PROCESOS DE FUNDICIN Los procesos de fundicin del metal se dividen en dos categoras de acuerdo al tipo de moldes: 1) moldes desechables y 2) moldes permanentes. En las operaciones de fundicin con molde desechable, ste se destruye para remover la parte fundida, como se requiere un nuevo molde por cada nueva fundicin, las velocidades de produccin son limitadas, ya que se requiere ms tiempo para hacer el molde que para la fundicin en s, sin embargo, para ciertas partes se pueden producir moldes y fundiciones a velocidades de 400 partes por hora o mayores. En los procesos de moldeo permanente, el molde se fabrica con metal (u otro material durable) que permite usarlos en repetidas operaciones de fundicin. En consecuencia, estos procesos tienen una ventaja natural para mayores velocidades de produccin.

1.1. FUNDICIN EN ARENALa fundicin en arena es el proceso ms utilizado, la produccin por medio de este mtodo representa la mayor parte del tonelaje total de fundicin. Su versatilidad permite fundir partes muy pequeas o muy grandes y en cantidades de produccin que van de una pieza a millones de stas. La fundicin en arena consiste en vaciar el metal fundido a un molde de arena, dejarlo solidificar y romper despus el molde para remover la fundicin. Posteriormente la fundicin pasa por un proceso de limpieza e inspeccin, pero en ocasiones requiere un tratamiento trmico para mejorar sus propiedades metalrgicas (figura 1.1).

Figura 1.1 Esquema de los pasos de produccin en una operacin tpica de fundicin de arena

1.1.1. ARENAS La mayor parte de las operaciones de fundicin en arena usan arena de slice (SiO2). La arena es econmica y adecuada como material de molde, debido a su resistencia a altas temperaturas. Existen dos tipos generales de arena: y y Naturalmente unida ( arena de banco) Sinttica ( arena de lago)

En vista que su composicin se puede controlar con mayor presicion, la mayor parte de las fundidoras prefieren la arene sinttica. Son importantes varios factores en la seleccin de la arena para los moldes. La arena con granos finos y redondos se puede prensar ms y formar una superficie lisa en el molde. Aunque la arena de grano fino aumenta la resistencia del molde, los granos finos tambin reducen la permeabilidad del molde. Moldes y corazones con buena permeabilidad permiten la fcil salida de gases y vapores que se presentan durante la fundicin. Se utilizan maquinas de mezclar para la integrar uniforme y completamente la arena con los aditivos. Para unir las partculas de arena, dndole resistencia, se utiliza la arcilla bentonita como aglutinante. A menudo se utilizan arenas de zirconio (ZrSiO4), olivino (Mg2SiO4), y silicato de hierro (Fe2SiO4). 1.1.2. MOLDES Componentes del molde en arena: 1. Caja de moldeo: los moldes estn formados por molde superior e inferior 2. Copa de vaciado: se vaca el metal lquido 3. Bebedero: el metal fluye a travs de l 4. Sistema de alimentadores: llevan el metal colado desde la mazarota a la cavidad del molde 5. Mazarota: suministra el Me adicional conforme sta se contrae durante la solidificacin. Mazarota ciega o abierta 6. Corazones: insertos hechos de arena, forman hoquedades. Forman letras en la superficie de la pieza fundida

7. Respiraderos: extraen los gases cuando el Metal fundido entra en contacto con la arena

Figura 1.2 Componentes del molde en arena 1.1.3. VENTAJAS y y Se puede colocar prcticamente cualquier metal; no hay lmite de tamao, forma o peso. Costo herramental bajo.

1.1.4. DESVENTAJAS y y y Se requiere algo de acabado. un acabado algo spero. tolerancias amplias.

1.2. MOLDEO EN CSCARA O CONCHAApareci hacia 1940. Bajas tolerancias dimensionales y buen acabado Caractersticas: y caja con arena fina mezclada con 2.5-4 % de aglutinante (resina termoestable) y la caja se voltea o se sopla la mezcla. La arena recubre el molde y se introduce en el horno, se cura y se extrae el cascarn

y y y y y y

espesor se regula con el tiempo la arena es ms permeable que la de moldeo en arena la eliminacin del aglutinante, produce volumen de gas paredes lisas, sin resistencia al fluido fundiciones con esquinas ms agudas y secciones ms delgadas muy econmico y de elevada calidad

Figura 1.3 Mtodo comn para fabricar moldes de cascarn 1.2.1. VENTAJAS y y Buena precisin dimensional y acabado superficial. Alta velocidad de produccin

1.2.2. DESVENTAJAS y y Restricciones en el tamao de la pieza Se requieren modelos y equipos costosos.

1.3. MODELO CONSUMIBLE (POLIESTIRENO EXPANDIDO)El proceso de fundicin en modelo consumible utiliza un modelo de poliestireno, mismo que se evapora en contacto con el metal fundido para formar una cavidad para la fundicin. Se ha convertido en uno de los procesos de fundicin ms importantes para metales ferrosos y no ferrosos, en particular para la industria automotriz. Caractersticas: La velocidad de flujo depende de la rapidez de degradacin del polmero 0.1m/s 1m/s y se puede variar introduciendo cavidades o secciones huecas en el molde y el metal fundido se enfra ms aprisa que en una cavidad y disminuye la fluidez, en comparacin al molde en arena Aplicaciones: y cabezas de cilindros, cigeales, componentes de frenos, motores de aluminio. y 1.3.1. Ventajas: y y y y y y Proceso simple, no existen lneas de particin, flexibilidad de diseo bajo costo, solo cajas de moldeo Poliestireno es barato, se puede procesar con formas complejas Requiere un mnimo de operaciones de acabado Puede ser automatizado y es econmico La mayor parte de los metales pueden ser fundiciones sin lmite de tamao.

1.3.2. DESVENTAJAS y Los modelos tienen baja resistencia y pueden ser costosos para pequeas cantidades.

1.4. FUNDICION EN MOLDE DE YESOCuando se desea la fabricacin de varios tipos de piezas de tamao reducido y de baja calidad en su terminado superficial, se utiliza el proceso de fundicin en molde de yeso. Este consiste en la incrustacin de las piezas modelo que se desean fundir, en una caja llena con pasta de yeso, cuando se ha endurecido el yeso, se extraen las piezas que sirvieron de modelo y por gravedad se llenan las cavidades con metal fundido. El sistema anterior puede producir grandes cantidades de piezas fundidas con las formas deseadas. Caractersticas: y y y y y y y y y Molde de yeso (sulfato de calcio) con talco o harina de slice mejorar la resistencia y controlar el tiempo para el curado del yeso curado el yeso, se retira el patrn y se seca para eliminar el agua las mitades del molde se ensamblan y forman la cavidad el Me es vaciado en el molde baja permeabilidad del molde, los gases no escapan Me es vaciado a vaco o a presin piezas con gran acabado superficial las fundiciones se enfran lentamente, grano ms uniforme, menos deformacin

1.5. FUNDICION EN MOLDE CERMICOParecido al moldeo con yeso, salvo que utiliza material refractario: y barro y zirconio (ZrSiO4) y xido de aluminio + slice fundido y mezcla, vierte en el molde Caractersticas:

y y y y

Molde de madera o metal Buena precisin y acabado dimensional Variedad de tamaos y formas complejas Piezas de hasta 700 Kg

Figura 1.5 Molde cermico tpico de dados de acero usados en la forja en caliente 1.5.1. VENTAJAS y y y Formas complejas Piezas de tolerancias estrechas Buen acabado superficial.

1.5.2. DESVENTAJAS y Tamao limitado.

1.6. FUNDICION POR REVESTIMIENTO (CERA PERDIDA)En el proceso de fundicin por revestimiento, el modelo es revestido con un material refractario (slice fina) y presenta la ventaja de ser reutilizables. Este proceso resulta adecuado para la fundicin de aleaciones de alto punto de fusin con un buen acabado superficial y tolerancias dimensionales. Las piezas tpicas que se fabrican son componente para equipo de oficina as como componentes mecnicos como engranes, levas, vlvulas y trinquetes. Procedimiento:

El molde de una pieza se seca al aire y se calienta a una temperatura de 90C-175C- Se deja en una posicin invertida durante aproximadamente 12 horas para fundir la cera. El molde se quema entonces a 650C-1050C por aproximadamente 4 horas, dependiendo del metal que se va a fundir, a fin de eliminar el agua de cristalizacin (agua qumicamente combinada) y quemar cualquier cera residual. Una vez vaciado el metal y solidificado, se rompe el molde y se retira la fundicin. Se pueden unir un conjunto de patrones para formar un molde, llamado un rbol, incrementando de manera significativa la tasa de produccin.

Figura 1.6 Moldeo por cera perdida 1.6.1. VENTAJAS: y y y Formas complejas. Acabado superficial y precisin excelentes. Prcticamente se puede fundir cualquier metal.

1.6.2. DESVENTAJAS y y El tamao de la pieza es limitado. Modelos, moldes y mano de obra costosos.

1.7. FUNDICION AL VACIOEl proceso de fundicin al Vaco utiliza moldes de silicona y resinas de poliuretano para fabricar copias rpidas y econmicas de los componentes originales. La amplia gama de

materiales de poliuretano y acabados superficiales asegura que la mayora de los plsticos pueden ser reproducidos de forma precisa utilizando este proceso. Este proceso es ideal para hacer prototipos y para pequeos lotes de produccin donde los volmenes no justifican el gasto de un utillaje de inyeccin.

Figura 1.7 Fundicin al vacio 1.7.1. Ventajasy y y y y

Econmico para fundicin de series pequeas de poliuretano Variedad de propiedades y tipos de material Rpido tiempo de respuesta Utillajes ms baratos Mnimo compromiso financiero

1.7.2. Desventajas y El utillaje del molde de silicona dura aproximadamente para 50 fundiciones y puede contener uno o varios componentes dependiendo del tamao.

1.8. FUNDICION EN MOLDE PERMANENTELa fundicin en molde permanente usa un molde metlico construido en dos secciones que estn diseadas para cerrar y abrir con precisin y facilidad. Los moldes se hacen comnmente de acero o hierro fundido. La cavidad junto con el sistema de vaciado se

forma por maquinado en las dos mitades del molde a fin de lograr una alta precisin dimensional y un buen acabado superficial. Los metales que se funden comnmente en molde permanente son: aluminio, magnesio, aleaciones de cobre y hierro fundido, Sin embargo, el hierro fundido requiere una alta temperatura de vaciado, 1250 C a 1500 C, lo cual acorta significativamente la vida del molde. Las temperaturas ms altas de vaciado para el acero, hacen inapropiado el uso de moldes permanentes para este metal, a menos que se hagan en moldes de material refractario.

Figura 1.8 Fundicin permanente

1.9. Fundicin en matricesEn este proceso el metal lquido se inyecta a presin en un molde metlico (matriz), la inyeccin se hace a una presin entre 10 y 14 Mpa, las piezas logradas con este procedimiento son de gran calidad en lo que se refiere a su terminado y a sus dimensiones. Este procedimiento es uno de los ms utilizados para la produccin de

grandes cantidades de piezas fundidas. Se pueden utilizar dos tipos de sistema de inyeccin en la fundicin en matrices.y y

Cmara caliente Cmara fra

1.9.1. Cmara caliente El procedimiento de fusin en cmara caliente se realiza cuando un cilindro es sumergido en el metal derretido y con un pistn se empuja el metal hacia una salida la que descarga a la matriz. Las aleaciones ms utilizadas en este mtodo son las de bajo punto de fusin como las de zinc, estao y plomo. Las piezas que se producen son de 20 a 40 kg y se llegan a manejar presiones superiores a los 35 Mpa. Es un proceso rpido que se puede fcilmente mecanizar.

Figura 1.9 moldeo en cmara caliente

1.9.2. Fundicin en cmara fra

Figura 1.10 fundicin en cmara fra El proceso con cmara fra se lleva metal fundido por medio de un cucharn hasta un cilindro por el cual corre un pistn que empuja al metal a la matriz de fundicin, las piezas obtenidas son de unos cuantos gramos a 10 kg y slo es recomendable en trabajos de poca produccin.

1.10. Fundicin huecaEs un sistema de produccin de piezas metlicas huecas sin corazones fijos. Consiste en vaciar metal fundido en un molde que es volteado cuando se empieza a solidificar el metal. El metal que no se ha solidificado sale del molde para ser utilizado en otra pieza y el metal solidificado forma las paredes de la pieza. El resultado son paredes delgadas de metal.

1.11. Fundicin prensada o de CorthiasEs un proceso para producir piezas huecas pero de mayor calidad que la fundicin hueca. Se vaca una cantidad especfica de metal fundido en el interior de un molde con un

extremo abierto por el que se introduce un corazn que obliga al metal fundido a distribuirse uniformemente en todo el molde, una vez que empieza a solidificarse el metal del molde, se extrae el corazn, lo que origina una pieza de buena calidad. Este sistema de fundicin es considerado como artesanal y slo es rentable cuando se van a fabricar pocas piezas.

1.12.Fundicin centrfugaLa fundicin centrfuga es un mtodo en el que aprovecha la fuerza centrfuga que se puede general al hacer girar el metal en tordo de un eje. Existen tres tipos de fundicin centrfuga: y y y Fundicin centrfuga real Fundicin semicentrfuga Centrifugado

1.12.1. Fundicin centrfuga real

Figura 1.11 Fundicin centrfuga Es el procedimiento utilizado para la fabricacin de tubos sin costura, camisas y objetos simtricos, los moldes se llenan del material fundido de manera uniforme y se hace girar al molde sobre su eje de rotacin.

1.12.2. Fundicin semicentrfuga Es un mtodo en el que el material fundido se hace llegar a los extremos de los moldes por la fuerza centrfuga que genera hacer girar a los moldes, los extremos se llenan del material fundido, con buena densidad y uniformidad. El centro tiene poco material o de poca densidad. Por lo regular el centro en este tipo de sistemas de fundicin es maquinado posteriormente.

Figura 1.12 Fundicin semicentrfuga 1.12.3. Centrifugado Es un sistema donde por medio de un tallo se hace llegar metal fundido a racimos de piezas colocadas simtricamente en la periferia. Al poner a girar el sistema se genera fuerza centrfuga la que es utilizada para aumentar la uniformidad del metal que llena las cavidades de los moldes.

Figura 1.13 Centrifugado

1.13. BIBLIOGRAFIAy y y y http://kambry.es/Apuntes%20Web/Procesos%20de%20fundicion.pdf http://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/bariloche/Trabajos/A02/0205.pdf KALPAKJIAN, SEPARE; Manufactura-Ingeniera y Tecnologa http://www.nebrija.es/~mecanica/pind1/PROCESODEFUNDICION(permanentes).pdf