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Introducción Usado desde hace aproximadamente 6 mil años atrás, el proceso de fundición continúa siendo uno de los procesos de manufactura para producir piezas muy pequeñas hasta partes grandes y complejas. El proceso de fundición básicamente involucra 3 pasos: (a) verter el metal liquido en el patrón del molde (b) dejar que la pieza se solidifique y (c) remover la parte del molde. Las consideraciones más importantes en los procesos de fundición son las siguientes:   

el flujo del metal liquido hacia la cavidad del molde la solidificación y el enfriado del metal en el molde influencia del tipo de material del molde

las primeras fundiciones de metal fueron hechas durante el periodo de 4000 a 3000 años antes de cristo, usando piedra y moldes de metal para fundir cobre. Varios procesos de fundición han sido desarrollados con el tiempo, cada uno con sus propias características y aplicaciones para cumplir requerimientos de diseño especifico. Una gran variedad de partes y componentes son creados por el proceso de fundición, entre las cuales podemos destacar bloques de motor, componentes automotativos, equipamiento de agricultura y ferroviario, herramientas de casa, joyería, implantes ortopédicos y una gran cantidad de componentes para turbinas hidráulicas. Los procesos de fundición se dividen en 2 categorías dependiendo en que está basado su molde: (1) molde desechable y (2) molde permanente. Los moldes desechables tienen que ser destruidos para remover la pieza fundida. Ya que se debe de hacer un molde para cada fundición, los ratios de producción en los moldes desechables son a menudo limitados por el tiempo que se requiere para hacer el molde más que por el tiempo que se toma hacer en si la pieza. Sin embargo, para ciertas geometrías, los moldes de arena y la fundición pueden ser producidos a ratios mayores de 400 piezas por hora. En los moldes permanentes, estos son fabricados de metal (o cualquier otro material durable) y puede ser usado tantas veces como se quiera para fabricar tantas piezas como se desee. Por consiguiente, estos procesos poseen una ventaja natural en términos de mejores ratios de producción. El molde mayormente utilizado durante el proceso de fundición es el molde de arena. Casi todas las aleaciones pueden ser fundidas mediante el molde de arena. Esto permite que se puedan utilizar metales con un gran punto de fusión como los son los aceros y titanios. Su versatilidad permite la fundición desde piezas muy pequeñas hasta piezas muy grande y su producción desde pequeñas cantidades hasta una producción en masa. En la tabla 1.1 podemos observar un resumen de las ventajas y desventajas de los diferentes tipos de molde más utilizados durante el proceso de fundición.

Tabla 1.1 – Ventajas y Limitaciones de los Moldes más comunes. TIPO DE MOLDE

VENTAJAS

LIMITACIONES

ARENA VERDE

Casi cualquier metal puede ser fundido, no hay límites en el tamaño de la pieza, forma o peso, bajo costo de maquinado.

Requiere de acabados, acabado de la superficie relativamente grueso, tolerancias amplias.

CAPA SECA

POR MODELO EVAPORATIVO

MOLDE DE YESO

Buena exactitud dimensional y El tamaño de la pieza es acabado de la superficie, alto ratio de limitad, modelos y producción equipamiento costoso. La mayoría de los metales pueden ser Los modelos tienen poca fundidos, no hay limites de tamaño, fuerza y puede ser costoso formas de piezas complejas. para pequeñas cantidades Formas de piezas complejas, buena Limitado a metales no exactitud dimensional y acabado ferrosos, el tamaño de la superficial, baja porosidad pieza es limitado al igual que su volumen de producción, el tiempo que se lleva hacer el molde es relativamente largo.

Formas de piezas complejas, El tamaño de la pieza es tolerancias cercanas, buen acabado limitado MOLDE CERÁMICO superficial

FUNDICIÓN DE CERA PERDIDA

Formas de piezas complejas, Tamaño de la pieza limitado, excelente acabado superficial y casi modelos costosos al igual cualquier metal puede ser utilizado que los moldes y trabajo

MOLDE PERMANENTE

Buen acabado superficial y exactitud Molde de alto costo, tamaño dimensional, baja porosidad y un alto de complejidad de la pieza ratio de producción limitado, no adecuado para metales con un alto punto de fusión.

FUNDICIÓN POR INYECCIÓN

Excelente exactitud dimensional y Inyección de alto costo, acabado superficial, alto ratio de tamaño de la pieza limitado, producción generalmente limitado a metales no ferrosos, tiempo de entrega largo.

FUNDICIÓN CENTRIFUGA

Piezas cilindras o tubulares largas Equipamiento costoso, con buena calidad, alto ratio de forma de la pieza limitado. producción

1.- moldes desechables: típicamente son hechos de arena, yeso, cerámicos y materiales similares y generalmente son mezclados con varios aglutinantes (agentes de unión) para propiedades mejoradas. Un molde típico de arena consiste en 90% arena, 7% arcilla y 3% gua. 2.- moldes permanentes: están hechos de metales que mantienen su fuerza a altas temperaturas. Como su nombre lo implica, son usados repetidamente y están diseñados de tal manera que la pieza fundida pueda ser removida fácilmente y que el molde sea usado para el siguiente proceso. Los moldes de metal son mejores conductores de calor que los moldes desechables no-metálicos; por consiguiente, la solidificación está sujeta a una mayor tasa de enfriamiento, que a su vez afecta la microestructura y el tamaño del grano. 3.- Moldes Compuestos: están fabricados de 2 o más materiales (como puede ser arena, grafito y metal) combinando las ventajas que ofrece cada material. Estos moldes tienen tanto una porción permanente como una desechable y son usados en varios procesos de fundición para incrementar la fuerza del molde, controlar las tasas de enfriamiento y optimizar la economía general del proceso de fundición.

Figura 1.2

En la figura 1.2 se muestra una ilustración esquemática de la secuencia de operaciones para el proceso de fundición mediante el molde de arena. Se observa como el proceso abarca desde (a) el dibujo mecánico de la pieza es usado para generar el diseño del modelo hasta (m) donde la pieza esta terminada, es limpiada, inspeccionada y si es necesario se somete a un tratamiento térmico para mejorar las propiedades especificadas.

Figura 1.3 – moldeo en cascara: fue primeramente desarrollado en la década de los 40’s y ha crecido significativamente ya que puede producir varios tipos de piezas con tolerancias dimensionales cercanas y un buen acabado superficial a un costo bajo. Sus aplicaciones abarcan desde piezas mecánicas pequeñas que requieren alta precisión como las cabezas de cilindros hasta núcleos de alta precisión.

Figura 1.4 – molde cerámico: es similar al molde de yeso, excepto que este tipo de molde utiliza materiales refractarios adecuados para aplicaciones a altas temperaturas. Las partes más comunes que se fabrican con este molde son impulsores y cortadores para operaciones de maquinado. Partes que pesan hasta 700kg han sido fabricadas por este proceso.