Comprensión de la fundición en arena: materiales de moldeo, proceso de fundición y control de calidad.

La fundición en arena es uno de los procesos de fundición de metales más utilizados para la producción de componentes industriales personalizados. Gracias a su flexibilidad, rentabilidad y capacidad para fabricar geometrías complejas, la fundición en arena se aplica comúnmente en industrias como la fabricación de maquinaria, equipos de minería, maquinaria agrícola, componentes automotrices y equipos industriales.

En el caso de las piezas fundidas a medida, la calidad de los materiales de moldeo, la preparación del molde, el control del vertido y la inspección posterior a la fundición influyen directamente en el rendimiento del producto final.

1. Materiales de moldeo utilizados en la fundición en arena

Los materiales de moldeo utilizados en la fundición en arena incluyen principalmente arena de moldeo y arena para machos. Estos materiales son los responsables de formar la cavidad donde se vierte el metal fundido y se solidifica adquiriendo la forma deseada del componente.

Un sistema típico de arena de moldeo consta de varios elementos clave:

• Arena: Su componente principal es la arena de sílice (SiO₂). La arena de fundición de alta calidad suele requerir un alto contenido de sílice, generalmente entre el 85 % y el 97 %. Las partículas de arena deben tener una forma adecuada y un tamaño uniforme para garantizar un buen rendimiento de moldeo. Para la fundición de aleaciones de alta temperatura, se pueden seleccionar arenas especiales como la arena de circonio, la arena de magnesia y la arena de cromo debido a su mayor resistencia al calor.
• Aglutinante: El aglutinante se utiliza para unir las partículas de arena y proporcionar la resistencia suficiente al molde. Los aglutinantes comunes incluyen materiales arcillosos como la arcilla común y la bentonita.
• Agua: El agua ayuda a combinar la arena y la arcilla para formar arena de moldeo con la resistencia y permeabilidad adecuadas.
• Aditivos: Se pueden añadir materiales adicionales según los requisitos de fundición. Por ejemplo, el polvo de carbón y el aceite pesado pueden ayudar a reducir la adherencia de la arena, mientras que las virutas de madera pueden mejorar la colapsabilidad y la permeabilidad a los gases.
• Materiales de recubrimiento: Se aplican recubrimientos a las superficies de moldes y núcleos para reducir la adherencia de arena y mejorar la calidad de la superficie de la pieza fundida. Los recubrimientos de polvo de grafito se utilizan comúnmente para componentes de hierro fundido, mientras que los recubrimientos de polvo de cuarzo pueden utilizarse para piezas de acero fundido.

2. Propiedades importantes de la arena de moldeo

El rendimiento de la arena de moldeo afecta directamente la calidad de la fundición. Los materiales de moldeo de baja calidad pueden causar defectos como porosidad gaseosa, inclusiones de arena y adherencia de la arena. La arena de moldeo de alta calidad debe tener las siguientes características:

Permeabilidad

La permeabilidad se refiere a la capacidad de la arena de moldeo para permitir la salida de gases durante el vertido. Cuando el metal fundido entra en la cavidad del molde, se genera una gran cantidad de gas. Si estos gases no se pueden evacuar eficazmente, pueden producirse defectos de fundición como poros y llenado incompleto. La permeabilidad está influenciada por el tamaño de las partículas de arena, el contenido de arcilla, el contenido de humedad y el nivel de compactación del molde.

Fortaleza

La arena de moldeo debe tener la resistencia suficiente para mantener la integridad del molde durante el moldeo, el transporte y el vertido. Sin embargo, una resistencia excesiva puede reducir la permeabilidad y la colapsabilidad, lo que también puede afectar negativamente la calidad de la fundición.

Obstinación

La refractariedad es la capacidad de la arena de moldeo para soportar altas temperaturas sin fundirse ni reaccionar con el metal fundido. Un mayor contenido de sílice y partículas de arena más grandes generalmente mejoran la resistencia al calor y reducen el riesgo de adherencia de la arena.

Plasticidad

La plasticidad permite que la arena de moldeo se deforme bajo la acción de una fuerza externa, manteniendo su forma después del moldeo. Una buena plasticidad ayuda a crear cavidades de molde precisas con detalles nítidos.

Colgabilidad

La colapsabilidad se refiere a la capacidad de la arena de moldeo para comprimirse durante la solidificación del metal. Una buena colapsabilidad ayuda a reducir las tensiones internas y previene el agrietamiento tras el enfriamiento de la pieza fundida. La adición de materiales como virutas de madera puede mejorar esta propiedad.

3. Estructura de un molde de arena

Un molde de arena completo generalmente consta de:

• Molde superior
• Molde inferior
• Centro
• Cavidad del molde
• Sistema de compuertas

La superficie de contacto entre los moldes superior e inferior se denomina línea de separación. La cavidad del molde es el espacio formado por los materiales de moldeo donde el metal fundido entra y se solidifica, adquiriendo la forma final de la pieza fundida. Durante el vertido, el metal fundido fluye a través del sistema de alimentación hacia la cavidad, mientras que los gases generados se liberan a través de los canales de ventilación.

4. Sistema de compuertas y control de vertido

El sistema de alimentación consiste en una serie de canales diseñados para guiar el metal fundido hacia la cavidad del molde.

Sus funciones principales incluyen:

• Garantizar un flujo de metal suave y estable.
• Evitar que las partículas de escoria y arena entren en la cavidad.
• Control de la distribución de la temperatura
• Compensación de la contracción durante el enfriamiento y la solidificación

Un sistema de compuertas típico incluye:

• Vaso para verter
• bebedero
• Corredor
• Puerta
• Tubo de subida

Un diseño adecuado del sistema de alimentación ayuda a mejorar la calidad de la fundición y a reducir los defectos.

5. Fabricación de moldes y cajas de machos

Los materiales utilizados para los moldes y las cajas de machos suelen incluir madera, metal y plástico, que se pueden elegir en función de los requisitos específicos del proyecto (como el volumen del lote, la estructura del producto y el proceso de fabricación, etc.).

Para la producción de piezas únicas o lotes pequeños, se suelen utilizar moldes de madera y cajas de machos porque son económicos y flexibles.

Para la producción en masa, se prefieren los moldes de metal o plástico debido a su mayor vida útil. Las herramientas de metal suelen soportar decenas de miles de ciclos de producción, mientras que los moldes de madera tienen una vida útil mucho más corta.

6. Proceso de producción mediante fundición en arena

El proceso básico de fundición en arena incluye:

Preparación del modelo → Relleno de arena → Aplicación de arena de separación → Perforación del orificio de ventilación → Preparación de la compuerta de vertido → Cierre del molde → Retirada del modelo → Arena   Reparación del molde → Fusión de la aleación → Vertido → Desmoldeo, limpieza e inspección → Almacenamiento

Tras el proceso de fundición, los componentes suelen someterse a limpieza, inspección de la superficie e inspección dimensional para garantizar que cumplen con los requisitos del cliente.

Conclusión

La fundición en arena sigue siendo un método de fabricación importante para componentes metálicos personalizados debido a su flexibilidad e idoneidad para estructuras complejas.

En los proyectos de fundición industrial, factores como la calidad de la arena de moldeo, el diseño del molde, los parámetros de vertido y los procedimientos de inspección desempeñan un papel importante para lograr un rendimiento de fundición estable.