Fundición

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.

Forjado

La forja es el proceso que modifica la forma de los metales por deformación plástica cuando se somete al acero a una presión o a una serie continuada de impactos. La forja generalmente se realiza a altas temperaturas porque así se mejora la calidad metalúrgica y las propiedades mecánicas del acero.

Proceso de modelado del hierro y otros materiales

maleables golpeándolos o troquelándolos después de

hacerlos dúctiles mediante aplicación de calor. Las técnicas

de forjado son útiles para trabajar el metal porque permiten

darle la forma deseada y además mejoran la estructura del

mismo, sobre todo porque refinan su tamaño de grano. El

metal forjado es más fuerte y dúctil que el metal fundido y

muestra una mayor resistencia a la fatiga y el impacto.

Historia del hierro forjado

No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fundir

mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. Los

primeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan

del año 3000 a.C., y se sabe que antes de esa época se empleaban adornos

de hierro. Los griegos ya conocían hacia el 1000 a.C. la técnica, de cierta

complejidad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento térmico.

Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho,

todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C.) se

clasificarían en la actualidad como hierro forjado.

Producción del hierro forjado en la

antigüedad

Para producir esas aleaciones se calentaba una masa

de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o

forja con tiro forzado. Ese tratamiento reducía el

mineral a una masa esponjosa de hierro metálico llena

de una escoria formada por impurezas metálicas y

cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se

retiraba mientras permanecía incandescente y se

golpeaba con pesados martillos para expulsar la

escoria y soldar y consolidar el hierro.

CICLO TÉRMICO DE LA FORJA:

La forja se realiza con tres fases:

1. Calentamiento del metal a la

temperatura de forja.

2. Operación de forja, que es donde se

produce la deformación.

3. Enfriamiento a la temperatura ambiente.

Forja manual

La forja manual es la forma más sencilla de forjado y es uno de los

primeros métodos con que se trabajó el metal. Primero, el metal se

calienta al rojo vivo en el fuego de una fragua, y después se golpea sobre

un yunque para darle forma con grandes martillos denominados machos

de fragua.

En la fragua se emplean como combustible diversos tipos de carbón,

entre ellos coque o carbón vegetal. El herrero además de martillos,

emplea otras herramientas en las diferentes operaciones de forja.

Tipos básicos de forjado:

El engrosado, que consiste en reducir la

longitud del metal y aumentar su diámetro.

La compresión, para reducir el diámetro del

metal. Para engrosar una pieza de metal se

golpea a lo largo de la dimensión más larga (por

ejemplo, el extremo de una barra o varilla), lo

que acorta y comprime la pieza. La compresión

se logra golpeando el trozo de metal mientras se

sujeta sobre el yunque con alguna de las

diversas herramientas cóncavas llamadas

estampas de forja.

El doblado, se consigue golpeando la pieza

alrededor de un molde o haciendo palanca con

la pieza en un punto de apoyo.

La soldadura, o unión de dos piezas de metal por

semifusión.

Para soldar hierro en la fragua, se aplica en primer lugar un

fundente —como el bórax— al metal calentado, y después

se juntan éstas golpeando una contra otra a altas

temperaturas; si está bien hecha, una junta soldada de este

tipo es homogénea y tan resistente como el metal original.

El perforado, o formación de pequeñas aberturas en el

metal.

Para taladrar agujeros pequeños se apoya el trozo de metal

en una pieza anular situada encima del yunque y se

atraviesa con un punzón a golpes de martillo.

El recortado o realización de grandes agujeros.

Para recortar agujeros mayores o trozos de metal se

emplean cinceles pesados y afilados, similares a los

cortafríos utilizados para cortar metal en frío. La combinación

de varias operaciones puede producir piezas forjadas de una

gran variedad de formas.

FORJA MECÁNICA

La principal diferencia entre la forja manual y mecánica es que en ésta se

emplean diversos martillos y prensas mecánicas en lugar de machos de

fragua. Estas máquinas permiten al operador golpear el metal con fuerza y

rapidez y producir piezas forjadas de gran tamaño y alta calidad con la

velocidad que exigen las modernas cadenas de montaje.

Otra ventaja del forjado

mecánico es que cuanto

más fuertes sean los golpes

durante el forjado, más se

mejora la calidad de la

estructura metálica.

Trabajando toda la pieza a

la vez se obtiene un tamaño

de grano muy fino, que

proporciona una máxima

resistencia al impacto.

Cuando se forja a mano una

pieza grande, sólo se

deforma la superficie,

mientras que un martillo o

prensa mecánicos deforman

el metal de toda la pieza.

Un tipo especial de forja mecánica es la forja con troquel, también

llamada estampación en caliente. En este método se coloca el metal

caliente y blando entre dos troqueles y se presiona el troquel superior

contra el inferior, lo que fuerza al metal caliente a entrar en las

cavidades de los troqueles, como ocurre en la acuñación de monedas.

lo mas importante.

La fundición de los materiales es una tecnología prehistórica que nació cuando los antiguos usaron las técnicas del fuego. Llamadas piro tecnologías las cuales proveyeron las bases del desarrollo de la fundición.

En el periodo neolítico, durante la edad de piedra (año 6000 a.C.) el hombre empieza a explotar el oro y el bronce, pero no conoce otro método de creación de piezas que el de dar martillazos. Luego comprendió que el cobre se quebraba con los golpes, pero que al calentarse se fundía y se podía vaciar en moldes y solidificarse cuando esta frio. los primeros moldes eran de piedra de jabón o jaboncillo de sastre (esteatica). esta era una piedra blanda y de facil corte que soportaban las altas temperaturas del metal fundido.Por la dificultad de tallar la piedra se empezó a utilizar la arcilla arenosa, en que se podía envolver el objeto, para luego quemarlo.

Historia de la Fundición

Todo indica que el hiero fue descubierto por mandato del emperador chino FOU-HI aproximadamente en el año 5.000A.C.

Los arqueólogos llaman calcolítico a la edad en que los metales fueron por primera vez dominados y precedió a la edad de bronce entre los años 5000 y 3000A.C. En estos años los moldes eran rudimentarios y usaban como combustible el carbón vegetal y los moldes que usaban para dar forma al metal eran de piedra.

El trabajo de el bronce y el cobre nació en Asia occidental entre los años 5.000 y 3.000A.C. obtenidos por fusión de minerales de malaquita.

Historia de la Fundición

Los procesos de fundición comienzan con la fusión del metal para verterlo en los moldes. Para fundir el metal se utilizan:

El horno de manga (patentado en 1749) es el tipo de horno más antiguo usando en la industria de la fundición y todavía se usa para producir hierro fundido. El metal es fundido mediante contacto directo con un flujo a contracorriente de gases calientes provenientes de la combustión del coque. El

horno de manga generalmente está equipado con un sistema de control de emisiones .

Los hornos eléctricos son usados principalmente por grandes fundiciones y

plantas siderúrgicas. Se suministra calor mediante un arco eléctrico. Se forman capas de escoria protectora en el horno mediante la adición intencional de sílice y cal. La escoria protege al metal derretido del aire y extrae ciertas impurezas.

Los hornos de inducción se han convertido gradualmente en los hornos más usados para

la fundición de hierro y, crecientemente, para aleaciones no ferrosas. Estos hornos tienen un excelente control metalúrgico y están relativamente libres de contaminación. Los hornos de inducción sin núcleo tienen una capacidad típica de 5 toneladas a 10 toneladas. En los hornos de canal, la bobina rodea a un inductor. son hornos eléctricos de corriente alterna

Los hornos de reverbero y de crisol son usados ampliamente para la fundición en

lotes de metales no ferrosos como aluminio, cobre, zinc y magnesio. En un horno de crisol, el metal fundido es mantenido en una estructura con forma de marmita (crisol). Los calentadores eléctricos o a combustible fuera de esta estructura generan el calor que pasa a través de ella hasta el metal fundido.

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 molde habilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido.

El proceso comienza con la elaboración del modelo que es la pieza que se desea reproducir, usualmente es hecha en madera o yeso, pero cuando la producción es en masa se la maquina en metales “blandos “como el aluminio, es evidente que debe ser ligeramente más grande que la pieza que se desea fabricar ya que existe contracciones del metal cuando se enfría, son necesarias las previsiones para evacuación de gases, usualmente conocidos como venteos.

Luego se procede a la fabricación de la matriz de arena o molde la cual se comienza compactando la arena alrededor del modelo, cuando se requiere fabricar una pieza que es hueca se debe provisionar un “macho” que es un elemento sólido colocado en la matriz para que allí no ingrese el metal fundido.

Un vez retirado el modelo y las dos partes del molde, es frecuente esta geometría para poder retirar el modelo.

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.

PROCESO de FUNDICIÓN

Según el tipo de modelo:

Modelos removibles

Modelos desechables

Fundición ala 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

Modelo removible

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

Modelo desechables

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.

Los moldes se clasifican según los materiales usados.

1. Moldes de arena en verde.

2. Moldes con capa seca.

3. Moldes con arena seca.

4. Moldes de arcilla.

5. Moldes furánico.

6. Moldes de CO2

7. Moldes de metal.

8. Moldes especiales.

Estas máquinas ofrecen velocidades mas altas de producción y mejor calidad de los colados además de mano de obra ligera y costos más bajos.

1.Máquinas de moldeo por sacudida y compresión

2.Maquinas de sacudida y vuelco con retiro del

modelo

3.Máquina lanzadora de arena

Los procesos de moldes en fundición comercialmente ordinaria pueden ser clasificados como

1. Moldeo en banco

2. Moldeo en piso

3. Molde en maquina

Para el proceso de fundición y la construcción de moldes existen distintos tipos de arena, en la industria los mas usados son:

Arena Sílica (Si O 2)

se encuentra en muchos depósitos

naturales, y es adecuada para propósitos

de moldeo por que puede resistir altas

temperaturas sin descomponerse. es de

bajo costo, tiene gran duración y existe

una gran variedad de tamaño y formas

de grano. tiene una alta relación de

expansión al estar sometida al calor y

tiendencia a fusionarse con el metal.

Arenas naturales (semi sintéticas)

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. Con las

arenas sintéticas se generan menos

gas ya que se requiere menos del

5% de humedad para que desarrolle

su resistencia adecuada.

Nota

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.