practica 1 conformado por fundicion

Conformado por fundición Fecha:21/09/05 Página 1 de 53

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MATERIALES I:

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

Conformado por fundición

por Víctor Blázquez



PRÁCTICA I: CONFORMADO POR FUNDICIÓN_________________________________________

1.PROCESOS DE CONFORMADO DE PIEZAS METALICAS 3

2. CONFORMADO POR FUNDICIÓN 21

2.1. INTRODUCCIÓN 21

2.2. MOLDES Y MODELOS. 22

2.3. ARENAS DE FUNDICIÓN 34

2.4.PROCESOS DE MOLDEO 37

2.5. MÁQUINAS Y LÍNEAS DE MOLDEO 45

2.6. ALIMENTACIÓN DE LOS MOLDES 48

2.7. FUSIÓN Y COLADA 49

2.8. ENFRIAMIENTO, DESMOLDEO Y ACABADO 52



1. PROCESOS DE CONFORMADO DE PIEZAS METALICAS

La variedad de piezas que requiere la sociedad actual ha desarrollado un conjunto de

procesos industriales, con objeto tanto de aumentar la calidad de los productos como de abaratar

su coste. Es misión del ingeniero decidir entre todos los posibles procesos de que hoy se dispone

cuál es el que, para una pieza determinada, proporciona una mejor relación calidad / precio.

El problema es en sí bastante más complejo, pues un proceso imprime a la pieza no sólo una

morfología determinada sino unas características tecnológicas, lo que obliga a conocer tanto el

proceso en sí como el material a que se aplica.

Los procesos de conformado suelen clasificarse en función del tipo de energía puesta en

juego, por ello suele hablarse de procesos de conformado térmicos y procesos de conformado

mecánicos. Es evidente que, en general, en todo proceso se desarrollarán ambos tipos de

energía, pero una de ellas será preferente pues sin su aplicación aquél sería inviable. No debe

confundirse pues la cuantitatividad de la energía aplicada con su funcionalidad.

La palabra caliente o frío hace referencia al material a que se aplica. Cuando en un proceso se

supera la temperatura de recristalización, Tr, del material se habla de proceso en caliente, y

cuando no se alcanza dicha temperatura se habla de proceso en frío.

Trabajando por encima de Tr las aleaciones, durante su deformación, no sufren acritud y

pueden deformarse plásticamente sin endurecerse. Esta capacidad de deformación es la que

utilizan los procesos de conformado en caliente tipo forja, martillado, recalcado, prensado,

extrusión, laminado, forjado por impacto, forjado por estampación, etc.

Cuando el metal se trabaja en frío (por debajo de Tr) la deformación endurece el material como

consecuencia del alargamiento de los granos en la dirección del esfuerzo aplicado, y se habla

entonces de procesos en frío: forjado, laminado, estampado, estirado, extrusión, etc. El trabajo en

frío de estos procesos impone unos grados de deformación menores que los correspondientes a

los procesos en caliente.

Otros procesos en frío que no producen acritud en el material, porque no suponen una

deformación en el mismo, son todos los procesos de mecanizado por arranque de viruta: fresado,

torneado, cepillado, taladrado, aserrado, esmerilado, etc.

En otros procesos en frío que utilizan energía mecánica se produce sólo deformación en

partes localizadas del material: embutición, rolado, plegado, etc.



Todos los procesos de soldadura y metalización (proyección de metal fundido a alta velocidad)

utilizan la energía térmica como fuente principal del proceso, y se suelen utilizar como procesos

intermedios en una fabricación mixta.

Los modernos procesos de conformado por explosivos, conformado electrohidráulico y

conformado electromagnético (llamados procesos de conformado de alta velocidad), se utilizan

cuando se requieren energías superiores a los 2·106 J. Estos procesos se aplican a materiales de

alta resistencia mecánica en los que una onda de choque generada por medios químicos

(conformado por explosivos), eléctrico (conformado electrohidráulico) o magnéticos (conformado

electromagnético) hace al material fluir libremente dentro de la cavidad de una matriz.

En el sinterizado se parte de polvos que se compactan por presión con aditivos especiales

para luego ser calentados a temperaturas por debajo de la de fusión del metal, lográndose piezas

con buenas características físicas y mecánicas. Se pone en juego pues tanto la energía mecánica

como la térmica.

En otros procesos más modernos se utiliza la energía eléctrica para el mecanizado.

Generalmente los electromecanizados consiguen un mejor acabado superficial y control

dimensional que los mecanizados convencionales. Un ejemplo de estos procesos es la

electroerosión.

No pueden olvidarse los novísimos procesos de mecanizado por láser que en un futuro, no

lejano, pueden revolucionar tanto el mecanizado como las técnicas de endurecimiento por

tratamiento superficial de aleaciones.

Por último, y por ser el objeto fundamental de esta práctica, se describirá el método más

antiguo de conformación de piezas, y que sigue siendo el más utilizado en el caso de piezas

complicadas: la fundición. Se ha definido este método como el proceso más corto entre el metal

fundido y la pieza acabada. Sin duda para una gran parte de piezas sigue siendo el único proceso

de elección, seguido de un mecanizado posterior, para obtener piezas sanas de formas

complicadas en gran variedad de tamaños, y con excelentes acabados superficiales y

dimensionales.

Antes de empezar la descripción más detallada de la técnica de fundición, se esquematizan

algunos de los procesos de conformado mencionados anteriormente para comprender en forma

somera la naturaleza del proceso, ya que una descripción más detallada escapa de los contenidos

de esta práctica. En el cuadro siguiente se han clasificado los procesos de conformado de mayor

implantación industrial.



A partir de una

preforma

MECANIZADO

(Arranque de viruta) POR LASER

LAPEADO

ELECTROEROSIÓN

Esmerilado MECANIZADO CLÁSICO

Aserrado

Fresado

Torneado

Cepillado

Taladrado

Limado, etc.

INSTANTÁNEO Medios químicos

CONFORMADO POR

DEFORMACIÓN

POR ONDA DE

CHOQUE Medios eléctricos

Medios magnéticos

LENTO CALIENTE Forja por estampación

Forja por impacto

Martillado

Extrusión

Laminado

Forja Estirado

Recalcado

Prensado

FRÍO Acuñado

SOLDADURA

PARTE DE LA

PIEZA Embutición

Rolado

Plegado

REMACHADO

Forja TODA LA PIEZA

Laminado

Estampado

Estirado

Extrusión

Trefilado

PULVIMETALURGIA A partir de polvo

METALIZACIÓN

A partir de metal

líquido FUNDICIÓN

CO

NFO

RM

AD

O

A partir de

disolución iónica GALVANOPLASTIA



Pieza Pieza Pieza

Yunque Presión Yunque

Presión Aumento

multidireccionalReducción en

longitud Aumento en

longitud

Fuerza

Fuerza

Fig. 1.- Tipos principales de operaciones de forjado.

(a) Estirado; (b) Recalcado; (c) Prensado

Material en bruto

Matriz

Fuerza Fuerza

Matriz

Fig. 2.- Máquina de forjar por impacto



Matriz

Matriz

Fuerza de forjar

Fuerza de sujeción

Fuerza de sujeción

Línea de separación

Material en barra

Punzón

Punzón

Fig. 3.- Forjado por recalcado

Ángulo de desbaste o de ataque

Rodillo de soporte

Rodillo superior

Rodillo inferior

Rodillo de soporte

Retorno

(d) (c) (b) (a)

Fig. 4.- Laminación. (a) Dos rodillos;

(b) Tres rodillos; (c) Cuatro rodillos; (d) Encerrados



Rodillo superior

Rodillo inferior

Deformación final

Deformacióninicial

Crecimiento de grano

Recristalización

Cristales alargados

Fig. 5.- Recristalización durante el laminado en caliente

Mástil de

velero

Mástil de

velero

Fig. 6.- Algunas formas de extrusiones



Cilindro libre

Metal caliente

Metal caliente

Punzón hueco Matriz

Fuerza

ExtrusiónExtrusión

Punzón Fuerza

Fig. 7.- Extrusión. (a) Directa; (b) Indirecta

Bloque de la matriz

Tocho

Fuerza Punzón

Fig. 8.- Extrusión por impacto



(a)

(b)

Fig. 9.- Estructura cristalina. (a) Antes del trabajo en frío; (b) Después del trabajo en frío.

Rodillos de soporte

Rodillos de trabajo

Rodillos de trabajo

Rodillos de soporte

Fig. 10.- Laminación en frío



Preformado Corte

Sujetador

Expulsor Acabado

Acabado

Preformado

Expulsor

Expulsión

Acuñando a medida

Fig. 11.- Forjado en frío

Disco

Cara de la impresión

Matriz de acuñar

Punzón de acuñar

Fig. 12.- Acuñación



Punzón matriz (juego remachador)

Barra de soporte

Remache

Material

Fig. 13.- Remachado

Empujador

Fluido

Matriz

Tocho o

disco

Fig. 14.- Extrusión hidrostática



Extrusión

Extrusión

Disco

Disco

Matriz

Matriz

Punzón empujador

Punzón empujador

(a)

(b)

Fig. 15.- Extrusión por impacto. (a) Inversa; (b) Hacia adelante

Fig. 16.- Plegadora de barra

Calibre o tope

Lámina de metal

Hoja dobladora

Metal



(a) (b)

Fig. 17.- Uso de los rodillos conformadores. (a) Entrada; (b) Rolado

Rollo de metal

Canalón formado

por rodillos

Rodillos

Rodillos

Fig. 18.- Conformado por rodillos



Punzón

Pieza

Anillo sujetador

Anillo de embutición

Fig. 19.- Embutición

Ariete Placa del punzón

Portamatriz

Portamatriz

Base de la prensa

Tope de la matriz

Pernos de guía

Bujes

Fig. 20.- Conformado con matriz sólida



Ariete

Caucho

Pieza de material

Bloque conformador

Antes del conformado

Conformado

Fig. 21.- Proceso de conformado de Guerin

Fluido hidráulico

Mesa deslizante

Antes de conformar Conformado

Bloque conformador

Ariete

Neopreno

Caucho

Pieza de material

Fig. 22.- Proceso de conformar de Verson-Wheenlon



Antes de conformar Conformado

Aceite hidráulico

Punzón

Pistón

Caucho o hule

Pieza de material

Fig. 23.- Proceso de Marconformado

Entrada de aceite

Antes de conformar

Punzón Diafragma de caucho

Pieza de material

Conformado

Fig. 24.- Proceso de hidroconformado



Metal Metal Metal

Hoja inferior

Zona de cizallado

Hoja superior

Fig. 25.- Acción cizallante. (a) Deformación plástica; (b) Cizallado; (c) Fractura

Metal

Punzón

Bloque matriz

Pieza troquelada

Punzón

Bloque matriz

Pieza perforada

Punzonadura

(c)

(b)

(a)

Fig. 26.- Operación sencilla, operación de dos estaciones de perforar y cortar a troquel (arandela

troquelada). (a) Pieza cortada a troquel; (b) Perforado; (c) Parte terminada-arandela cortada



Vacío Matriz

Fuerza Carga

Reflector

Sello de caucho

Sujetadores

Pieza de trabajo

Fig. 27.- Conformado por explosivos con un reflector parabólico (matriz cerrada).

Banco de

capacitores

Dispositivo de encendido

Fluido de transferencia

Pieza de trabajo

Sello

Vacío Matriz

Fig. 28.- Conformado electrohidráulico de alta velocidad



Pieza de trabajo

Bobina

Matriz

Fig. 29.- Conformado electromagnético

Acetileno

Aire comprimido

y seco

Orificio de control

Recipiente del polvo

Medidor de flujo

Gatillo

Válvulas

Oxígeno

Acetileno Oxígeno

Válvulas

Gatillo

Recipiente para el polvo

Boquilla del soplete

Cuerpo del soplete

(a)

(b)

Fig. 30.- Sistema de rociado con metal en polvo. (a) Sistema de presión; (b) Sistema sin presión



2. CONFORMADO POR FUNDICIÓN

2.1. Introducción

El conformado por fundición, o por moldeo y colada, o más corrientemente el proceso

de “fundición” de una pieza, está basado en la propiedad que tienen los líquidos de adaptarse a

la forma del recipiente que los contiene. El conjunto de volúmenes que permiten, una vez

rellenados por un metal en estado líquido y tras su solidificación, obtener una pieza con una

forma determinada es lo que se llama “molde”. El molde está formado en el caso más sencillo

por un volumen hueco que reproduce la forma exterior de la pieza, más el canal de

alimentación del metal fundido (bebedero), rodeado por una masa de material, refractario o no

(arena, metal, etc.), cuya misión es soportar los esfuerzos térmicos, mecánicos, físicos y

químicos que se generan al verter en él el metal líquido: gradiente térmico entre el metal líquido

y el material del molde, presión metalostática del metal fundido, abrasión del material del molde

por el metal fundido, reacciones químicas entre el metal y el material del molde, presión de los

gases desprendidos, etc.

El proceso de obtención del molde es conocido por “moldeo”, mientras que el vertido del

metal en el molde se llama “colada”. La obtención de una pieza tras moldeo y colada se llama

“fundición”. Es muy habitual hablar de “piezas de fundición”, terminología que no hace

referencia al material sino al proceso de obtención y que da lugar, frecuentemente, a

confusiones entre el proceso y el material cuando éste es la aleación férrea de alto contenido

en carbono conocida también por “fundición”.

El proceso de obtención del metal líquido, sea cuál sea éste, se conoce por fusión. Para la

fusión de aleaciones férreas se parte de lingotes de hierro, chatarra, ferroaleaciones y metales

puros (Al, Cu, Ni, etc.), así como de retornos de coladas precedentes; en el caso de aleaciones

no férreas se utilizan lingotes de “aleaciones madres” que tienen composiciones prefijadas, así

como también metales puros, retornos, etc.

No debe entenderse que la fusión es una simple operación de calentamiento que conduce

al cambio de estado sólido-líquido, pues en ella intervienen una serie de complejos procesos

físico-químicos, difíciles de controlar y evaluar por la temperatura a la que se producen, que

permiten al metalúrgico el “afino” del metal: obtención de una aleación partiendo de una

composición inicial distinta. El afino es la consecuencia de la interacción entre el “baño

metálico” y la “escoria” que sobrenada aquél; esta escoria es un material activo,

frecuentemente de adición intencionada, y de composición química variable durante la fusión;



no es, por tanto, como se piensa habitualmente, un producto de desecho formado por las

impurezas contenidas en la materia prima. El proceso de fundición de una pieza conlleva una serie de operaciones que se indican en

el esquema siguiente; en adelante para el estudio del proceso se seguirá el orden allí indicado.

2.2. Moldes y modelos.

Para obtener el molde es preciso disponer de una reproducción de la forma exterior de la

pieza, esta reproducción se llama modelo.

Diagrama de fabricación de una pieza por fundición

Proyecto de la pieza(proyectista + modelista

Ejecución del modeloy cajas de machos ( modelista)

Ejecución de la coquilla ( modelista)

Preparación de la coquilla Preparación de la arena

Obtención del moldeMoldeo en coquilla

(molde permanente) Moldeo en arena ( molde perdido)

Colada Preparación del lecho de fusión

Enfriamientoy

solidificación

Recuperación de la arena

Acabado

Mecanización

Desmoldeo

Virutas ( retornos)

Tratamientos térmicos,

recubrimientos, etc.

Retornos (mazarotas,

bebederos, virutas, etc)

+ fundidor )



En el caso de la pieza “a” representada en la figura 31 si se considera sólo la superficie

exterior cilíndrica se necesitará un modelo como el “b”, llamado modelo externo pues sólo

permite reproducir la superficie exterior de la pieza.

El modelo externo permite obtener en el material de moldeo (usualmente arena) una huella

que es la reproducción en negativo de la superficie exterior de la pieza; ahora bien, si se quiere

obtener la pieza directamente con el agujero pasante se necesitará disponer en dicha huella

una pieza maciza de morfología exterior igual a la del agujero, que evite que el metal líquido lo

rellene. Esta pieza maciza situada en el interior del molde se llama “macho”, mientras que las

zonas del molde sobre las que se asienta el macho se llaman “porteas”.

Es lógico pensar que las solicitaciones a las que está sometido el macho (térmicas,

mecánicas, abrasivas, etc.) sean incluso más exigentes que a las que está sometida la huella

creada por el modelo exterior: es decir, si para metales o aleaciones de punto de fusión

superior a los 1.100ºC es obligado el empleo de materiales de moldeo de alta refractariedad,

como la arena, para la fabricación de machos se emplea igual material pero con aún mayores

exigencias de calidad.

Para obtener el macho se necesita un modelo, llamado modelo interno, que en esencia es

similar al modelo externo: lo que en modelos externos es macizo es hueco en los modelos

internos, reproduciendo ambos la superficie exterior de la pieza y el macho, respectivamente.

Los modelos internos son, por tanto, un volumen macizo que rodea a uno hueco, siendo la

forma de éste igual a la del hueco que debe existir en la pieza.

En el caso de la figura 31 el volumen macizo es el “c”, llamado caja de machos, mientras

que el volumen hueco es el macho “d”, fabricado en arena, de igual volumen que el agujero

pasante de la pieza fundida “a”. En la figura 32 se aprecia el molde que permitiría obtener dicha

pieza. Existen, por tanto, dos tipos de modelos:

• Modelos externos o modelos propiamente dichos

• Modelos internos o cajas de machos



b

c d

a

Fig. 31.- Pieza de fundición a, modelo b, con macho d realizado en la caja de machos c, de un cilindro

hueco.

Fig. 32.- Moldeo de la pieza anterior a punto de cerrar la caja. Obsérvese la posición del macho.



Se ha visto que los materiales que componen el molde deben resistir unas determinadas

solicitaciones y, de entre ellas, las térmicas son, quizás, las más importantes. En el caso de

aleaciones de punto de fusión superior a 1.100ºC el moldeo convencional no permite otros

materiales distintos a la arena silícea como se verá más adelante. Sin embargo, para

aleaciones de menor punto de fusión (aluminio, magnesio, cinc, etc.) es posible el empleo de

moldes metálicos, refrigerados o no, llamados coquillas.

Las coquillas metálicas equivalen a lo que en el moldeo en arena es el molde, es decir,

incorporan tanto la superficie exterior como la interior de la pieza. Estas coquillas metálicas son

un molde permanente que permite la obtención de piezas en grandes series con bajo coste por

pieza. Por supuesto, el coste de fabricación de la coquilla es muy alto y sólo se justifica tras un

estudio económico detallado de las piezas a fundir. Estas coquillas son igualmente utilizables

en el moldeo de materiales no metálicos y encuentran una gran aplicación en el caso de los

plásticos.

Tanto en el moldeo con molde perdido (arena) como con molde permanente (coquilla) es

siempre fundamental el coste final de la pieza fundida, por lo que la optimización del molde es

esencial en ambos casos; es habitual que para piezas pequeñas los moldes permitan obtener

no una sino un conjunto de piezas idénticas, en estos casos se habla de moldeo en “racimos”.

La definición del racimo (número de piezas óptimo por molde) es un interesante problema de

fundición con implicaciones técnicas más allá de las puramente económicas.

Al hablar de coquillas como molde permanente, refrigeradas o no según las solicitaciones

térmicas, se hace referencia realmente a moldes de fundición y no a coquillas de obtención de

semiproductos laminados (colada continua de acero, colada horizontal de aleaciones de cobre,

etc.), que sólo son recipientes en los que el metal líquido sufre una solidificación más o menos

superficial suficiente para permitir su arrastre por medios mecánicos exteriores. Estos moldes

no son verdaderas coquillas de fundición en cuanto que en ellas no se obtienen más que

semiproductos largos (perfiles, redondos, etc.) de formas simples.

Desde el punto de vista del moldeo puede hablarse, por tanto, de:

• Moldeo con molde perdido (moldeo en arena)

• Moldeo con molde permanente (moldeo en coquilla)

Uno y otro tipo de moldeo no sólo difieren en cuanto a los metales a los que se aplica,

proceso, coste, grado de acabado, etc., sino a las propiedades mecánicas de la pieza obtenida



que dependen, a través de ciertas variables metalúrgicas, de las diferentes velocidades de

enfriamiento obtenidas en ambos casos. Por ello las piezas obtenidas en coquilla presentan

propiedades mecánicas superiores a las obtenidas por moldeo en arena aún cuando las

composiciones químicas son iguales.

En el caso de moldes permanentes, y mucho más raramente en el de moldes perdidos,

encuentra aplicación la llamada “fundición a presión” o “fundición inyectada”. Este tipo de

proceso se caracteriza por la sobrepresión aplicada al metal fundido con objeto de facilitar el

llenado óptimo del molde. Es claro que en moldes de cierto tamaño y formas complicadas, el

simple llenado por gravedad puede ser insuficiente; en estos casos el metal líquido se inyecta a

presión más o menos elevada en el molde, facilitando la obtención de piezas sanas. Este tipo

de fundición ha encontrado gran aplicación en aleaciones de bajo punto de fusión (Al, Zn, Mg,

etc.) y en materiales no metálicos.

Una variedad interesante, intermedia entre la fundición por gravedad y la fundición a

presión o inyectada, es la fundición centrifugada. En este proceso la sobrepresión no se aplica

al metal antes de entrar en el molde, sino que el giro del propio molde induce sobre el metal

una fuerza centrífuga que le obliga a solidificar según una geometría cilíndrica. Esta técnica es

la de mayor utilización en el caso de fabricación de tuberías, cilindros, camisas, etc., y en

general piezas cilíndricas de paredes más o menos estrechas en relación a su longitud, difíciles

de obtener por fundición por gravedad, y que trabajan sometidas a presión.

El molde en la fundición centrifugada es permanente, aunque requiera mayores atenciones

durante la fabricación que la coquilla metálica, estando formado por un tubo con el extremo

cerrado por un tapón refractario sobre el que se deposita por gunitado (proyección a alta

velocidad) una masa de material refractario de espesor acorde con el de la pieza a obtener.

Este gunitado es indispensable entre colada y colada y, para facilitar el mantenimiento de la

geometría cilíndrica del molde, se efectúa siempre con éste en movimiento.

La alta velocidad de enfriamiento del metal induce, igual que en el caso del moldeo en

coquilla, unas superiores propiedades mecánicas con respecto al moldeo por gravedad.



I

C

P

B

J K

E E Q

K

H

L M N

X W

R

T

S

U

W

D

G

Fig. 33.- Centrifugación de eje horizontal

Esta técnica, aplicable a casi todas las aleaciones industriales, permite interesantes

aplicaciones para la obtención de piezas no estrictamente cilíndricas sin más que conjugar

geometrías adecuadas, velocidad de giro e inclinación del molde, convenientemente. Este es el

caso de la fabricación de proyectiles de mortero, coronas, etc.

Los procesos de fundición pueden también, por tanto, clasificarse en función de la presión

de colada en:

Molde perdido Fundición por gravedad Molde permanente Baja presión Fundición a presión o inyectada Conformado por fundición Alta presión De eje horizontal Fundición centrifugada De eje vertical De eje inclinado

En el caso de moldes perdidos lo habitual es el llamado “moldeo en caja”, en el que un

recipiente metálico contiene la arena que forma el molde. Estas cajas facilitan el proceso de



moldeo aunque supongan un gasto más, no desdeñable a veces, pero contribuyen de forma

sustancial a soportar las presiones metalostáticas que podrían originar la rotura del molde sin

ellas.

Fig. 34.- Caja de moldeo

Para piezas de tamaño medio o pequeño en grandes series, el coste de inversión y

mantenimiento de las cajas puede justificar el llamado “moldeo en mota”. Las motas son

moldes de arena que no requieren, por sus características mecánicas, la caja de moldeo. Sin

embargo, la obtención de la mota se hace mediante la caja de moldeo, retirándose ésta a

continuación. Este moldeo en mota es muy apropiado para altas cadencias de fabricación que

requerirán grandes inversiones en cajas de moldeo, aunque la calidad de la arena de moldeo

debe ser superior a la del moldeo en caja para garantizar la suficiente resistencia mecánica del

molde.

En el caso de piezas de gran tamaño se practica el llamado “moldeo en fosa”. El suelo del

taller de fundición próximo a la zona de colada, invariablemente de arena y llamado “playa”, es

convenientemente acondicionado el propio molde, estando cerrado su parte superior por una

caja metálica o un bastidor de obra. El molde se prepara sobre una capa porosa destinada a

expulsar, mediante tubos adecuados, los gases formados durante la colada al exterior (figura

35).



Fig. 35.- Moldeo en fosa. Se prepara el molde sobre una capa porosa de coque o de escoria destinada a

expulsar al exterior, por medio de tubos, los gases que se forman durante la colada. El molde se cubre

con una caja.

Si la pieza, ya sea moldeada en fosa, caja o mota no necesita que una de sus caras sea

regular, puede disponerse ésta como parte superior del molde y dejarla al aire, hablándose de

moldeo descubierto. Este moldeo es el empleado para la obtención de lingotes, bien colados

en molde metálico o en arena (figura 36).

Fig. 36.- Moldeo descubierto de lingotes en moldes de arena



Moldeo en caja Moldeo en mota Molde perdido Moldeo Moldeo en fosa Moldeo descubierto Molde permanente (coquilla)

Desde el punto de vista del moldeo pueden, por tanto, distinguirse los siguientes tipos:

Hasta ahora se ha hecho referencia a los moldes perdidos y permanentes y a las

variedades de los procesos de fundición y moldeo, en función siempre del tipo de molde

utilizado. Se ha visto que para la confección de los moldes perdidos era necesario la utilización

de modelos externos e internos (caja de machos) y que los moldes permanentes (coquillas)

son en sí moldes y modelos al tiempo.

A continuación se estudian con más detalle los modelos externos para el moldeo con

molde perdido, dada la importancia de éste con respecto a los otros tipos de moldeo.

Enteros Naturales Partidos Modelos externos De esqueleto o armazón Simplificados De terraja De plantilla

En primer lugar pueden clasificarse los modelos externos en cuanto a su similitud con la

geometría exterior de la pieza a obtener, hablándose de:

Los modelos naturales son los que presentan igual superficie exterior que la pieza,

independientemente de que ésta contenga volúmenes huecos en su interior que precisen la

disposición de machos adecuados. Lo más habitual es que estos modelos sean partidos, es

decir, divididos por una sección máxima que proporcione la mayor simetría posible. En los

casos de modelo natural partido cada parte puede disponerse sobre una placa, llamada “placa



modelo”, que permite el moldeo independiente de ambos semimodelos. La unión de los dos

semimoldes permite obtener el molde definitivo. Naturalmente ambos semimoldes confrontan

perfectamente por las referencias fijas existentes en las dos placas modelos (figura 37).

Fig. 37.- Semimodelo sobre placa modelo

Los modelos simplificados, muy utilizados para piezas grandes no seriadas de morfología

sencilla, no guardan a primera vista relación con la geometría exterior de la pieza a obtener.

Estos modelos se clasifican a su vez en modelos de armazón, de terraja o de plantilla,

indicándose en la figura 38 ejemplos típicos de estos modelos que permiten comprender su

función.

b

e

d

c a

Fig. 38.- Modelos reducidos. En a, modelo de armazón o esqueleto; en b, modelo de terraja; en c, modelo

de plantilla

Sea cuál sea el tipo y el material en que esté fabricado (madera, metal, resina, etc.) el

modelo debe poderse extraer fácilmente. Para ello lo habitual en los modelos partidos, que son

los de mayor aplicación industrial, es que el plano de partición sea de superficie máxima y que



las secciones tengan un ligero ángulo de inclinación llamado “salida” para evitar el arrastre del

material del molde.

β β

β β

β β

ββ

c

c

c

b

m

ma

a

b

b

b

La necesidad de la “salida” obliga a que la forma de una pieza fundida sea ligeramente

distinta a la definitiva, así una sección rectangular debe hacerse trapezoidal y una cilíndrica

debe ser cónica (figura 41). Estas salidas son del orden del grado y crecientes con la altura del

modelo y cuando es preciso que la pieza definitiva responda a una morfología precisa se

eliminan por mecanizado posterior de la pieza.

Por otro lado la contracción que supone la disminución de temperatura desde la de colada

a la ambiente, obliga a tener en cuenta en el proyecto del modelo dicha variación dimensional.

Esta contracción es la suma de tres contracciones distintas: una originada por la disminución

de temperatura desde la de colada a la de solidificación de la aleación, otra debida al cambio

de estado (llamada contracción de solidificación) y una última motivada por la disminución de

temperatura en el estado sólido. Esta contracción total es variable de unas aleaciones a otras

y, en general, es difícil de calcular siendo muchas las variables que intervienen (configuración

de las piezas y moldes, forma de colada, composición del metal, etc.) lo que se traduce en que,

incluso para una misma aleación, la contracción sea distinta de unos casos a otros. En general,

la contracción puede ser desde prácticamente nula a valores de hasta 20 mm/m para ciertos

aceros.

Fig. 39.- Significado de la salida: b

son las dos partes del molde; m, la

dirección de desmodelado

Fig. 40.- El molde está abierto y el modelo

ha sido extraído



m

m

c

s

s β

β

β

c

Fig. 41.- Manera en que el modelista debe modificar las formas geométricas para dar la salida y hacer

posible la extracción de los modelos.

Las dimensiones de los modelos deben tener en cuenta los factores indicados, salidas y

contracción, y además para piezas que deben tener dimensiones precisas deben considerarse

las llamadas “creces de mecanizado” que se traducen en una mayor dimensión de ciertas cotas

para aquéllas superficies que requieran mecanizado por arranque de viruta.



a

Fig. 42.- En la superficie que haya de ser mecanizada deberá dejarse cierto espesor suplementario de

metal.

La experiencia es pues fundamental en el diseño y fabricación del modelo y exige una

estrecha colaboración entre el proyectista de la pieza, el modelista, el fundidor y el técnico de

mecanizado, si se quiere optimizar costes y garantizar piezas fundidas sanas con un mínimo de

rechazos.

2.3. Arenas de fundición

Aunque hay procesos de fundición que no requieren el empleo de arena, ésta sigue siendo

el elemento fundamental en la mayor parte de los procesos industriales.

Las arenas de fundición están formadas fundamentalmente por partículas de sílice y

pueden ser naturales, con un aglomerante arcilloso entre el 5 y el 20%, o bien arenas sintéticas

que prácticamente han desplazado a las anteriores por sus muy superiores calidades y

facilidad de control.

Las arenas naturales se encuentran en la naturaleza con cantidades muy diversas de

arcilla (SiO4HAl · ½ H2O) como aglomerante natural, y con granulometrías muy variables lo que

se traduce en una deficiente permeabilidad a los gases producidos durante la colada y el

peligro de aparición de defectos. Estas arenas, prácticamente en desuso en las fundiciones de

piezas de calidad, requieren la adición de un 5-8% de agua para su correcta aglomeración. Las arenas sintéticas son arenas naturales lavadas y tamizadas con objeto de eliminar

materias contaminantes como carbonatos, feldespatos, cloruros, etc., que disminuyen



fuertemente la refractariedad de la arena. El tamizado tiene por objeto homogeneizar la

granulometría mejorando con ello la permeabilidad.

Estas arenas sintéticas no precisan más del 3-5% de aglomerante que es ahora una

variedad de arcilla llamada bentonita. El excelente poder de aglomeración de la bentonita con

respecto a la arcilla se traduce en una menor proporción de agua (3-4%) y, por tanto, en una

mayor refractariedad de la arena.

Por último, existen arenas constituidas por cuarzo triturado con granulometría muy

homogénea que no se aglomeran con materias naturales como la arcilla o la bentonita y que se

utilizan en procesos de moldeo con aglutinantes artificiales como se verá posteriormente. Estas

arenas reciben el nombre de “arenas químicas”.

Además de la clasificación de las arenas en cuanto a las características del aglomerante

(naturales, sintéticas y químicas), también pueden clasificarse en función de la composición de

la propia arena:

- Arena silícea (SiO2)

- Arena de zirconio (silicato de zirconio)

- Olivino (silicato de magnesio)

- Chamota (65% SiO2 – 35% Al2O3)

La arena silícea es la más utilizada, mientras que los otros tipos tienen aplicación cuando

se requiere una mayor refractariedad (arena de zirconio) o bien un pH neutro o básico para

evitar reacciones entre el metal y la arena del molde (olivino, etc.).

La granulometría de la arena es decisiva en el acabado de las piezas fundidas mejorando

éste con las arenas de grano fino. El índice AFA indica el número de mallas por pulgada del

tamiz. Índices inferiores a 50 AFA indican arenas de grano grueso, aunque este índice no

representa el tamaño real de la arena. Normalmente el 80% del peso total de arena se

considera que está en 4 tamices.

Tan importante como la granulometría es la morfología de la arena. Un factor de forma

igual a uno indica arenas de granos esféricos, mientras que las arenas de granos angulosos

tienen factores de forma superiores a la unidad. Las arenas esferoidales proporcionan la mayor

permeabilidad mientras que las arenas de granos mixtos son las más perjudiciales, sobre todo

si además la granulometría es variable y los granos finos taponan los intersticios existentes

entre los granos gruesos.



Las características de la arena también influyen en el tiempo necesario para la

aglomeración y la cantidad de aglomerante. Las arenas angulares necesitan mayor cantidad de

aglomerante, y un menor tamaño aumenta el tiempo necesario para la correcta aglomeración.

La importancia de la preparación de la arena en el proceso de moldeo impone un control

permanente. Los ensayos normalizados de las arenas de fundición son muy numerosos

destacando los siguientes:

- Granulometría

- Humedad

- Cantidad de aglomerante

- Permeabilidad

- Refractariedad

- pH

- Ensayos mecánicos (compresión, tracción, cizalladura, flexión, etc.)

- Ensayos de fluidez (Ensayo Kyle)

- Ensayo de tenacidad (índice shatter)

- Etc.

En ocasiones a las arenas de fundición, especialmente las de menor calidad, se añaden

aditivos con fines específicos: polvo de hulla (mejor acabado superficial); almidones, harina de

maíz, dextrina (producir atmósferas reductoras); breas, asfaltos y harinas de madera (mejorar

fluidez y porosidad); etc.

Dada la importancia de la arena en el proceso de fundición la preparación adecuada de

ésta se realiza en la llamada “Planta de preparación y recuperación de arenas”. En primer lugar

se distingue entre la “arena de contacto” y la “arena de relleno”. La primera es, como su

nombre indica, la que tiene contacto directo con el modelo y, por tanto, con el metal fundido,

mientras que la segunda completa el molde. Lógicamente la arena de contacto requiere

mejores propiedades que la de relleno y su preparación es más cuidadosa.

En contacto con el metal fundido y tanto más cuanto mayor sea la temperatura de colada la

arena sufre dos tipos de efectos fundamentalmente: rotura de los granos y pérdida de poder

aglomerante por calcinación del aglutinante independientemente de su naturaleza (arcilla,

bentonita, aglutinantes químicos, etc.).

La preparación de la arena requiere restituir sus propiedades iniciales: granulometría,

permeabilidad, resistencia mecánica, etc. Para ello la arena utilizada previamente sufre una



serie de procesos de tipo mecánico y físicos: desterronado, cribado, eliminación de partículas

metálicas y de polvo, adición y dosificación de aglutinante y aditivos, restitución de humedad,

mezclado, etc. Al final de estos procesos, que pueden incluir en el caso de aglomeración con

agentes químicos el quemado de los restos de aquéllos en la arena usada, la arena es

transportada mecánica o neumáticamente a la nave de moldeo. En consecuencia las modernas

fundiciones reciclan constantemente la arena de moldeo con objeto tanto de disminuir costes

como de regularizar la fabricación por el empleo de una arena de propiedades controladas.

2.4.Procesos de moldeo

2.4.1. Introducción

Para el ingeniero es de la máxima importancia conocer los distintos procesos de moldeo

aplicables en la actualidad para obtener una pieza determinada, a fin de poder valorar las

posibilidades, dificultades y limitaciones de cada uno de ellos, lo que redundará en una mayor

calidad y un menor precio de aquélla. Los factores que deben considerarse para la elección de

un proceso son los siguientes: dimensiones de la pieza, serie de piezas a fabricar, acabado

superficial, precisión dimensional y material. El término serie en fundición, como en otros

conformados, está relacionado con el tamaño de la pieza. Prefiere hablarse de tamaño de

pieza en vez de peso por las muy diferentes densidades que pueden tener las aleaciones

metálicas. Habitualmente se entiende por pieza pequeña la que su mayor dimensión es inferior

a 600 mm, pieza media cuando es inferior a 1800 mm y grande cuando los supera.

Generalmente, el estudio de los factores indicados para una pieza dada conducirán al proceso

más conveniente e, incluso, al coste final aproximado en estado bruto de fundición.

Se conocen más de cuarenta procesos aunque su implantación industrial sea muy distinta

de unos a otros. Las clasificaciones de los procesos de moldeo atienden a la posibilidad de

reutilización del molde, hablándose de procesos con molde perdido y procesos con molde

permanente y, también, en los procesos con molde perdido se distinguen los de modelo

reutilizable o no. Atendiendo a dichos criterios los procesos más empleados son los siguientes:

• Procesos de molde perdido y modelo permanente

• Procesos de aglomeración natural

• Procesos de aglomeración química

• Procesos de caja caliente

• Procesos de caja fría

• Procesos especiales



• Moldeo al vacío

• Procesos de molde y modelo perdidos

• Proceso con modelo de poliestireno

• Moldeo magnético

• Procesos con modelo de mercurio

• Microfusión o fundición de precisión

• Procesos de molde permanente

• Moldeo en coquilla

• Moldeo por centrifugación

2.4.2. Procesos de aglomeración natural

En primer lugar se destacará el que sigue siendo el proceso más importante de moldeo

conocido como moldeo “en verde”, así llamado por la aglomeración en húmedo con productos

naturales de la arena del molde. El aglomerante de los granos de sílice que componen la arena

sintética es la bentonita, bien en su variedad sódica o cálcica, que con el grado de humedad

preciso comunica la plasticidad y adherencia requeridas para la obtención del molde. La

compactación de la arena se logra por máquinas moldeadoras que comunican la vibración y

presión necesarias. Cuando el grado de basicidad del metal líquido puede dar lugar a

reacciones con el molde de arena, se sustituyen las arenas silíceas por arenas de olivino o

circonio, de precio muy superior.

Este proceso de moldeo en verde sigue siendo, a pesar de la proliferación de nuevos

procesos, el de mayor aplicación tanto por su bajo precio como por su versatilidad.

Actualmente se impone sobre todo en series grandes de piezas, de tamaño pequeño y medio,

de aleaciones férreas moldeadas en máquinas automáticas a alta presión con modelo metálico.

Los principales inconvenientes del moldeo en verde son la necesidad de un control más preciso

de la arena con respecto a los moldeos por aglomeración química, y la mayor erosión del

molde en contacto con el metal líquido lo que redunda en un peor acabado superficial y la

necesidad de unas mayores tolerancias.

En el caso de piezas pequeñas es aconsejable el estufado de los moldes de arena en

verde a temperaturas entre 150 y 300ºC, con ello se obtiene una mayor resistencia mecánica y

a la abrasión y, como consecuencia, un mejor acabado de la pieza. Como ventaja añadida del

estufado de los moldes se encuentra el que éstos no requieren ser colados en el momento de

su fabricación, pudiendo ser almacenados varios días antes de su llenado.



2.4.3. Procesos de aglomeración química en caja fría

La aglomeración química de la arena, independientemente de la naturaleza de ésta,

desplaza al moldeo en verde allí donde son más altas las solicitaciones mecánicas, térmicas y

abrasivas: altas presiones metalostáticas, elevadas temperaturas de colada y ataque directo

del caldo sobre zonas concretas del molde. Se comprende que cuando concurren una o varias

de dichas circunstancias (aleaciones de alto punto de fusión, piezas de paredes estrechas y

con gran número de machos, etc.) se impongan, a pesar de su mayor costo, los moldeos

químicos. Cuando no se requiere calentar la arena para aglomerarla químicamente se habla de

procesos de caja fría y de caja caliente en el caso contrario. En terminología americana el

término caja fría sólo se utiliza cuando el catalizador del proceso es un gas, reservándose el

de aglomeración con resinas para resinas y catalizadores sólidos o líquidos. En Europa, sin

embargo, no ha prosperado la distinción americana y “caja fría” hace referencia a cualquier

proceso que no requiere calentamiento de la arena, independientemente del estado de

agregación de resina y catalizador. El mayor desarrollo de los procesos de caja fría con

respecto a los de caja caliente está relacionado no sólo con el sobrecoste que implica el

calentamiento de la arena, sino con la imprescindible captación y depuración de los vapores

que se producen en los de caja caliente. Para moldes grandes la arena química se utiliza como

arena de contacto siendo la arena en verde la de relleno del resto de la caja, lo que disminuye

apreciablemente el precio del proceso. Por el contrario los machos, sometidos a mayores

solicitaciones térmicas, mecánicas y abrasivas, son casi siempre fabricados con arena

aglomerada químicamente.

En el proceso ácido fosfórico/alúmina el óxido en estado de polvo, se mezcla con la arena

a la que se añade, posteriormente, un 2-3% en peso de ácido líquido. En función de los

porcentajes de alúmina y ácido empleados pueden obtenerse tiempos de endurecimiento entre

25 y 60 minutos, variables también con la temperatura de la arena. Al ser inorgánicos los

aditivos las reacciones transcurren sin producción de vapores u olores indeseables. La

resistencia mecánica de la arena es función, para cantidades fijas de ambos componentes, del

tamaño del polvo de la alúmina, lo que a su vez es también una variable de control del tiempo

de curado o endurecimiento del molde.

Otras veces se utilizan componentes gaseosos como en el proceso silicato/CO2, uno de los

más extendidos para la obtención de machos, en el que la arena previamente mezclada con

un 3-6% en peso de silicato sódico líquido se endurece por el paso durante 5-10 segundos de

CO2, alcanzándose resistencias entre 250-300 kPa de forma casi instantánea. Tras 24 horas el

avance de la gelificación del silicato puede aumentar dicha resistencia hasta los 700-1400 kPa.



Este proceso por la sencillez de las instalaciones requeridas, ausencia de vapores, facilidad de

regulación, respuesta instantánea de curado y asequible precio de los componentes es uno de

los más apreciados y extendidos, tanto en la fabricación de machos como en la de moldes para

piezas de pequeño tamaño en grandes series.

Mientras que en los dos procesos anteriormente descritos todos los componentes eran

inorgánicos muchos otros utilizan uno o varios compuestos orgánicos: poliol/isocianato, fenol-

uretano/amina, fenol-uretano/SO2, silicato/éster, furano/ácido, fenol/ácido, fenol/éster, etc. Los

procesos que utilizan como catalizador un gas, suelen ser preferidos para la fabricación de

machos, dada la mayor dificultad para hacer pasar gas de forma uniforme a través de cajas

grandes de moldeo. En el caso de los procesos que utilizan SO2 o amina como catalizador

gaseoso se requieren instalaciones especiales para captar los gases aunque el coste de la

depuración, sin embargo, no logra desplazarlos por las ventajas innegables que poseen (alta

resistencia mecánica, fluidez y termoplasticidad de la arena, bajo tiempo de curado, etc).

2.4.4. Procesos de aglomeración química en caja caliente

El tiempo de curado o endurecimiento de la arena aglomerada químicamente disminuye

sustancialmente con la temperatura de aquélla, de ahí que se hayan desarrollado una variedad

de procesos en los que el tiempo de curado es del orden de segundos, lo que permite

aumentar fuertemente la productividad. Los principales procesos de caja caliente son los

siguientes: proceso Shell o Croning, procesos con resinas furánicas, fenólicas y de

aglomeración con aceites.

El proceso Shell se desarrolló en Alemania en el año 1948. Utiliza arena prerrevestida

llamada así porque los granos de sílice van recubiertos con una resina fenólica y

hexametilentetramina. El curado de la arena es debido a la transición de un sólido

termoplástico a otro termoestable. La arena prerrevestida cae por gravedad o neumáticamente

sobre el modelo metálico, calentado a temperaturas entre los 150 y 280ºC, y endurece entre 10

y 30 s, dando lugar a una cáscara o concha de pequeño espesor que da nombre al proceso.

El proceso Shell es hoy uno de los más utilizados en la fabricación de series grandes de

piezas que requieran excelente acabado y control dimensional, siendo sólo superado en dichos

aspectos por la microfusión. Su único inconveniente es el del alto precio de la arena

prerrevestida y del modelo metálico, que requiere una serie suficiente para su amortización, así

como la necesidad de captar los vapores producidos durante la fabricación y colada de los

moldes. Una de las principales ventajas del proceso es el almacenamiento indefinido que



pueden tener los moldes, de gran importancia para el fundidor pues le permite romper el yugo

moldeo-colada.

En los procesos con resinas furánicas y fenólicas tanto las resinas como el catalizador

ácido empleado son líquidos más o menos viscosos. A diferencia de los procesos de caja fría el

curado de la arena a los 10-30 s es suficientemente intenso como para poder desmoldear. Las

temperaturas del proceso varían entre 230 y 290ºC y los sobrecostes energéticos se

compensan con el aumento de la producción. Tanto las resinas furánicas como las fenólicas

contienen urea y formaldehído por lo que la presencia de nitrógeno puede dar lugar a

sopladuras superficiales en piezas de acero, por lo que no se utilizan las resinas fenólicas, muy

ricas en urea, y se limita el contenido de nitrógeno en las furánicas. Otro inconveniente de

ambos procesos, que da lugar al mayor número de rechazos en fabricación, es sobrepasar la

temperatura correcta de curado de la arena lo que se traduce en defectos superficiales en las

piezas. El proceso de caja caliente con resinas furánicas es probablemente el más usado en la

industria de la automoción para la producción de machos de formas complicadas. También ha

aparecido recientemente un proceso con resinas furánicas de muy bajo contenido en nitrógeno

que, por utilizar temperaturas de curado más bajas (150-230ºC) que el de caja caliente clásica,

ha dado en llamarse “caja templada”, y que al utilizar una menor cantidad de resina y

catalizador disminuye aún más el precio del proceso con respecto al de caja caliente.

Por último, dentro de los procesos de caja caliente no puede olvidarse por su importancia

histórica, e incluso su utilización actual, el proceso de aglomeración con aceite. Sigue siendo el

procedimiento más económico de fabricación de machos, de ahí que sea muy frecuente

encontrarlo asociado con el moldeo en verde. En esencia la aglomeración se realiza por

adición de agua, cereal y aceite (habitualmente de linaza) a la arena. Las cantidades de cereal

y aceite son del orden del 1% en peso, aunque el 1% de cereal puede sustituirse por bentonita

que, aunque de mayor precio, proporciona mayor resistencia mecánica y menor evolución de

gases durante la colada. Los machos se curan en estufas con circulación de aire a

temperaturas de 200ºC. Deben preverse sistemas de extracción de gases en las estufas

cuando se utilizan ciertos aceites que desprenden olores fétidos.

2.4.5. PROCESOS ESPECIALES: Moldeo al vacío o proceso V

Se desarrolló en Japón en 1973 y actualmente tiene implantación industrial para piezas de

acero de peso inferior a 7000 kg. En este proceso el semimodelo se coloca sobre una caja

hueca, conectada a una bomba de vacío, cuya placa superior dispone de taladros pasantes de



0.8 mm de diámetro. Sobre el semimodelo se coloca una delgada lámina de polietileno que se

calienta, para aumentar su plasticidad, por medio de una campana con resistencias,

ajustándose perfectamente al contorno del modelo al conectar el vacío. Posteriormente se

coloca una semicaja de moldeo, que tiene doble pared y orificios en la parte interior, sobre el

semimodelo; se llena la caja de arena, sin aglomerante alguno, vibrándose para compactarla

ligeramente y se cubre nuevamente con otra lámina plástica, aplicándose depresión a la caja.

Al suprimir el vacío se extrae fácilmente el semimodelo. La unión de dos semicajas forma el

molde completo, que se cuela manteniendo el vacío hasta la completa solidificación de la

pieza. Al desconectar el vacío se desprende fácilmente la pieza al fluir libremente la arena.

2.4.6. Procesos de molde y modelo perdidos

2.4.6.1. Moldeo con modelo de poliestireno

Este proceso utiliza modelos de poliestireno expandido u otro tipo de polímeros con menos

átomos de carbono en el monómero que el poliestireno, lo que reduce los problemas que en la

fusión del acero puede originar el carbono producido en la combustión del polímero. Los

monómeros actuales incorporan oxígeno en la cadena por lo que se minimiza el residuo de

carbono. Sin embargo, en la fusión de aleaciones de menor temperatura de colada no se

produce la descomposición del polímero en carbono e hidrógeno, de ahí su utilización mayor

en la fundición de aluminio. Los modelos de polímero se suelen recubrir con una pintura

refractaria para mejorar la superficie de las piezas. La aglomeración de la arena suele hacerse

por vibración. Este proceso no presenta limitación en el tamaño de pieza y pueden realizarse

modelos de gran tamaño y formas complicadas por soldadura de trozos de polímero.

2.4.6.2. Moldeo magnético

Este proceso no ha tenido gran desarrollo industrial pero levantó, sin embargo, grandes

expectativas por la sencillez de su fundamento. Sólo es aplicable a aleaciones de punto de

fusión inferior a la del hierro y está basado en la utilización de polvo o granalla de hierro como

sustituto de la arena. Utilizando un modelo de poliestireno se compacta el polvo por vibración y

luego por la aplicación de un campo magnético que una vez colada y enfriada la pieza deja de



actuar permitiendo un fácil desmoldeo. Para aleaciones férreas se está empezando a emplear

polvos cerámicos magnéticos.

2.4.6.3. Proceso con modelo de mercurio

Al igual que en el caso del moldeo magnético despertó inicialmente unas expectativas que

no se han confirmado posteriormente. En esencia consiste en un moldeo convencional en caja

fría utilizando un modelo de mercurio sólido obtenido en coquilla mantenida a temperatura de –

40ºC. Una vez aglomerada la arena se calienta la caja hasta temperatura ambiente con objeto

de recuperar el mercurio líquido. La utilización industrial más habitual ha sido para piezas

pequeñas moldeadas por el proceso silicato-CO2.

2.4.6.4. Microfusión o fundición de precisión

Es el nombre industrial del proceso a la cera perdida, primer procedimiento de fundición de

la humanidad, que se empleaba para aplicaciones artísticas: escultura, orfebrería, joyería, etc.

El proceso implica las siguientes etapas:

- Obtención de los modelos en cera o poliestireno expandido.

- Formación con varios modelos de “racimos”: conjunto de piezas iguales

con una alimentación común para la colada.

- Recubrimiento cerámico de los racimos para obtener una “cáscara” de gran

resistencia térmica y mecánica.

- Calentamiento de los racimos para recuperar la cera o quemar el

poliestireno.

- Calentamiento a alta temperatura (1000ºC) de los racimos para eliminar

trazas del material de los modelos, elevar la resistencia mecánica de la

cerámica y permitir un mejor llenado del metal fundido.

- Colada en el molde caliente, desmoldeado y rotura de los racimos para

obtener las piezas individuales.

La cáscara cerámica se obtiene por sucesivos ciclos de inmersión de los racimos en una

papilla cerámica y posterior secado en un agregado refractario de polvo de óxido de silicio y/o

circonio. Basado en este procedimiento se han desarrollado los procesos Shaw, Unicast,



Osborn-Shaw y Ceramicast, todos ellos muy similares entre sí. En estos procesos a una

mezcla adecuada de polvos refractarios se añade silicato de etilo y una pequeña cantidad de

un agente gelificante con objeto de obtener una papilla de viscosidad adecuada. La papilla se

echa sobre la caja que contiene el modelo gelificándose en 2-3 minutos. Se retira el modelo y

se calienta el molde a alta temperatura para obtener la máxima resistencia mecánica,

colándose posteriormente. Las ventajas de estos procesos de fundición son innegables:

excelente superficie de las piezas, tolerancias muy estrechas que pueden permitir muchas

veces eliminar mecanizados y una alta productividad, pero también es innegable el alto coste

del proceso y la limitación de tamaño de las piezas.

2.4.7. Procesos de molde permanente

2.4.7.1. Moldeo en coquilla

En este tipo de procesos el molde no se destruye en la colada y puede ser utilizado

muchas más veces. El molde, llamado coquilla, refrigerada o no, está construida con aceros de

herramientas para trabajo en caliente acabados por electroerosión y la colada puede ser

realizada por gravedad o a presión. El coste de la coquilla sólo se justifica en series grandes de

piezas en las que el factor tamaño es una limitación del proceso. Aunque el moldeo en coquilla

refrigerada puede ser utilizada para la fundición de pequeñas piezas de acero o fundición, lo

más habitual es la colada de aleaciones de menor punto de fusión como aluminio, cobre, cinc,

etc.

Se han desarrollado moldes permanentes de molibdeno para fabricación de piezas de

acero hasta 4 kg de peso y secciones de 25mm. La colada se realiza con el molde

debidamente precalentado y a presiones de 150MPa. Aunque las piezas obtenidas tienen

excelente acabado y precisión dimensional, el coste y mantenimiento de la coquilla de

molibdeno hace difícilmente justificable este proceso excepto en casos muy especiales. Cara a

reducir el coste de la coquilla de molibdeno para la colada de acero se utilizan moldes

semipermanentes de grafito que requieren reconstituciones periódicas de la superficie. Es muy

utilizado el molde de grafito en la fabricación de ruedas de vagón de ferrocarril y, generalmente,

la colada se hace bajo presión.

Para piezas pequeñas y de geometría adecuada es posible mantener durante la

solidificación en la coquilla una cierta presión, del orden de 60 MPa, lo que permite eliminar en



gran parte la microporosidad. Este tipo de moldeo en coquilla con solidificación bajo presión

compite con la forja en caliente para la fabricación de pequeñas piezas de acero, dando lugar a

piezas de superiores propiedades mecánicas que las obtenidas por colada convencional.

2.4.7.2. Moldeo por centrifugación

Existen fundamentalmente dos tipos de máquinas de moldeo por centrifugación: las de eje

horizontal y las de eje vertical, aunque en casos especiales pueden encontrarse pequeñas

máquinas de eje de rotación inclinado. Las máquinas pueden ser unitarias o múltiples,

empleándose las últimas para las mayores producciones. Las de eje horizontal son las que

presentan mayor interés industrial y permiten obtener tubos de hasta 12 m de longitud.

Los moldes pueden ser tubos de acero, fundición gris o grafito que se recubren con arena

y/o una pintura refractaria antes del precalentamiento previo a la colada. El efecto de la fuerza

centrífuga es doble, por una parte obliga al metal a adoptar la forma cilíndrica y, por otra, al

persistir durante la solidificación reduce la microporosidad, lo que se traduce en un aumento de

propiedades mecánicas. Una de las principales ventajas de este proceso es la posibilidad de

fabricación de tubos bimetálicos en los que el recubrimiento, bien interior o exterior, puede

mejorar el comportamiento mecánico, anticorrosivo o antidesgaste reduciendo altamente el

coste del material.

2.5. Máquinas y líneas de moldeo

Los procesos clásicos de moldeo con arena, ya sean de aglomeración natural o química,

pueden realizarse de manera manual o mecánica.

En el moldeo a mano, típico de la fabricación no seriada, el moldeador es un operario

especializado que realiza el molde usando atacadores manuales, neumáticos o eléctricos para

disponer la arena, de forma que ésta cubra adecuadamente el modelo y obtenga la

compacidad y resistencia precisas.

Las modernas “máquinas proyectoras”, así llamadas por proyectar a una velocidad

determinada la arena suelta sobre el modelo hasta completar el molde, están eliminando

progresivamente el moldeo manual. Estas proyectoras consisten en esencia en un cabezal



móvil, que se desplaza en la nave de moldeo, y al que llega la arena debidamente preparada

por transporte mecánico o neumático.

En el moldeo mecánico tanto el atacado de la arena como la extracción del modelo se

realizan de forma automática, consiguiéndose altas cadencias de fabricación y un mínimo de

rechazos.

Las máquinas más extendidas para el moldeo mecánico emplean las sacudidas, vibración

y presión de forma combinada. La arena cae sobre el modelo dispuesto sobre la placa-modelo

que constituye el fondo de la caja de moldeo. El atacado de la arena se logra haciendo subir y

bajar a gran velocidad el bastidor de la máquina sobre el que se encuentra la placa-modelo, al

tiempo que un vibrador facilita el contacto arena-modelo. Tras un número prefijado de

sacudidas, variable con la complejidad del modelo, se aplica finalmente presión mediante una

placa que actúa sobre la arena más alejada del modelo. Por último, unas levas accionan sobre

la caja de moldeo con objeto de lograr la separación del modelo de la arena, operación llamada

desmodelado. En la figura 43 se observan las diferentes fases de la operación de una de estas

máquinas.

l

r nd

o

c

a

r

ndo

c

a

La misma máquina de la figura anterior. El

plato está en el centro de la máquina y fijado

por el montante de la derecha. La máquina

está en la fase de compresión.

Máquina de moldear por sacudidas y

compresión. a, placa modelo; c, caja; o,

mesa; d, espigas para el desmodelado;

n, pistón de sacudidas; r, pistón de

compresión. El plato está desviado

lateralmente, y la máquina en la fase de

sacudimiento.



c

r

noda

Fig. 43.- Fases de la operación de una máquina de moldear por sacudidas y compresión.

Las fundiciones mecanizadas especializadas en la fabricación de grandes series disponen

de líneas de moldeo mecánico que, generalmente, constan de una o varias máquinas de

diferentes dimensiones de bastidor con objeto de cubrir diferentes tamaños de pieza. Dos

máquinas iguales dispuestas enfrentadas realizan simultáneamente dos semicajas que

convergen en una máquina volteadora encargada de cerrar la caja de moldeo. Si hay machos

en la pieza éstos se disponen previamente de forma también automática. Todos los

movimientos de las semicajas y cajas se realizan mediante caminos de rodillos, e incluso la

colada y las operaciones posteriores (desmoldeo, corte de bebederos y mazarotas, granallado,

etc.) son efectuadas mecánicamente.

Estas fundiciones mecanizadas y de alto grado de automatización suelen emplear arena

aglomerada con bentonita y la importancia de la planta de recuperación de arenas es

fundamental en la calidad y coste de la producción, sin embargo, estas fundiciones se prestan

mal por su falta de versatilidad a las series pequeñas o a piezas de grandes dimensiones.

La misma máquina de la figura precedente. El plato está desviado

lateralmente y la máquina en la fase de desmodelar.



2.6. Alimentación de los moldes

Además de los elementos del molde estudiados previamente hay que disponer de una

alimentación adecuada. Esta alimentación consta de los llamados “bebederos”, que consisten

en canales dispuestos en el molde cuya misión es conducir el metal fundido desde la superficie

exterior del molde al interior. Un bebedero típico se representa en la figura 47.

a c b

d

e

I H

Fig. 44.- Bebedero simple: a, cubeta; b, pozuelo; c, altar; d, cuello; e, colector; H es la presión del líquido

o carga metalostática.

Las “mazarotas” tienen como misión alimentar de metal líquido a la pieza durante la

solidificación con objeto de contrarrestar la contracción. Estas mazarotas son un elemento

fundamental en el molde y su número, disposición y volumen son calculados cuidadosamente.

En la figura 45 se representa una pieza convenientemente mazarotada con objeto de evitar

“rechupes” en su interior.

Otros elementos de importancia en los moldes son los llamados “respiraderos” cuya misión

es conducir los gases producidos durante la colada al exterior, así como los “enfriadores”

consistentes en piezas metálicas situadas junto a las zonas más masivas de las piezas con

objeto de acelerar su solidificación facilitando un enfriamiento isotérmico de la pieza.



Fig. 45.- Ejemplo de pieza con mazarotas

2.7. Fusión y colada

Para la fusión del metal pueden emplearse hornos de muy diferente naturaleza

dependiendo de la aleación a fundir, peso, cadencia de colada, etc. : hornos de cubilote,

hornos de arco, hornos de inducción, hornos de gas, gasoil, etc.

Si embargo, las fundiciones automatizadas están adoptando como instalación de fusión los

llamados hornos de inducción de crisol, tanto en su variedad de frecuencia de red (50 Hz)

como los de media o alta frecuencia, debido a su buen rendimiento y versatilidad.

Los hornos de inducción de crisol se basan en la ley física según la cual los cuerpos

metálicos sometidos a la acción de un campo magnético de corriente alterna se calientan tanto

más cuanto más intenso es el campo magnético y cuanto más elevada es la frecuencia.

Están constituidos por una espiral cilíndrica fabricada en tubo de cobre (enfriado por

circulación interior de agua) rodeando al crisol que contiene el metal que se ha de fundir (Fig.

46).



a

e

d

c

b

Fig. 46.- Horno de inducción de alta frecuencia. El crisol a, de refractario apisonado, está rodeado de la

espiral b, de cobre, de sección cuadrada hueca, que puede ser enfriada con agua procedente de la

cañería c. La espiral con los conductores e está conectada a la red. Para efectuar la colada se hace girar

el horno (por ejemplo, hidráulicamente) sobre el perno d.

Por efecto del campo magnético generado por la bobina se induce una corriente en la

masa metálica y la energía eléctrica absorbida se transforma en calor. El crisol refractario no

impide la acción del campo magnético. Mientras que en los hornos de baja frecuencia se

emplea la corriente industrial de 50 Hz, en los hornos de alta frecuencia puede alcanzarse los

millones de herzios. En los hornos de tipo industrial la corriente de alta frecuencia es obtenida

con grupos giratorios motor-alternador de alta frecuencia, o bien con grupos estáticos por

tiristores. Al ser muy bajo el factor de potencia hace falta disponer en serie o en paralelo una

batería de condensadores de capacidad tal que equilibren la corriente desfasada, como puede

apreciarse en el esquema de instalación de un horno de alta frecuencia que se representa en la

figura 47.



a bc d e

f

g

h

Fig. 47.- Esquema de instalación para horno de alta frecuencia. La línea trifásica alimenta el motor c del

grupo convertidor que hace funcionar el alternador de alta frecuencia d. El crisol a está rodeado por la

espiral b, alimentada por la corriente monofásica del convertidor. En e hay un interruptor para conectar el

horno; en f, los instrumentos de medida (voltímetro y amperímetro); en g la batería de los condensadores;

h es la puesta a tierra.

El revestimiento del horno está formado por arena de cuarcita de diversa granulometría

debidamente apisonada. Se debe poner un gran cuidado al efectuar el revestimiento y el

secado que le sigue, que será muy lento para evitar su agrietamiento.

La capacidad de esta clase de hornos puede variar desde unos pocos kilogramos hasta las

20 a 25 toneladas, con potencias que alcanzan los 2.000 KW/Tm para los hornos de menor

capacidad.

Los hornos de inducción permiten obtener aleaciones de gran regularidad de composición

con bajos costos de funcionamiento, sin embargo, los gastos de instalación son muy elevados.

Se emplean particularmente en las fundiciones de aceros aleados especiales.

La potencia desarrollada en el interior de la carga viene dada por la expresión:

f ρh) / d (2π I NW 222=

donde:

N = número de espiras de la bobina



I = intensidad de corriente en la bobina

h = altura del crisol

d = diámetro del crisol

f = frecuencia en Hz

ρ = resistencia específica de la carga.

En cuanto a la colada del metal en el molde puede ser manual o automática, siendo ésta

última la utilizada en fundiciones con alto grado de automatización. En la colada automática

una artesa contiene el metal fundido manteniéndose su nivel constante mediante una

alimentación regulada. Los moldes pasan por un camino de rodillos bajo la artesa que con una

temporización prefijada abre y cierra un tapón refractario llamado “buza” situado en su fondo.

2.8. Enfriamiento, desmoldeo y acabado

Los moldes una vez colados pasan a túneles de enfriamiento en las fundiciones

mecanizadas o a una zona especial de la nave de colada para su enfriamiento natural. El

tiempo necesario para el enfriamiento de las piezas, sin que éstas sufran roturas o

deformaciones, es variable en función de factores como tipo de aleación, tamaño y forma de la

pieza, tipo de moldeo, etc. Las fundiciones más automatizadas efectúan el enfriamiento,

debidamente estudiado, en túneles que disponen de rociadores, chorro de aire, etc., con objeto

de aumentar el ritmo de fabricación. Los moldes pasan por caminos de rodillos a los túneles de

enfriamiento donde se enfrían en pocos minutos en caso de piezas pequeñas, aunque puede

aumentar considerablemente este tiempo para piezas mayores, no siendo infrecuente que

piezas grandes requieran tiempos de enfriamiento superiores a las 15-20 horas.

Una vez enfriada la pieza el molde pasa al desmoldeo, bien manual o automático. El

desmoldeo automático en túneles cerrados que disponen de captación de polvo y parrillas de

vibración para desmoronar la arena, es el empleado en las fundiciones con moldeo en mota,

simplificándose extraordinariamente al no existir cajas de moldeo. La existencia de cajas

requiere instalaciones más complejas y costosas para lograr previamente la apertura

automática de aquéllas.

Tras el desmoldeo se procede al corte de bebederos y mazarotas. Cuando las series

justifican la inversión el corte y el rebarbado puede hacerse en prensas automáticas, siendo

manual en caso contrario.



A continuación las piezas pasan a cabinas de granallado en las que el choque de la

granalla de acero a alta velocidad confiere, además de una limpieza excelente de la pieza, un

acabado superficial suficiente en la mayor parte de los casos cuando no se requiere una

mecanización posterior. En cualquier caso este granallado es preciso para eliminar

completamente la arena de la pieza y se aplica incluso, aunque de menor intensidad, a los

bebederos y mazarotas con objeto de ser retornados a los hornos de fusión. Las piezas

habitualmente vuelven a ser granalladas tras el tratamiento térmico, si éste existe, para eliminar

las posibles capas de óxido superficiales producidas en los hornos de tratamiento.

Las piezas acabadas pasan al control imprescindible en cualquier fabricación de calidad y

son enviadas bien directamente a embalaje y expedición, o a las naves de mecanizado cuando

éste es preciso. Las fundiciones más avanzadas incorporan también habitualmente los talleres

de mecanizado o los de tratamientos superficiales de acabado: pintura, galvanizado, etc.

Por último, debe señalarse que a pesar de lo complejo del proceso de fundición las

fundiciones modernas de calidad, dotadas de sofisticados medios de automatización y control,

logran producciones seriadas prácticamente exentas de rechazos incluso en piezas

complicadas y de gran responsabilidad.

practica 1 conformado por fundicion

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