Procesos de Moldeo Avanzados: Cáscara, Vacío, CO2 y Yeso para Fundición de Metales

Moldeo en Cáscara (Shell Molding)

El moldeo en cáscara es un proceso de fundición que utiliza un molde de arena de resina termoestable, formando una cáscara delgada y rígida. Este método es ideal para producir piezas con alta precisión dimensional y un excelente acabado superficial.

1. La placa patrón se calienta (entre 200 °C y 260 °C) y se coloca sobre una caja que contiene arena mezclada con resina.
2. La caja se voltea, permitiendo que la arena y la resina caigan sobre la placa patrón. La resina cura al contacto con la placa caliente, formando una cáscara.
3. La caja vuelve a su posición original, y la arena no curada cae al fondo.
4. La cáscara se hornea en una estufa (entre 250 °C y 400 °C) para completar el curado y endurecimiento.
5. La cáscara se desprende de la placa patrón.
6. Las dos mitades del molde se ensamblan, sujetas por arena o granalla, y se realiza la colada del metal fundido.
7. Se obtiene la pieza terminada tras la solidificación y desmoldeo.

Moldeo por Vacío (Proceso V)

El moldeo por vacío, también conocido como Proceso V, es una técnica de fundición que utiliza la presión negativa para compactar la arena y crear un molde rígido sin el uso de aglutinantes químicos, lo que permite la reutilización de casi toda la arena.

1. Se adhiere una hoja de plástico sobre una placa patrón por medio del vacío.
2. Se coloca una caja sobre la placa patrón, se llena de arena sin aglutinante y se forma el bebedero.
3. Se coloca una segunda hoja de plástico sobre la caja y se produce el vacío. Los granos de arena se compactan, formando un molde rígido.
4. Se libera el vacío de la placa patrón para permitir su separación del molde.
5. Se ensamblan las semicajas superior e inferior para formar el molde. Se produce el vacío en ambas semicajas. La hoja de plástico se quema en contacto con el metal fundido.
6. Casi toda la arena se puede reutilizar, lo que lo convierte en un proceso ecológico y económico.

Moldeo con CO2

El moldeo con CO2 es un procedimiento para endurecer moldes y machos de arena sin necesidad de cocción. Se basa en la reacción del dióxido de carbono con un aglutinante de silicato sódico para crear un molde resistente.

El molde o macho se prepara como si fuese de arena en verde (húmeda), utilizando una mezcla de arena extra silícea y silicato sódico.

Proceso de Moldeo con CO2

1. La mezcla de arena se compacta alrededor del molde o placa patrón.
2. Una vez realizado el molde o macho, se gasea con CO2 (el gaseado puede realizarse antes o después del desmoldeo; si es después, se puede añadir algo de arcilla a la mezcla).
3. Se prepara el molde, colocando los machos si son necesarios.
4. Se realiza la colada del metal fundido.
5. Una vez solidificado el metal, se desmolda rompiendo el molde.

Ventajas del Moldeo con CO2

• Proceso barato y rápido.
• Se evita la cocción de machos y moldes, reduciendo costos energéticos.
• Ofrece precisión dimensional y un acabado superficial superior al moldeo en arena tradicional.
• Mejor resistencia de moldes y machos a altas temperaturas.

Inconvenientes del Moldeo con CO2

• La arena preparada endurece por el contacto con el aire, lo que requiere un uso rápido.
• El desmoronamiento de machos puede ser dificultoso.
• La arena no es recuperable en su totalidad, lo que puede generar residuos.

Moldeo en Yeso o Escayola

El moldeo en yeso o escayola es un proceso de fundición similar al moldeo en arena, pero que utiliza un molde cerámico de yeso. Es conocido por producir piezas con un excelente acabado superficial y alta precisión dimensional.

Proceso de Moldeo en Yeso

1. Sobre la placa patrón metálica se vierte el barro cerámico (mezcla de yeso).
2. Se produce el fraguado del yeso.
3. Se retira la placa patrón.
4. El molde se seca en una estufa a temperaturas entre 120 °C y 250 °C.
5. Las dos mitades del molde se unen para formar el molde completo, y se colocan los machos si es necesario.
6. Se precalienta el molde a 120 °C.
7. Se realiza la colada del metal fundido.
8. Tras la solidificación, se procede al desmoldeo, extrayendo la pieza rompiendo el molde.

Ventajas del Moldeo en Yeso

• Excelente acabado superficial y buena precisión dimensional.
• Generalmente son innecesarias operaciones de acabado posterior.
• El lento enfriamiento evita tensiones internas en las piezas, mejorando su integridad estructural.

Inconvenientes del Moldeo en Yeso

• Se produce un grano grueso y bajas características mecánicas en las piezas.
• La baja permeabilidad de los moldes puede originar piezas defectuosas debido a la retención de gases.
• No se pueden fundir metales férreos, ya que el azufre (S) del yeso reacciona con el hierro (Fe) a la temperatura de colada, causando defectos.

Proceso Antioch: Una Variante del Moldeo en Yeso

El Proceso Antioch es una variante del moldeo con yeso diseñada para mejorar las propiedades del molde. Permite aumentar la permeabilidad, la conductividad térmica y reducir el tiempo de enfriamiento, lo que resulta en un grano más fino y mejores características mecánicas en las piezas fundidas.

Pasos del Proceso Antioch

1. Fabricación del molde de yeso.
2. Reposo a temperatura ambiente (aproximadamente 6 horas).
3. Deshidratación en un autoclave (horno a presión de 0.2 MPa) donde se desarrolla la permeabilidad (6-12 horas).
4. Rehidratación al aire (12 horas).
5. Secado final en estufa a 230 °C.

Método de Yeso Espumoso: Otra Variante

El método de yeso espumoso es otra variante del moldeo con yeso. Se emplea yeso espumoso para crear un molde con burbujas de aire, lo que incrementa significativamente la permeabilidad del molde.

Proceso del Método de Yeso Espumoso

1. Al yeso se le añade un agente espumante.
2. Se bate la mezcla hasta que sea homogénea y se forme la espuma deseada.