El hierro fundido, el acero fundido, las aleaciones de aluminio y las aleaciones de cobre se encuentran entre los metales más utilizados en la fundición en arena. Cada uno de ellos ofrece propiedades diferentes para piezas como bases de máquinas, carcasas de bombas, cuerpos de válvulas y soportes ligeros. Más allá del propio metal, el proceso también se basa en arena, aglutinantes y otros materiales de moldeo para dar forma a la pieza y soportar la colada.
Metales comunes utilizados en la fundición en arena
La fundición en arena permite trabajar con una amplia gama de metales ferrosos y no ferrosos, entre los que se incluyen el hierro fundido, el acero fundido, las aleaciones de aluminio y las aleaciones de cobre. El magnesio, el zinc y determinadas aleaciones a base de níquel y titanio también pueden fundirse en arena, aunque algunas requieren materiales de moldeo especializados, equipos de fusión y controles de proceso específicos.
Hierro fundido
El hierro fundido se utiliza ampliamente en la fundición en arena por su facilidad de fundición, su capacidad para amortiguar las vibraciones y su maquinabilidad. Entre sus aplicaciones típicas se incluyen las bases de máquinas, los cuerpos de bombas, las carcasas de cajas de cambios y los soportes mecánicos. Los tipos más comunes son el hierro gris, el hierro dúctil, el hierro maleable y el hierro de grafito compactado. Entre las calidades representativas se encuentran la ASTM A48 Clase 30 y la ASTM A536 65-45-12.
Acero fundido
El acero fundido ofrece resistencia y tenacidad para componentes mecánicos expuestos a cargas pesadas y a impactos. La fundición en arena se utiliza para fabricar cuerpos de válvulas industriales, soportes para maquinaria pesada, conectores de carga y piezas de fundición estructurales de gran tamaño. Entre las categorías más comunes se incluyen el acero al carbono, el acero de baja aleación, el acero inoxidable y el acero resistente al calor. Entre los grados más representativos se encuentran el ASTM A216 WCB y el ASTM A27 Grado 70-36.
Aleaciones de aluminio
Las aleaciones de aluminio combinan una baja densidad con una buena resistencia a la corrosión y facilidad de mecanizado, lo que las hace adecuadas para componentes industriales ligeros. La fundición en arena permite fabricar carcasas de equipos, cuerpos de bombas, soportes estructurales y piezas con conductos internos complejos. Entre los grupos de aleaciones más comunes se encuentran las aleaciones de aluminio-silicio, aluminio-cobre y aluminio-magnesio. Entre los grados más representativos se encuentran el A356.0, el 319.0 y el 356.0.
Aleaciones de cobre
Las aleaciones de cobre ofrecen una buena resistencia a la corrosión, mientras que algunos grados seleccionados también aportan resistencia al desgaste, conductividad térmica y propiedades mecánicas útiles. Entre los productos típicos fabricados mediante fundición en arena se incluyen cuerpos de válvulas, cuerpos de bombas, casquillos, cojinetes y otros componentes industriales. Entre las categorías más comunes se encuentran el bronce al estaño, el bronce al aluminio y el latón. Entre los grados representativos se encuentran el C83600, el C95400 y el C87500.
Aleaciones de magnesio
Las aleaciones de magnesio tienen una baja densidad y una elevada relación resistencia-peso, lo que las hace adecuadas para carcasas ligeras y componentes estructurales. La fundición en arena se utiliza para carcasas de equipos aeroespaciales, soportes mecánicos y otras piezas en las que el peso es un factor determinante, pero requiere medidas específicas de protección de la masa fundida. Entre los grupos de aleaciones más comunes se encuentran las aleaciones de magnesio-aluminio-zinc, magnesio-zinc-tierras raras y magnesio-tierras raras. Entre los grados más representativos se encuentran el AZ91E, el ZE41A y el WE43.
Aleaciones de zinc
Las aleaciones de zinc tienen temperaturas de fusión relativamente bajas, buena fluidez y buena maquinabilidad. Aunque se utilizan principalmente en la fundición a presión, algunas aleaciones seleccionadas también pueden fundirse en moldes de arena para la fabricación de componentes mecánicos, piezas decorativas y pequeñas series de producción. Entre las categorías más comunes se encuentran las aleaciones de zinc-aluminio y de zinc-aluminio-cobre. Ciertas aleaciones ZA, entre ellas la ZA-12 y la ZA-27, son adecuadas para la fundición en arena.
Aleaciones a base de níquel
Las aleaciones a base de níquel ofrecen resistencia al calor, a la corrosión y a la oxidación para procesos químicos, equipos energéticos y otras aplicaciones industriales exigentes. Algunas aleaciones pueden moldearse en arena para fabricar cuerpos de bombas, cuerpos de válvulas y componentes estructurales resistentes al calor, pero requieren un control minucioso de las condiciones de fusión y de los materiales del molde. Entre los grupos más comunes se encuentran las aleaciones de níquel-cromo, níquel-cromo-molibdeno y níquel-cobre. La norma ASTM A494 CW-12MW es un grado representativo para fundición.
Aleaciones de titanio
Las aleaciones de titanio ofrecen una elevada relación resistencia-peso y una buena resistencia a la corrosión para los sectores aeroespacial, de procesamiento químico y de equipos industriales especializados. Determinadas aleaciones pueden fundirse para fabricar cuerpos de bombas, cuerpos de válvulas y componentes estructurales complejos mediante procesos especializados de moldeo en arena. Estos procesos requieren materiales refractarios específicos para los moldes y equipos de fusión al vacío o en atmósfera controlada. Entre las categorías más comunes se encuentran las aleaciones de titanio alfa, alfa-beta y beta, siendo la Ti-6Al-4V una de las más representativas.
¿Qué materiales se necesitan para la fundición en arena?
Además del metal que se vierte, la fundición en arena requiere modelos, arena base, aglutinantes, aditivos y recubrimientos de fundición. Los modelos definen la forma exterior de la pieza fundida, mientras que los moldes y los núcleos de arena forman la cavidad que recibe el metal fundido. Los aglutinantes, los aditivos y los recubrimientos ayudan a controlar el rendimiento del molde y la calidad de la pieza fundida.
Patrones y núcleos
Los modelos conforman la cavidad exterior del molde en la arena y suelen estar fabricados en madera, plástico o metal. Los modelos de madera son adecuados para piezas fundidas únicas y series de producción pequeñas; los de plástico ofrecen una buena estabilidad dimensional, y los de metal son idóneos para la producción en serie. Las piezas con conductos internos o cavidades complejas también requieren núcleos de arena, que por lo general se fabrican con arena y un aglutinante utilizando cajas de núcleos. Una vez que los modelos y los núcleos están listos, el Proceso de fabricación de moldes mediante fundición en arena Consiste en rellenar y compactar la arena, retirar el modelo, colocar los núcleos y montar el molde.
Arena de base
La arena base es el material principal que se utiliza para fabricar moldes y núcleos. Debe presentar unas características adecuadas de refractariedad, permeabilidad y granulometría. La arena de sílice es la opción más utilizada, ya que es fácil de conseguir y relativamente económica. Las arenas de cromita, circón y olivino se utilizan cuando los requisitos específicos de refractariedad, expansión térmica o resistencia a la penetración del metal justifican su empleo.
Carpetas
Los aglutinantes mantienen unidos los granos de arena para que los moldes y las piezas de núcleo conserven la resistencia suficiente durante el moldeo, la manipulación y el vertido. Entre los aglutinantes más comunes se encuentran la bentonita, la resina de furano, la resina fenólica y el silicato de sodio. La bentonita se utiliza principalmente en la arena verde, mientras que las resinas y el silicato de sodio se emplean habitualmente en moldes y núcleos de unión química. Estos diferentes métodos de unión constituyen la base de Tres sistemas habituales de moldeo en arena: arena verde, arena de silicato de sodio y arena de resina de furano.
Aditivos
Los aditivos modifican propiedades específicas de la arena para ayudar a reducir la adherencia, mejorar las superficies de las piezas fundidas o ajustar el rendimiento del moldeo. Entre los ejemplos más comunes se encuentran el polvo de carbón, el almidón y los materiales a base de celulosa. El polvo de carbón se utiliza principalmente para mejorar la calidad de la superficie de las piezas de fundición de hierro, mientras que los aditivos a base de almidón y celulosa pueden mejorar propiedades como la tenacidad, la moldeabilidad y la colapsabilidad, dependiendo de la formulación.
Recubrimientos para fundición
Los recubrimientos de fundición se aplican a las superficies de los moldes o las matrices para crear una barrera refractaria que ayuda a reducir la penetración del metal, la adherencia por combustión y otros defectos superficiales. Entre los rellenos refractarios más comunes se encuentran la harina de circón, la alúmina y el grafito. La harina de circón y la alúmina proporcionan protección refractaria, mientras que el grafito ofrece propiedades desmoldeantes útiles y se utiliza en determinados recubrimientos de moldes para piezas de fundición de hierro.
Aplicaciones de la fundición en arena
La fundición en arena permite fabricar piezas de hierro fundido, acero fundido, aleaciones de aluminio y otros metales. Entre los productos más habituales se encuentran los bloques de motor, las carcasas de bombas, los cuerpos de válvulas y las bancadas de máquinas. Este proceso resulta especialmente útil para piezas de gran tamaño, geometrías internas complejas y series de producción reducidas.
- Automoción y transporte: Entre las piezas más habituales se encuentran los bloques de motor, las culatas, las carcasas de la transmisión y los tambores de freno. Los núcleos de arena dan forma a los conductos de refrigeración, los canales de aceite y otras cavidades internas.
- Maquinaria industrial: Entre los productos más habituales se encuentran las bancadas de máquinas, las bases de equipos, las carcasas de cajas de cambios y los soportes de rodamientos. Las bancadas y bases grandes de hierro fundido aprovechan las propiedades amortiguadoras de vibraciones de este material para proporcionar un soporte estable a los equipos.
- Bombas y válvulas: La fundición en arena se utiliza para fabricar cuerpos de bomba, tapas de bomba, cuerpos de válvula e impulsores. Permite crear conductos de flujo internos y carcasas complejas, y las superficies de sellado y los elementos de conexión se mecanizan posteriormente.
- Equipos de energía y electricidad: Entre sus aplicaciones se incluyen las carcasas de turbinas, las carcasas de equipos de generación de energía y los componentes de soporte de gran tamaño. La elección del material depende de la temperatura de funcionamiento, las cargas y el medio de servicio.
- Maquinaria agrícola y de construcción: Entre las piezas típicas se incluyen las carcasas de la transmisión, los cubos de rueda, los contrapesos y los soportes, cuyos materiales se seleccionan para cumplir los requisitos de resistencia a la carga, resistencia al desgaste y dimensiones.
Conclusión
La fundición en arena utiliza moldes y núcleos de arena para dar forma al contorno exterior y a las cavidades internas de componentes como bloques de motor, carcasas de bombas, cuerpos de válvulas y bancadas de máquinas. Admite diferentes metales, tamaños de piezas y cantidades de producción, mientras que la calidad de la fundición depende del control a lo largo de todo el proceso de moldeo, fabricación de núcleos, colada y enfriamiento. Las piezas con requisitos dimensionales más estrictos necesitan márgenes de mecanizado adecuados para que puedan acabarse según las especificaciones del plano.
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