidades en la pieza.
• Canal de colada: Conducto que conecta el bebedero con los puntos de ataque a la cavidad del molde. Puede ser ramificado o no.
• Colada: El metal fundido que se vierte en el molde. También se refiere a la operación de vertido del metal.
• Desmoldeo: Proceso de extracción de la pieza solidificada del molde.
• Desbarbado: Eliminación de las rebabas, excesos de material o imperfecciones de una pieza fundida.
• Cajas de moldeo: Elementos o contenedores que sostienen rígidamente la arena y conforman el molde, permitiendo que el metal fundido se solidifique en la cavidad.

4. ¿Qué cualidades debe reunir una arena de fundición para cumplir bien su misión? ¿Cuáles son sus componentes fundamentales? ¿Cuál es la misión de cada uno de ellos?

Cualidades de la Arena de Fundición:

• Plasticidad: Capacidad de adaptarse al modelo y mantener la forma.
• Cohesión: Para mantener la forma adquirida del modelo y la integridad del molde.
• Refractariedad: Capacidad de soportar altas temperaturas del metal fundido sin degradarse ni reaccionar.
• Conductividad calorífica: Regula la velocidad de enfriamiento del metal en el molde, influyendo en su estructura y propiedades.
• Permeabilidad: Facilidad para permitir la salida de gases generados durante el vertido y solidificación del metal.
• Deformabilidad: Permite la contracción de la pieza durante el enfriamiento sin que esta se agriete.
• Disgregación fácil: Permite extraer la pieza después del enfriamiento sin dañarla y con buen acabado superficial.
• Economía: Para optimizar los costes de producción.

Componentes Fundamentales de las Arenas de Fundición:

Las arenas de fundición están constituidas principalmente por:

• Granos de arena refractaria: Generalmente sílice (SiO₂), que proporciona la estructura y la resistencia a altas temperaturas.
• Aglomerante: Material que rodea los granos de arena para darles cohesión y plasticidad, permitiendo que la arena mantenga la forma del molde.

5. Define los siguientes términos: arena verde, arena seca, arena del montón, arena de moldeo, arena de relleno y arena para machos. ¿En qué casos se emplea cada una de ellas? ¿Qué ventajas presentan las arenas sintéticas sobre las naturales?

• Arena verde: Arena húmeda con la cantidad de agua necesaria para conferirle plasticidad y cohesión. Es una mezcla de granos de sílice y aglomerantes con humedad. Se emplea principalmente para piezas pequeñas y medianas, siendo el tipo de arena más común.
• Arena seca o de estufa: Arena a la que se le ha eliminado la humedad mediante secado en estufas. Se utiliza para fundir piezas de grandes dimensiones, formas complicadas o cuando se requiere una elevada calidad superficial y dimensional.
• Arena vieja o de montón: Arena reutilizada de procesos anteriores, especialmente en las partes del molde que no están en contacto directo con la pieza fundida.
• Arena de moldeo: Arena en íntimo contacto con el modelo y el metal fundido. Se emplea arena nueva o regenerada para asegurar la calidad de la superficie de la pieza.
• Arena de relleno: Envuelve a la arena de moldeo y llena el resto de la caja. Se utiliza arena usada o de montón, ya que no está en contacto directo con la pieza.
• Arena para machos: Arena utilizada específicamente para elaborar los machos. Es formulada para ser más refractaria y permeable que otras arenas, y a menudo utiliza aglomerantes especiales para mayor resistencia.

Ventajas de las Arenas Sintéticas sobre las Naturales:

Las arenas sintéticas, que se obtienen mezclando componentes específicos en molinos de cilindros, ofrecen ventajas significativas:

• Permiten un control más preciso de la composición y las propiedades de la arena.
• Facilitan la reproducción consistente de sus características, lo que mejora la calidad y la predictibilidad del proceso de fundición.

6. ¿Cuál es la misión de los aglomerantes en las arenas de fundición? ¿Cuáles son los más usados?

La misión principal de los aglomerantes en las arenas de fundición es proporcionar elasticidad y cohesión a los granos de arena, permitiendo que el molde mantenga su forma durante el proceso de fundición.

Los aglomerantes más usados son:

• Aglomerantes inorgánicos (los más comunes):
  • Arcillas (bentonita, caolín)
  • Silicato sódico
  • Cemento
• Aglomerantes orgánicos:
  • Resinas (fenólicas, furanas)
  • Aceites secantes
  • Almidones

7. ¿Qué materiales se emplean para evitar la expansión de la arena? ¿Y para conseguir atmósferas reductoras? ¿Cuáles para revestir modelos y cajas de machos? ¿Qué misión desempeñan?

• Para evitar la expansión de la arena: Se pueden emplear aditivos como el silicio y el óxido férrico.
• Para conseguir atmósferas reductoras: Se utilizan materiales carbonosos como el grafito, el coque o el alquitrán, que al quemarse consumen el oxígeno y crean una atmósfera reductora.
• Para revestir modelos y cajas de machos: Se emplean materiales como el grafito, la mica o el talco.

Misión de los Revestimientos:

La misión principal de estos revestimientos es facilitar el desmoldeo de la pieza y mejorar el acabado superficial de la misma, evitando que el metal se adhiera a la arena y proporcionando una superficie más lisa.

8. ¿Es importante conocer la composición química de las arenas? ¿Por qué? ¿Qué componentes son perjudiciales? ¿Cómo se determina el contenido de humedad de una arena? ¿Qué influencia ejerce en su comportamiento?

Sí, es muy importante conocer la composición química de las arenas. Conocer su composición permite determinar sus características y propiedades, como la refractariedad, la permeabilidad y la resistencia, lo cual es crucial para asegurar la calidad del molde y de la pieza fundida.

El texto original no especifica componentes perjudiciales, pero en general, impurezas como óxidos metálicos, cal o materia orgánica en exceso pueden ser perjudiciales para las propiedades de la arena.

Determinación del Contenido de Humedad:

El contenido de humedad de una arena se determina pesando una muestra de arena húmeda y luego pesando la misma muestra después de secarla completamente en un horno. La diferencia de peso permite establecer el porcentaje de humedad.

Influencia de la Humedad en el Comportamiento de la Arena:

Un contenido de humedad inadecuado puede tener varias influencias negativas:

• Disminuye la permeabilidad de la arena, dificultando la salida de gases.
• Aumenta la expansión de gases y la posibilidad de defectos en la pieza.
• Puede afectar la resistencia y la cohesión del molde.

9. ¿Es importante conocer la granulometría de una arena? ¿Por qué? ¿Qué nos indica el índice de finura? ¿Qué consecuencias se extraen de la curva acumulativa? ¿Qué influencia ejerce la forma y el aspecto superficial de los granos sobre la permeabilidad?

Sí, es importante conocer la granulometría de una arena porque proporciona una idea del tamaño medio de los granos y su distribución, lo cual influye directamente en las propiedades del molde.

Índice de Finura:

El índice de finura nos indica el tamaño medio de los granos de arena. Un índice más alto significa granos más finos, y viceversa.

Curva Acumulativa:

La curva acumulativa muestra los porcentajes de arena retenidos en cada tamiz, acumulando todo lo retenido. Las consecuencias que se extraen son:

• Una mayor pendiente en la curva indica una mayor homogeneidad en el tamaño de los granos.
• Los granos más gruesos se sitúan a la izquierda de la curva, y los más finos a la derecha.
• Permite evaluar la distribución de tamaños y la uniformidad de la arena.

Influencia de la Forma y Aspecto Superficial de los Granos sobre la Permeabilidad:

• Cuanto mayores y más redondeados sean los granos, mayor será la permeabilidad de la arena, ya que dejan más espacio entre ellos para el paso de gases.
• Por el contrario, los granos más rugosos o angulares disminuyen la permeabilidad, debido a que se empaquetan de forma más compacta y ofrecen mayor resistencia al flujo de gases.

10. ¿Qué nos indica el índice de permeabilidad de una arena? ¿De qué factores depende? ¿Cómo se determina?

El índice de permeabilidad de una arena nos indica la facilidad con la que los gases pueden atravesar la arena, lo cual es crucial para evitar defectos por atrapamiento de gases en la pieza fundida.

Factores de los que Depende la Permeabilidad:

• Forma de los granos
• Tamaño de los granos
• Contenido de arcilla (aglomerante)
• Contenido de agua (humedad)
• Grado de compactación o apretado de la arena en el molde

Determinación de la Permeabilidad:

Se determina mediante un ensayo estandarizado en el que se mide el tiempo que tarda una cantidad de aire específica en atravesar una probeta normalizada de arena compactada bajo una presión determinada.