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• Paul Kong

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FUNDICION

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

.

FUNDICON EN ARENA  La

fundición en arena consiste en colar un metal fundido, típicamente aleaciones de hierro, acero, bronce, latón y otros, en un molde de arena, dejarlo solidificar y posteriormente romper el molde para extraer la pieza fundida.

DISEÑO DEL MODELO La fundición en arena requiere un modelo a tamaño natural de madera, plástico y metales que define la forma externa de la pieza que se pretende reproducir y que formará la cavidad interna en el molde.  Para el diseño del modelo se debe tener en cuenta una serie de medidas derivadas de la naturaleza del proceso de fundición: 

MODELO DE MADERA PARA DEFINIR LA FORMA EXTERNA DE LA PIESA

Debe ser ligeramente más grande que la pieza final, ya que se debe tener en cuenta la contracción de la misma una vez se haya enfriado a temperatura ambiente. El porcentaje de reducción depende del material empleado para la fundición.  A esta dimensión se debe dar una sobremedida en los casos en el que se dé un proceso adicional de maquinado o acabado por arranque de viruta. 

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Los moldes, generalmente, se encuentran divididos en dos partes, la parte superior denominada cope y la parte inferior denominada draga que se corresponden a sendas partes del molde que es necesario fabricar. Los moldes se pueden distinguir: Moldes de arena verde: estos moldes contienen arena húmeda. Moldes de arena fría: usa aglutinantes orgánicos e inorgánicos para fortalecer el molde. Estos moldes no son cocidos en hornos y tienen como ventaja que son más precisos dimensionalmente pero también más caros que los moldes de arena verde. Moldes no horneados: estos moldes no necesitan ser cocidos debido a sus aglutinantes (mezcla de arena y resina). Las aleaciones metálicas que típicamente se utilizan con estos moldes son el latón, el hierro y el aluminio.

COPE

DRAGA

LAS ETAPAS QUE SE DIFERENCIAN EN LA FABRICACIÓN DE UNA PIEZA METÁLICA POR FUNDICIÓN EN ARENA COMPRENDE: 

Compactación de la arena alrededor del modelo en la caja de moldeo. Para ello primeramente se coloca cada semimodelo en una tabla, dando lugar a las llamadas tablas modelo, que garantizan que posteriormente ambas partes del molde encajarán perfectamente.

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Colocación del macho o corazones. Si la pieza que se quiere fabricar es hueca, será necesario disponer machos, también llamados corazones que eviten que el metal fundido rellene dichas oquedades. Los machos se elaboran con arenas especiales debido a que deben ser más resistentes que el molde, ya que es necesario manipularlos para su colocación en el molde

. Vertido del material fundido. La entrada del metal fundido hacia la cavidad del molde se reColadaaliza a través de la copa o bebedero de colada y varios canales de alimentación.  Enfriamiento y solidificación. Esta etapa es crítica de todo el proceso, ya que un enfriamiento excesivamente rápido puede provocar tensiones mecánicas en la pieza, e incluso la aparición de grietas, mientras que si es demasiado lento disminuye la productividad. 

Desmoldeo. Rotura del molde y extracción de la pieza. En el desmoldeo también debe retirarse la arena del macho. Toda esta arena se recicla para la construcción de nuevos moldes.  Desbarbado. Consiste en la eliminación de los conductos de alimentación, mazarota y rebarbas procedentes de la junta de ambas caras del molde.  Acabado y limpieza de los restos de arena adheridos. Posteriormente la pieza puede requerir mecanizado, tratamiento térmico, etc. 

FUNDICION A LA CERA PERDIDA 

Sirve para obtener figuras de metal (generalmente bronce) por medio de un molde que se elabora a partir de un prototipo tradicionalmente modelado en cera de abeja. Este modelo previo es rodeado de una gruesa capa de material blando que se solidifica; una vez endurecido, se mete en un horno, que derrite la cera de la figura de cera, saliendo ésta por unos orificios creados al efecto (de ahí su denominación) y, en su lugar, se inyecta el metal fundido, que adopta la forma exacta del modelo. Para extraer la pieza final es necesario destruir el molde. Gracias a esta técnica de vaciado, es posible conseguir figuras metálicas, sólidas y duraderas, con detalles que sería imposible lograr por otros medios.

Actualmente existen otros materiales que pueden sustituir a la cera de abeja, como la parafina, la gelatina, el látex o la silicona.

Modelo de una manzana en cera de abeja.

El mismo modelo realizado en parafina.

Modelo hecho en escayola con un molde bivalvo.

CREACIÓN DEL MOLDE 

Sea cual sea el proceso, una vez liberado el modelo final, va siendo rodeado o forrado de algún material maleable pero que se endurezca poco a poco (ladrillo molido, o escayola) y que sea refractario. Se van aplicando tantas capas como sea necesario, para crear un molde hermético, de una sola pieza. Únicamente hay que colocar unos soportes de acero, a modo de puntas, que se claven en el modelo blando del interior y que quedan fuertemente sujetos al molde exterior. Igualmente se abre un número variable de pequeños orificios, llamados bebederos, que se consiguen colocando canutos de papel encerado, que comunican el interior con el exterior. Además, está el orificio principal, en forma de embudo.

Actualmente, la primera capa se hace de material cerámico refractario, de gran precisión, compuesto de polvo de sílice, el resto puede ser de ladrillo refractario más basto. Cuando se ha endurecido el molde definitivo, con sus bebederos y clavos, hay dos posibilidades. Si la escultura va a ser pequeña, se puede verter directamente el bronce fundido. Pero si la figura es monumental, la cantidad de bronce puede ser excesiva, tanto por el coste económico, como por el peso resultante. Por eso es conveniente conseguir que la forma sea hueca.

¿Cómo se consigue eso?

En primer lugar se vierte por el orificio principal una pequeña cantidad de cera que quede adherida a las paredes del molde cubriendo por completo su superficie interna; se pueden verter varias capas de cera, para obtener un mayor grosor de la futura capa de bronce. El interior sigue quedando vacío y se rellena con una sustancia que va a actuar de “macho”: una solución de ladrillo poroso molido y escayola, por lo que al endurecer queda un alma ligera pero maciza y resistente, sujeta por los clavos que tiene el molde, de modo que no se mueve y no deforma la cera. Ahora ya se puede llevar el molde, convertido en un bloque sólido y resistente, al horno de fundición o “mufla”.

PROCESO DE FUNDICIÓN 

Al introducir el molde en la mufla (en posición invertida), la cera se derrite y sale por los bebederos o por el orificio principal, pero el macho queda fijado por los clavos manteniendo la misma separación y disposición y dejando un hueco homogéneo entre el alma y el molde. Ese hueco es el que será rellenado por el bronce licuado, al ser vertido por el orificio principal. El bronce debe rebosar por los bebederos, que facilitan la salida de aire, asegurándose de que no queden burbujas, ni restos de cera o escayola. El proceso puede llegar a durar desde decenas de horas a varios días, dependiendo del tamaño de la figura (recordemos que las piezas pequeñas pueden fundirse y desmoldarse sin necesidad de macho o alma).

La escultura de bronce recién extraída, con los bebederos, antes del acabado.

DESMOLDADO Y ACABADO 

Una vez enfriados el bronce y el bloque macizo, se procede al desmoldado, que sólo puede hacerse destruyendo el bloque (puesto que éste es de una sola pieza y no es posible abrirlo sin romperlo). La figura aislada resultante es de textura áspera, porosa y seguramente tenga imperfecciones, junto con los restos de los bebederos. Es necesario que el artista corte los bebederos, lime, pulimente y abrillante la superficie (y, si hay huecos hechos por burbujas, se rellenarían con metal fundido y se limarían), hasta lustrar el metal. En la actualidad es común usar arena muy fina proyectada a gran velocidad para el acabado.

MOLDEO EN CÁSCARA O CONCHA 

La fundición a través de conformación de moldes tipo cáscara o concha, conocido como Shell Molding, fue desarrollada por primera vez y patentada por Croning, en Alemania, en la década del 40, durante la segunda guerra mundial, por ello es conocido también como ‘Croning process’.

Se utiliza moldeo en cáscara ya que a través de esta técnica pueden obtenerse piezas de formas simples y complejas con muy buen acabado, nivel de detalle y tolerancias pequeñas, para un amplio rango de aleaciones. El nivel de precisión de las piezas producidas a través de moldeo en cáscara es menor que aquel alcanzado con la técnica de fundición a la cera perdida, sin embargo es mayor que el alcanzado a través de las técnicas convencionales de molde de arena y tiene un bajo costo comparativo.

PROCEDIMIENTO  

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Se construye un modelo metálico con la forma de la pieza que se desee fabricar. El modelo metálico se calienta hasta temperaturas de entre 150 y 350ºC, dependiendo del metal. Luego se rocía con algún agente lubricante, que evite que la arena que posteriormente se depositará sobre él se adhiera por completo. El modelo se incorpora a una placa que deja descubierta sólo una de sus mitades. La mitad caliente del modelo es dispuesta sobre una caja con arena que previamente ha sido mezclada con una resina termoendurecible.

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La caja es volteada de manera que la mezcla arena-resina pueda depositarse sobre el modelo metálico. El modelo es mantenido caliente, generalmente en forma eléctrica. Debido a la temperatura del modelo, la mezcla circundante se endurece, gracias a la propiedad de la resina endurecible, formándose entonces una reproducción en negativo de la forma del modelo, de pequeño espesor. Esta reproducción constituye la cáscara o concha. La caja vuelve a voltearse hasta su posición original, de forma que el exceso de mezcla, la mezcla que no endureció, caiga, separándose del modelo y dejando en él solamente la cáscara.

El modelo metálico con la cáscara se retira de la caja con la cáscara adherida y el conjunto se introduce en un horno.  La cáscara se separa del molde, se deja enfriar y se une mediante una prensa con la otra mitad, para conformar el molde.  Una vez conformado el molde la fundición se realiza de manera convencional, es decir, se vierte el metal líquido dentro del molde y se espera que solidifique para finalmente retirar la mezcla arena-resina de su superficie. 

ESTE ES EL MÉTODO TRADICIONALMENTE UTILIZADO. UN ESQUEMA BÁSICO DE LA CONFORMACIÓN DEL MOLDE ‘CÁSCARA’ SE MUESTRA EN LA FIGURA 1.

Figura 1. Etapa primaria de la conformación de la cáscara.

En la figura 2 se muestra una variante del proceso ya descrito, en que la mezcla arenaresina es inicialmente contenida en un depósito, luego dispuesta sobre el modelo que descansa en posición horizontal, y liberada mediante la apertura de la compuerta o persiana que la contiene. La mezcla entonces endurece formando la concha, el conjunto es invertido de manera de separar la arena sobrante, la compuerta es nuevamente cerrada y el depósito es retirado de la placa que contiene el modelo.

Figura 2. Proceso alternativo de conformación de la cáscara.

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La figura 3 ilustra el procedimiento completo, desde que el modelo metálico caliente es puesto sobre el depósito de arena (1) hasta que las cáscaras correspondientes a cada mitad son dispuestas en forma de molde con ayuda de una prensa (6), de modo de verter el metal líquido y obtener la pieza deseada (7). El recalentamiento del conjunto modelocáscara en un horno se lleva a cabo para que la resina se cure y de este modo la cáscara adquiera rigidez. Una vez recalentada, la concha es retirada del modelo mediante eyectores (bujes de eyección) y enfriada antes de ser unida al hemisferio restante para conformar el molde. En la conformación del molde, además de prensar las mitades, se aplica en sus borden un sellante que evita las fugas de metal líquido.

Figura 3. Obtención de pieza mediante fundición en molde ‘cáscara’.

EJEMPLO DE FABRICACIÓN DE PIEZA

(1) Modelo o patrón metálico

(2) Cáscara formada

(3) Cáscaras retiradas del modelo

(4) Conformación de molde

(5) Llenado del molde con aleación de Aluminio.

(6) Pieza lista