Procesos de Fundición de Metales y Tipos de Moldes Industriales
Procesos Avanzados de Fundición y Moldes Industriales
Los procesos de fundición y el uso de moldes especializados permiten obtener piezas metálicas con alta precisión, excelentes acabados superficiales y optimización de costos. A continuación, se detallan las principales técnicas utilizadas en la industria:
1. Moldes en Cáscara
- Características: Tolerancias dimensionales estrictas, buen acabado superficial y bajo costo.
- Aplicación: Pequeñas piezas de alta precisión, como por ejemplo, carcasas de engranajes.
- Funcionamiento: Se usa una mezcla de arena y resina termoestable que polimeriza al ponerse en contacto con el molde que está caliente. La arena en el molde en cáscara tiene menor permeabilidad que la arena utilizada para el molde en verde.
- Ventajas: Permite formas complejas con poca mano de obra, puesto que el proceso es fácilmente automatizable.
2. Molde en Yeso
- Características: Alta precisión dimensional y buen acabado superficial.
- Aplicación: Cerraduras, engranajes y válvulas.
- Composición: Molde de yeso con la adición de talco y sílice para mejorar la resistencia. Los modelos suelen ser aleaciones de aluminio, plásticos termoconformados, latón o aleaciones de zinc.
3. Molde Cerámico
- Características: Similar al molde en yeso, pero utiliza moldes de materiales refractarios (Circonio $ ext{ZrSiO}_4$, óxido de aluminio y sílice).
- Aplicación: Son adecuados para aplicaciones de alta temperatura. El modelo suele ser de madera. Se obtienen hélices, herramientas de corte y troqueles.
4. Molde por Vacío
- Características: Ideal para formas complejas de paredes delgadas con propiedades uniformes.
- Funcionamiento: Utiliza un molde de arena fina y uretano, y se introduce parcialmente en el horno con el metal fundido. Se provoca un vacío que introduce el metal fundido por la abertura inferior del molde.
- Costos y Aplicaciones: Los costos de automatización y producción son similares a los de la arena en verde. Se aplica en fundiciones de aceros inoxidables y aceros de alto y bajo carbono.
5. Espuma Perdida
- Características: Utiliza un modelo de poliestireno que se evapora en contacto con el metal fundido.
- Aplicación: Usado para metales ferrosos y no ferrosos, por lo que se aplica ampliamente en la industria automotriz.
- Ventajas: Es simple, requiere cajas y poliestireno económicos, genera pocas operaciones de acabado y limpieza, y el proceso puede ser automatizado.
Técnicas Especiales de Fundición
A la Cera Perdida
- Fabricar el modelo de la pieza en latón o bronce.
- Se funde el molde con una aleación de bajo punto de fusión a base de bismuto-estaño ($ ext{Bi-Sn}$).
- Se fabrican modelos de cera de una sola pieza.
- Los modelos se montan en racimos, se les da un baño cerámico y se introducen en arena dentro de cajas de moldeo.
- En una estufa a 100°C se funde la cera y se cuecen los moldes en hornos a alta temperatura.
- Finalmente, se cuela el metal en el molde, se deja solidificar y se pasa a la fase de limpieza.
Moldes Permanentes
- Materiales: Metales resistentes a altas temperaturas como acero, bronce, aleaciones de metales refractarios o grafito. La cavidad del molde y los bebederos se mecanizan directamente en él.
- Componentes: Los machos suelen ser de metal o de arenas. Para aumentar su vida útil, el molde está recubierto con material refractario o con grafito.
- Consideraciones: El costo inicial es alto, pero los costos de mano de obra son bajos debido a la automatización. No es rentable para pequeños lotes.
Fundición a Baja Presión
La presión del aire fuerza al metal fundido hacia arriba para entrar en la cavidad del molde. Dicha presión se mantiene constante hasta que se completa la solidificación.
Fundición a Alta Presión (Inyección)
Diseñada para piezas resistentes y de alta calidad con formas complejas. Ofrece una excelente precisión dimensional y detalles finos en la superficie. Cabe destacar que la relación resistencia/peso de las piezas fundidas a presión aumenta a medida que disminuye el grosor de la pared.
Cámara Caliente
- Funcionamiento: La cámara se encuentra dentro del recipiente de metal fundido. El metal fundido debe ser tal que no ataque a los materiales de la cámara.
- Aplicaciones: Se aplica a aleaciones de estaño, plomo y zinc (con temperaturas de hasta 450°C).
- Presión: El rango de presiones llega hasta los 35 MPa, con una media de 15 MPa. El metal se mantiene a presión hasta que solidifica en la cámara.
Cámara Fría
- Funcionamiento: El metal fundido se vierte en una cámara fría y se introduce en la matriz a presiones de 20 a 70 MPa.
- Aplicaciones: Se aplica a aleaciones de elevado punto de fusión como las de aluminio, magnesio y cobre.
- Tipos de Matrices: Las matrices pueden ser de cavidad única, cavidades múltiples (varias cavidades idénticas), cavidades combinadas (varias cavidades diferentes) o matrices unitarias.