INTRODUCCIÓN

Los proceso de fundición, son de vital importancia para cualquier rama de la industria y de la sociedad en general debido a que la gran mayoría de los objetos, piezas o mecanismos de metal son fabricados por medio de este proceso.

Existen muchas variantes de este proceso, cada una de las cuales tiene características diferentes y particulares que la hacen mas apropiadas que otras para la elaboración de diferentes tipos de piezas.

El presente trabajo tiene la finalidad de abordar un poco acerca del tema de la fundición con molde permanente, así como de algunos de los tipos que lo conforman.

Primeramente se dará una breve reseña sobre lo que respecta al proceso de fundición en molde permanente como tal, así como sus características, los pasos que conforman el proceso, las ventajas y desventajas, ente otras cosas.

Posteriormente se abordará el tema de la fundición a presión, describiendo sus características y las diferentes variantes que conforman dicho proceso como la fundición con molde permanente al vació.

Para finalizar se abordará la fundición centrifuga, se explicara su funcionamiento principal, la forma de determinar las velocidades de rotación dependiendo de los requerimientos. Así como de las variantes del mismo.

FUNDICION EN MOLDE PERMANENTE

La fundición en molde permanente usa un molde metálico construido en dos secciones que están diseñadas para cerrar y abrir con precisión y facilidad. Los moldes se hacen comúnmente 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 precisión dimensional y un buen acabado superficial. Los metales que se funden comúnmente en molde permanente son: aluminio, magnesio, aleaciones de cobre y hierro fundido, sin embargo, el hierro fundido requiere una alta temperatura de vaciado, 1250 ºC a 1500 ºC, lo cual acorta significativamente la vida del molde. Las temperaturas más 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.

Al igual que en los demás procesos de fundición es posible usar corazones para formar las superficies interiores del producto. Los corazones pueden ser metálicos, pero su forma debe permitir la remoción de la fundición, o deben ser mecánicamente desmontables para permitir esta operación. Si la remoción del corazón metálico es difícil o imposible se pueden usar corazones de arena, en este caso el proceso de fundición es frecuentemente llamado fundición en molde semipermanente.

Pasos en la fundición en molde permanente:

1. El molde se precalienta y se recubre.2. Se insertan los corazones (de ser requerido) y se cierra el molde.3. El metal fundido se vacía en el molde4. El molde se abre.5. Pieza terminada.

Los moldes se precalientan primero para prepararlos, y se rocía la cavidad con uno o más recubrimientos. El precalentamiento facilita el flujo del metal a través del sistema de vaciado y de la cavidad. Los recubrimientos ayudan a disipar el calor y a lubricar la superficie del molde para separar fácilmente la fundición. Tan pronto como solidifica el metal, el molde se abre y se remueve la fundición.

A diferencia de, los moldes desechables, los moldes permanentes no se retraen, así que deben abrirse antes de que ocurra la contracción por enfriamiento a fin de prevenir el desarrollo de grietas en la fundición.

Las ventajas de la fundición en molde permanente incluyen buen acabado de la superficie y control dimensional estrecho, como ya se mencionó. Además, la solidificación más rápida causada por el molde metálico genera una estructura de grano más fino, de esta forma pueden producirse fundiciones más resistentes.

Por otro lado, el proceso está limitado generalmente a metales de bajo punto de fusión, la manufactura de formas geométricas más simples que las fundidas en molde de arena (debido a la necesidad de abrir el molde), además del costo. Debido al costo sustancial del molde, el proceso se adapta mejor a producciones de alto volumen que pueden automatizarse.

Las partes típicas que se producen con proceso de molde permanente incluyen pistones automotrices, cuerpos de bombas y ciertas fundiciones para aviones y proyectiles.

FUNDICIÓN A PRESIÓN

La fundición a presión es un proceso que necesariamente utiliza moldes permanentes y se puede clasificar en:

Fundición a baja presión Fundición con molde permanente al vació

Fundición a baja presión

En el proceso de fundición con molde permanente básico y en la fundición hueca, el flujo de metal en la cavidad del molde es causado por la gravedad. En la fundición a baja presión, el metal líquido se introduce dentro de la cavidad a una presión aproximada de 0.1 MPa, aplicada desde abajo, de manera que el metal fluye hacia arriba como sé, ilustra en la figura. La ventaja de este método sobre el vaciado tradicional es que se introduce en el molde un metal limpio desde el centro del crisol, en lugar de un metal que ha sido expuesto al aire. Lo anterior reduce la porosidad producida por el gas y los defectos generados por la oxidación, y se mejoran las propiedades mecánicas.

El diagrama muestra cómo se usa la presión del aire para forzar el metal fundido, dentro de la cuchara de colada, hacia la cavidad molde. La presión se mantiene hasta que solidifica la fundición.

Fundición con molde permanente al vacío

La fundición con molde permanente al vació es una variante de la fundición a baja presión en la cual se usa vacío para introducir el metal fundido en la cavidad del molde. La configuración general del proceso es similar a la operación de fundición a baja presión. La diferencia es que se usa la presión reducida del vacío en el molde para atraer el metal líquido a la cavidad, en lugar de forzarlo por una presión positiva de aire desde abajo. Los beneficios de la técnica al vacío, en relación con la fundición a baja presión, son que se reduce la porosidad del aire y los efectos relacionados, obteniendo una mayor resistencia del producto de fundición.

FUNDICIÓN CENTRÍFUGA

La fundición centrífuga se refiere a varios métodos de fundición caracterizados por utilizar un, molde que gira a alta velocidad para que la fuerza centrífuga distribuya el metal fundido en las regiones exteriores de la cavidad del dado.

El grupo incluye:

1) fundición centrífuga real 2) fundición semicentrífuga 3) fundición centrifugada o centrifugado.

Fundición centrifuga real

En la fundición centrífuga real, el metal fundido se vacía en un molde horizontal o vertical que está girando para producir una parte tubular.

El metal fundido se vacía en el extremo del molde, y la rotación del molde empieza en algunos casos después del vaciado. La alta velocidad genera fuerzas centrífugas que impulsan al metal a tomar la forma de la cavidad del molde. Por tanto, la forma exterior de la fundición puede ser redonda, octagonal, hexagonal o cualquier otra. Sin embargo, la forma interior de la fundición es perfectamente redonda (al menos teóricamente), debido a la simetría radial de las fuerzas en juego. Ejemplos de partes hechas por este proceso incluyen tubos, caños, manguitos y anillos.

La orientación del eje de rotación del molde, como ya se mencionó, puede ser horizontal o vertical, pero esta última es la más común. Para que el proceso trabaje satisfactoriamente se calcula la velocidad de rotación del molde.

Para el caso de la fundición centrifuga horizontal. La fuerza centrífuga está definida por la ecuación:

Donde:

F = fuerza (N)m = masa (Kg)v = velocidad (m/s)R = radio interior del molde (m) W = mg es su peso (N)g = aceleración de la gravedad (m/s2)El factor-G GF es la relación de fuerza centrífuga dividida por el peso

La velocidad v puede expresarse como 2 RN / 60 = RN / 30, donde N velocidad rotacional (rey/min). Al sustituir esta expresión en la ecuación anterior obtenemos:

Por medio de un arreglo matemático despejamos la velocidad rotacional N y usando el diámetro D en lugar del radio:

Donde:

D= diámetro interior del molde (m)N= velocidad de rotación (rev/min)

Si el factor-G es demasiado bajo en la fundición centrífuga, el metal líquido no quedará pegado a la pared del molde durante la mitad superior de la ruta circular sino que “lloverá” dentro de la cavidad. Ocurren deslizamientos entre el metal fundido y la pared del molde, lo cual significa que la velocidad rotacional del metal es menor que la del molde. Empíricamente, los valores de GF = 60 a 80 son apropiados para la fundición centrífuga horizontal, aunque esto depende hasta cierto punto del metal que se funde.

Para el caso de la fundición centrifuga vertical el efecto de la gravedad que actúa en el metal líquido causa que la pared de la fundición sea más gruesa en la base que en la parte superior. El perfil interior de la fundición tomará una forma parabólica. La diferencia entre el radio de la parte superior y del fondo se relaciona con la velocidad de rotación como sigue:

Donde:

l = longitud vertical de la fundición (m)Rt = radio interno de la parte superior de la fundición (m)Rb = radio interior en el fondo de la fundición (m).

Utilizando esta formula podemos determinar la velocidad rotacional requerida para la fundición centrifuga vertical dadas las especificaciones de los radios internos en la parte superior y en el fondo. De la fórmula se desprende que para igualar a Rt, y a Rb, la velocidad de rotación N tendría que ser infinita, lo cual desde luego es imposible. En la práctica es conveniente que la longitud de las partes hechas por fundición centrífuga vertical no exceda de dos veces su diámetro. Esto es satisfactorio para bujes y otras partes que tengan diámetros grandes en relación con sus longitudes, especialmente si se va a usar el maquinado para dimensionar con precisión el diámetro interior.

Las fundiciones hechas por fundición centrífuga real se caracterizan por su alta densidad, especialmente en las regiones externas de la pieza, donde F es más grande. La contracción por solidificación en el exterior del tubo fundido no es de consideración, debido a que la fuerza centrífuga relocaliza continuamente el metal fundido hacia la pared del molde durante la congelación. Cualquier impureza en la fundición tiende a ubicarse en la pared interna y puede eliminarse mediante maquinado si es necesario.

Fundición semicentrífuga

Fundición semicentrífuga En este método se usa la fuerza centrífuga para producir fundiciones sólidas en lugar de partes tubulares. La velocidad de rotación se ajusta generalmente para un factor-G alrededor de 15, y los moldes se diseñan con mazarotas que alimenten metal fundido desde el centro. La densidad del metal en la fundición final es más grande en la sección externa que en el centro de rotación. El centro tiene poco material o es de poca densidad. Por lo regular el centro en este tipo de sistemas de fundición es maquinado posteriormente, excluyendo así la porción de más baja calidad.

Los volantes y las poleas son ejemplos de fundiciones que pueden hacerse por este proceso. Se usan frecuentemente moldes consumibles o desechables en la fundición semicentrífuga.

Fundición centrifugada

Es un sistema donde por medio de un tallo se hace llegar metal fundido a racimos de cavidades colocadas simétricamente en la periferia de manera que la fuerza centrífuga distribuya la colada del metal entre estas cavidades. El proceso se usa para partes pequeñas, la simetría radial de la parte no es un requerimiento como en los otros dos métodos de fundición centrífuga.

CONCLUSIONES

Para finalizar, cabe mencionar que todos los procesos de fundición son muy importantes y que cada uno nos proporciona diferentes ventajas y desventajas dependiendo de lo que se desee elaborar, del la calidad que se le deseé dar al producto o pieza, el acabado, etc.

Pero esta claro que es de vital importancia conocer cada uno de los procesos existentes para saber como aplicarlos y aprovecharlos al máximo al momento de que necesitemos generar una pieza por medio de fundición ya sea en el ámbito académico o laboral.

Así mismo desde mi punto de vista creo que la fundición, debido a la gran versatilidad que proporciona para la elaboración de piezas, ha sido, es y será uno de los procesos de manufactura más importantes para la sociedad.