Fundición de precisión, también conocido como fundición de precisión, es el proceso de fundición de mayor fidelidad del mundo. Es un proceso de fabricación que puede producir características muy finas y de lo más complejas, y que captará hasta el más mínimo detalle. Tanto si fabrica piezas de fundición de precisión para la industria aeroespacial como si es un escultor que crea obras pequeñas y también a escala monumental, ofrece un excelente acabado superficial y una gran precisión dimensional.
Prácticamente no existe ninguna aleación que no pueda fabricarse mediante el proceso de fundición a la cera perdida. Esa es la característica única y más importante del proceso de fundición a la cera perdida. La gama de aleaciones cubre prácticamente todo el espectro de aleaciones utilizadas en ingeniería.
Historia y evolución de la fundición de precisión
En el siglo XX se produjeron varios avances en el proceso de fundición a la cera perdida. Al principio se utilizaba el molde macizo o el molde en bloque, en el que todo el molde se rellenaba con material cerámico. Más tarde, el material cerámico se sustituyó por el molde de escayola para obtener un mejor acabado superficial. Más tarde se desarrolló el proceso mercast, en el que se utilizaba mercurio como material de patrón, pero ya no se utiliza. Por último, recientemente se ha desarrollado la fundición a la cera perdida, que ha cobrado importancia en todo el mundo.
Muy poco ha cambiado en los 3.000 años que se lleva fundiendo bronce. Ahora tenemos sopladores eléctricos en lugar de fuelles y tenemos gas natural en lugar de estiércol animal seco, por lo demás todo es igual. El molde se fabrica con materiales terrosos como antaño y quemamos la cera.
Características especiales del proceso de fundición a la cera perdida
¿Cuáles son las características especiales del proceso de fundición a la cera perdida? Puede producir piezas muy finas y complejas. La segunda característica es que ofrece un excelente acabado superficial; la mayoría de las veces no requiere mecanizado o requiere un mecanizado insignificante. La siguiente característica especial es que ofrece una excelente precisión dimensional. Por último, puede utilizarse para fundir todos los metales y aleaciones.
Si vemos diferentes procesos de fabricación o de fundición, la fundición dúctil, el acero para herramientas y las superaleaciones no pueden fundirse utilizando fundición a presión proceso. Las aleaciones de titanio no pueden fabricarse utilizando fundición en arena proceso. Pero en el proceso de fundición a la cera perdida se pueden fabricar todas las aleaciones. Prácticamente no existe ninguna aleación que no pueda fabricarse mediante el proceso de fundición a la cera perdida.
Pasos del proceso de fundición de cerámica a la cera perdida
Estas son las principales etapas del proceso de fundición a la cera perdida:
- Inyección de cera: Se inyectará cera en el troquel del patrón y se retirará.
- Montaje del patrón: Cientos de estos patrones se producen en una sola sesión y varios de ellos se unen a través de un árbol central para lograr economía.
- Edificio Shell: El conjunto de cera se sumergirá en la lechada cerámica, se sacará y se espolvoreará estuco alrededor del dibujo.
- Desparafinado: La cera del interior de la cáscara debe escurrirse por completo.
- Reparto: Vertido del metal fundido en la cáscara de cerámica.
- Knockout: Rompiendo esa cáscara y sacando la fundición fuera.
- Corte: Separar las piezas fundidas individuales del árbol ensamblado.
- Acabado y operaciones secundarias: Se pule el acabado superficial adecuado de las piezas.
Construcción de conchas: Ingredientes y etapas de la lechada
¿Cómo se fabrica la pasta cerámica? Tenemos que conocer los ingredientes de la pasta cerámica. Uno es el polvo refractario o harina, que comprende entre el sesenta y el ochenta por ciento. Los polvos refractarios más utilizados son el silicato de circonio, la sílice fundida y el óxido de aluminio fundido. El segundo ingrediente es el aglutinante líquido, que comprende entre el quince y el treinta por ciento, principalmente silicato de etilo o sílice coloidal. Por último, se utilizará un aglutinante sólido del cinco al diez por ciento.
La primera lechada de inmersión es una textura fina que puede llegar fácilmente hasta los detalles de las ranuras y los gráficos grabados. La siguiente capa de lechada es más gruesa que las primeras inmersiones, ya que crea una gruesa capa de cerámica alrededor del árbol de cera. Este ciclo se repetirá entre cinco y siete veces. La lechada tiene que secarse entre inmersiones sucesivas; la temperatura y la humedad se controlan cuidadosamente.
La ciencia de la desparafinación y el horno autoclave
Antes de verter el metal fundido en la cáscara de cerámica, la cera del interior de la cáscara debe drenarse por completo y este proceso se conoce como desparafinado. Generalmente se utiliza un horno autoclave. Se inyecta vapor a alta presión a unos 8 kg por centímetro cuadrado en el horno sellado. La cera se derretirá y se desprenderá de la cáscara de cerámica.
Nos aseguramos mucho de quemar estos moldes de forma limpia. Si el bronce entrara en contacto con la cera sería un verdadero problema. El bronce haría que la cera se convirtiera inmediatamente en gas y un gas es una expansión repentina de volumen. La definición de una explosión es una expansión repentina de volumen. El bronce podría salir disparado del molde debido a la explosión de la cera en contacto con el bronce. Esta cera se refinará, se purificará y se utilizará de nuevo para hacer el modelo.
Fundición de precisión: Fundición y solidificación del metal
Los moldes de cerámica deben calentarse antes de poder verter en ellos el metal fundido. Precalentamos el molde hasta que está a una temperatura anaranjada para que ofrezca la menor resistencia al frío al bronce a medida que éste inunda la cámara. El bronce se solidifica literalmente a 1850 grados; nosotros lo fundimos a unos 2000 grados y lo vertemos poco después.
Durante la fusión de los lingotes de bronce, las imperfecciones, como la arena o el material del molde, flotan en la superficie. Desespumamos la escoria de la superficie. Después de llenar la cáscara con el metal líquido, hay que apartarla para que se enfríe. Las cáscaras de cerámica recién vertidas generan mucho calor ambiental. Dentro del molde, primero se solidifican las zonas más finas y luego las más gruesas.
Fundición a la cera perdida: Golpeado, tronzado y acabado
Knockout significa romper la cáscara y extraer la pieza fundida del exterior. Se utiliza un cincel motorizado para romper la cáscara cerámica y separarla de la pieza fundida. El árbol metálico se somete a un chorro de arena para eliminar cualquier resto de cáscara cerámica. Los restos deben eliminarse de la pieza fundida; por eso utilizamos un sistema de chorro de arena.
Las piezas de fundición se cortan en las puertas, lo que deja el material sobrante en las zonas de las puertas; esto es el recorte. Para ello, la mayoría de las veces se utiliza una muela abrasiva. Las piezas se someten a tratamiento térmico para normalizar el metal. Las piezas se pulen con un acabado superficial adecuado; los acabados espejo y satinado son los más comunes hoy en día. El producto final no tendrá defectos y será visualmente atractivo.
Aleaciones moldeadas a la cera perdida y sus aplicaciones industriales
Común aleaciones de fundición de precisión incluyen:
- Hierro dúctil: Se fabrica mediante un proceso de aleación en el que las escamas de grafito se convierten en nódulos esferoidales. Se utiliza para componentes de defensa, componentes de automoción y componentes de bombas y válvulas.
- Aceros al carbono: De uso común en un amplio espectro de industrias, como mecanismos internos de cerraduras, aplicaciones mineras, militares y armas de fuego, y piezas de transporte.
- Aceros para herramientas: Se utiliza especialmente para fabricar distintas herramientas, como la fresa.
- Aceros inoxidables: Acabado de espejo para ofrecer la máxima resistencia a la corrosión.
- Aleaciones de aluminio y magnesio: Se utiliza para componentes aeroespaciales en los que hay varias aletas finas.
- Aleaciones de titanio: Difusor de motor a reacción y piezas de suspensión de coches de carreras de Fórmula 1.
- Superaleaciones: Como el rodete de una turbina con álabes muy finos y características complejas.
Innovación: Prototipado rápido en fundición a la cera perdida
La cara más dura de la fundición a la cera perdida es la producción del modelo. Producir el patrón es muy difícil, por eso ha surgido la creación rápida de prototipos para producir los patrones. Algunos procesos importantes son:
- Litografía estereoscópica (SLA): El rayo láser incide sobre un fotopolímero de resina líquida y éste se solidifica. Se cura capa por capa.
- Sinterización selectiva por láser (SLS): Similar a la litografía estereoscópica, pero aquí se utiliza polvo.
- Impresión 3D: El sistema láser se sustituye por el adhesivo líquido.
- Modelado por deposición fundida (FDM): El cabezal del licuador se mueve en dirección x e y formando una fina lámina cada vez.
Para conocer las normas técnicas relativas a estos materiales, consulte el Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM).
El futuro de la industria de la fundición a cera perdida: Patrones de hielo
Los patrones de hielo resultan muy eficaces en el proceso de fundición a la cera perdida. Las ventajas de los patrones de hielo incluyen un mejor acabado de la superficie y la eliminación de grietas en el revestimiento durante la retirada del patrón. Cuando aumentamos la temperatura, debido a la expansión anormal del agua, el volumen bajará hasta cuatro grados centígrados. Como el volumen disminuye, la cáscara no se agrieta. Esa es la mayor ventaja. El material del patrón, agua o hielo, no es caro.
El bronce es un material de archivo. Cuando hacemos un bronce, no sólo pensamos en una exposición de arte este año, sino en cómo lo verán las generaciones futuras. Es un lenguaje basado en una historia humana. El arte es para los tenaces, para los que se niegan a rendirse.
Profundice sus conocimientos sobre la fabricación de fundición de precisión
Explore nuestras guías detalladas para ver qué proceso se ajusta a las necesidades específicas de su proyecto:
- Fundición inyectada de zinc frente a fundición inyectada de aluminio: Una comparación directa de costes y capacidades.
- Guía de selección de aleaciones: Comprender qué metales funcionan mejor para geometrías complejas.
- Operaciones secundarias de acabado: Cómo conseguimos acabados de espejo y satinado en piezas de fundición.
- Servicios de prototipado rápido: Acelere su producción con patrones SLA y FDM.
Para más información técnica, visite la página Instituto de Fundición a Presión o explore las normas más recientes en la Sociedad Americana de Fundición.
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