Fundición para niños

La fundición es un método para fabricar objetos, generalmente de metal, pero también de plástico. Consiste en calentar un material hasta que se derrite y se vuelve líquido. Luego, ese material líquido se vierte en un molde, que es una cavidad con la forma deseada. Una vez dentro del molde, el material se enfría y se endurece, tomando la forma de la pieza que queremos crear.

El método más común de fundición es el que usa arena. La arena es un material que soporta muy bien el calor (es refractario) y es muy abundante. Cuando se mezcla con arcilla, la arena se vuelve más fácil de moldear y se mantiene unida, pero sigue siendo porosa. Esto es importante porque permite que los gases que se forman al verter el metal caliente salgan del molde. En la fundición con arena, se vierte metal derretido (como hierro, acero, bronce o latón) en un molde de arena. Se deja que el metal se enfríe y se endurezca, y luego se rompe el molde de arena para sacar la pieza ya sólida.

Cuando se funden metales pesados como el hierro o el plomo, que son mucho más pesados que el molde de arena, a veces se cubre la caja del molde con una lámina gruesa. Esto evita que el molde "flote", lo que ocurre si la presión del metal empuja la arena hacia arriba, impidiendo que la pieza se forme correctamente.

La palabra "fundición" también se usa para describir el proceso de extraer metales de las rocas donde se encuentran (llamadas menas), lo cual suele ser un paso previo antes de moldear el metal.

Pasos clave en el proceso de fundición

Creación del modelo: La base de la pieza

Para la fundición en arena, se necesita un modelo del objeto que se quiere fabricar. Este modelo tiene el tamaño exacto de la pieza final y define su forma exterior. Se usa para crear la cavidad interna en el molde de arena.

Los modelos pueden hacerse de diferentes materiales, como madera, plásticos (uretano, poliestireno expandido) o metales (aluminio, hierro fundido).

Al diseñar el modelo, hay que considerar algunos detalles importantes:

• Debe ser un poco más grande que la pieza final. Esto se debe a que el metal se encoge un poco al enfriarse. El porcentaje de encogimiento varía según el tipo de metal. Si la pieza va a ser trabajada o pulida después, también se le añade un poco más de tamaño.
• Las superficies del modelo deben tener una ligera inclinación, llamada ángulo de salida. Esto ayuda a sacar el modelo del molde de arena sin dañarlo. Se recomiendan ángulos entre 0.5° y 2°.
• El modelo debe incluir los canales por donde entrará el metal líquido y las "mazarotas", que son depósitos extra de metal que compensan el encogimiento.
• Si la pieza va a tener huecos, el modelo incluirá "portadas" para colocar los "machos" (o corazones), que son piezas que forman esos huecos.

Los moldes de arena suelen dividirse en dos partes: la parte superior, llamada cope, y la parte inferior, llamada draga.

Existen diferentes tipos de moldes de arena:

• Moldes de arena verde: Contienen arena húmeda. Son los más comunes.
• Moldes de arena fría: Usan aglutinantes (sustancias que unen la arena) orgánicos o inorgánicos para hacer el molde más fuerte. No se hornean y son más precisos, pero también más caros.
• Moldes no horneados: No necesitan cocción gracias a sus aglutinantes (mezcla de arena y resina). Se usan con metales como latón, hierro y aluminio.

Pasos para fabricar una pieza metálica por fundición en arena

El proceso de fundición en arena tiene varias etapas:

• Compactación de la arena: Se presiona la arena alrededor del modelo dentro de una caja especial. Primero, cada mitad del modelo se coloca en una tabla para asegurar que las dos partes del molde encajen perfectamente. Hoy en día, esto se hace a menudo con máquinas que compactan la arena usando pistones hidráulicos o neumáticos.
• Colocación del macho o corazones: Si la pieza que se va a fabricar es hueca, se usan "machos" o "corazones". Estas son piezas de arena especial que evitan que el metal líquido llene esos huecos. Los machos deben ser más resistentes que el molde porque se manipulan. Una vez colocados, se unen las dos partes del molde y se sujetan. Siempre que sea posible, se intenta no usar machos, ya que aumentan el tiempo y el costo de fabricación.
• Colada: Es el momento de verter el material derretido. El metal líquido entra en la cavidad del molde a través de un embudo (bebedero de colada) y varios canales. Estos canales se eliminarán una vez que la pieza se endurezca. Los gases y vapores que se forman durante este proceso escapan a través de la arena porosa.

Vertido del material fundido.

• Enfriamiento y solidificación: Esta etapa es muy importante. Si el metal se enfría demasiado rápido, pueden aparecer tensiones o grietas en la pieza. Si se enfría muy lento, la producción es menos eficiente. Un enfriamiento desigual puede causar diferencias en la dureza de la pieza. Para controlar cómo se endurece el metal, se pueden usar placas metálicas frías dentro del molde. También se pueden aplicar tratamientos de calor o compresión para hacer la pieza más dura.
• Desmolde: Se rompe el molde de arena y se saca la pieza. También se retira la arena de los machos. Toda la arena se recicla para hacer nuevos moldes.
• Desbarbado: Se quitan los canales por donde entró el metal, las mazarotas y cualquier rebaba (exceso de material) que se haya formado en la unión de las dos partes del molde.
• Acabado y limpieza: Se limpian los restos de arena que puedan quedar pegados a la pieza. Después, la pieza puede necesitar ser mecanizada (darle forma con máquinas) o recibir tratamientos de calor adicionales.

Tipos de fundición y sus características

La precisión y el acabado de la pieza fundida dependen del tipo de arena y del proceso de moldeo que se use. Un molde de arena verde gruesa dará una superficie más áspera, mientras que un molde de arena seca producirá piezas más lisas. Para un mejor acabado, las piezas pueden pulirse o limpiarse con chorros de arena (granallado).

• Moldeo en arena verde: La arena verde es una mezcla de arena de sílice, arcilla, agua y otros aditivos. El molde se hace con arena húmeda y el metal se vierte directamente. Es el método más usado para piezas pequeñas y medianas de todo tipo de metales. No es ideal para piezas muy grandes, con formas muy complicadas, o si se necesita un acabado muy liso o medidas muy exactas.

• Moldeo en arena químico: El molde se hace con arena mezclada con resinas y catalizadores que la endurecen. Esto hace el molde más rígido, permitiendo fundir piezas más grandes y con mejor acabado.

• Moldeo en arena seca: Se usa arena de sílice seca con otros materiales que la fijan. Antes de verter el metal, el molde se seca a altas temperaturas (entre 200 y 300 °C). Esto aumenta la rigidez del molde, lo que permite hacer piezas más grandes, con formas más complejas, más precisas y con un mejor acabado.

• Moldeo mecánico: Es una versión automatizada del moldeo en arena verde. Las máquinas usan prensas para compactar la arena, creando moldes densos y resistentes que mejoran los resultados del moldeo manual.

• Moldeo Horizontal: A finales de los años 50, se empezaron a usar sistemas hidráulicos para compactar la arena en los moldes, lo que daba más estabilidad y precisión. A finales de los 60, se desarrolló la compactación con aire a presión. La desventaja de estos sistemas es que necesitan muchas piezas de repuesto y su producción es limitada (unas 90-120 moldes por hora).
• Moldeo Vertical: En 1962, una empresa danesa llamada Dansk Industri Syndikat (DISA) creó un método ingenioso de moldeo sin caja, aplicando presión verticalmente. Las primeras máquinas podían producir 240 moldes por hora, y las más modernas llegan a unos 550 moldes por hora. Este método es muy eficiente, productivo y requiere poca mano de obra.

• Moldeo en arena "matchplate": Este método fue patentado en 1910, pero se popularizó en los años 60. Es similar al moldeo vertical. Es muy usado en Estados Unidos, China e India. Una gran ventaja es que los modelos son económicos, es fácil cambiar las piezas de los moldes y es adecuado para fabricar pequeñas series de piezas.

• Moldeo a la cera perdida o microfusión: En este caso, el modelo se hace de cera o plástico. Se cubre con dos capas: una primera para un buen acabado y una segunda de material resistente al calor para darle rigidez. Una vez listo el molde, se calienta para endurecerlo y derretir la cera o el plástico, que sale del molde. Luego, se vierte el metal líquido.

• Fundición en coquilla: Aquí, el molde es de metal.

• Fundición por inyección: El metal líquido se inyecta a alta presión en un molde metálico.

• Fundición prensada: El metal líquido se presiona en el molde.

• Fundición a baja presión: Un crisol con metal derretido se coloca en un recipiente a presión. Un tubo conecta el metal con el molde. Se inyecta aire comprimido o un gas inerte en el recipiente, lo que empuja el metal por el tubo y llena el molde. La presión se mantiene mientras el metal se enfría para compensar el encogimiento. No se necesitan mazarotas ni canales de alimentación.

• Fundición centrifugada: El metal líquido se vierte en un molde que gira a alta velocidad, usando la fuerza centrífuga para distribuir el metal.

Simulación de procesos de fundición

La simulación de procesos de fundición usa cálculos por computadora para predecir cómo quedará una pieza fundida. Considera cómo se llena el molde, cómo se endurece el metal y cómo se enfría. También predice las propiedades del metal, las tensiones y las deformaciones. Esta simulación permite saber con precisión cómo será la pieza final antes de empezar a producirla.

Gracias a esto, se pueden diseñar el molde y los parámetros de fundición para obtener el mejor resultado. Esto no solo reduce la necesidad de hacer muchas pruebas de producción, sino que también ahorra energía, materiales y herramientas.

El software de simulación ayuda a diseñar las piezas, definir cómo se va a fundir, fabricar modelos y moldes, y planificar los tratamientos de calor y el acabado final. Esto ayuda a reducir los costos en todo el proceso de fundición.

La simulación de procesos de fundición comenzó a desarrollarse en universidades a principios de los años 70, principalmente en Europa y Estados Unidos. Se considera una de las innovaciones más importantes en la tecnología de fundición de los últimos 50 años. Desde finales de los años 80, existen programas de software comerciales que permiten a las empresas entender mejor lo que sucede dentro del molde durante la fundición.

Ver también

• Moldeo en arena verde
• Vaciado
• Mazarota
• Regla de Chvorinov

Véase también

En inglés: Casting Facts for Kids