La fundición por gravedad (GDC) consiste en verter aluminio fundido en un molde metálico, donde se solidifica por efecto de la gravedad. La calidad de la pieza final depende de la facilidad con la que el aluminio fundido penetra en la cavidad, de cómo se expulsa el aire, del espesor de las secciones durante la solidificación y de la uniformidad con la que se controlan la temperatura del molde, la temperatura de vertido, la velocidad de vertido y la calidad de la masa fundida.
Diseño de piezas
La geometría de la pieza influye en la trayectoria del flujo del metal, la secuencia de solidificación y la estabilidad dimensional. Durante la puesta en marcha del proyecto, los proveedores revisan los planos para evaluar las características geométricas específicas.
Espesor de las paredes y transiciones
El espesor de la pared influye en la forma en que el metal llena la cavidad y en la velocidad a la que se solidifica. Las variaciones significativas en el espesor provocan velocidades de solidificación desiguales; las secciones gruesas retienen el calor durante más tiempo y crean puntos calientes, mientras que las secciones delgadas se enfrían más rápido y pueden provocar defectos de colada o cierres en frío. Las transiciones graduales de espesor ayudan a mitigar las concentraciones de tensión y a equilibrar la distribución del calor. Si no es posible evitar las transiciones, a menudo es necesario ajustar los radios locales o el diseño de la alimentación.
Radios, salientes y margen de mecanizado
Los radios internos ayudan a guiar el flujo del metal y a reducir la turbulencia. Los salientes, las superficies de fijación y las caras mecanizadas pueden crear secciones locales de mayor espesor que actúan como acumuladores de calor. El margen de mecanizado debe tener en cuenta las variaciones de la pieza fundida, el ángulo de desmoldeo, la posible deformación y los requisitos del posterior mecanizado CNC. Un margen excesivo aumenta el tiempo de mecanizado y puede dejar al descubierto la porosidad interna, mientras que un margen insuficiente puede impedir que la superficie se limpie adecuadamente durante el mecanizado.
Diseño de matrices, temperatura y recubrimientos
El molde metálico no solo da forma a la pieza fundida, sino que también controla cómo se disipa el calor en las distintas zonas de la pieza.
Separación, expulsión y retirada
La ubicación de la línea de separación influye en la expulsión, las rebabas, la ventilación y la disposición de los canales de inyección. Los mecanismos de expulsión deben diseñarse de manera que se equilibren las fuerzas a lo largo de la pieza. Los proveedores tienen en cuenta la disposición de la expulsión durante el diseño del molde para garantizar que la pieza fundida —mientras aún está caliente y es relativamente frágil— no se vea sometida a fuerzas desiguales que puedan provocar deformaciones o daños en la superficie.
Temperatura y refrigeración
La temperatura del molde influye en el llenado, el estado de la superficie, la velocidad de solidificación y la estabilidad dimensional. Si el molde está demasiado frío, puede provocar una solidificación prematura y defectos de sellado; si está demasiado caliente, puede aumentar los tiempos de ciclo y afectar a la solidificación local. Mediante una disposición optimizada de los canales de refrigeración, la refrigeración local o el precalentamiento del molde, se consigue el equilibrio térmico. Estos parámetros se ajustan durante las pruebas de fundición para mantener campos térmicos uniformes.
Recubrimientos y agentes desmoldeantes
Los recubrimientos de los moldes proporcionan una función desmoldeante y actúan como barrera térmica para regular la transferencia de calor. El espesor y la uniformidad del recubrimiento influyen en la transferencia de calor y en la calidad de la superficie. Un recubrimiento excesivo altera la transferencia de calor local y puede afectar a las dimensiones de la cavidad; uno insuficiente puede provocar que el producto se pegue, se rompa o presente un acabado superficial rugoso. El espesor del recubrimiento y la frecuencia de pulverización se comprueban de forma rutinaria durante la producción.
Posición de colada, canal de colada y ventilación
Incluso con una pieza bien diseñada, una posición de colada inadecuada o un diseño deficiente de los canales de colada pueden provocar un llenado inestable. Los proveedores deben evaluar cómo entra el metal en la cavidad, por dónde se escapa el aire y cómo se alimentan las secciones de mayor espesor.
Posición de vertido
La posición de colada se selecciona en función de la geometría de la pieza para permitir que el metal entre en la cavidad de forma fluida y evitar turbulencias o la formación de burbujas de aire provocadas por la caída libre. Se puede considerar el llenado lateral o el llenado asistido por la parte inferior para ayudar a guiar el movimiento de la película de óxido y controlar la secuencia de llenado.
Cierre y ventilación
El sistema de colada controla la velocidad y la dirección del aluminio fundido que entra en la cavidad. Una entrada brusca, los giros cerrados o unas coladas mal dimensionadas provocan turbulencias, inclusiones de óxido o burbujas de aire. Los respiraderos deben colocarse cerca de las zonas que se llenan en último lugar, las zonas de convergencia del metal o las zonas propensas a la acumulación de aire. Las trayectorias de los canales de colada y los respiraderos deben comprobarse junto con la dirección de la colada y los requisitos de solidificación durante las pruebas de fundición.
Tubos de alimentación y tubos ascendentes
El aluminio se contrae durante la solidificación. Los conductos de alimentación alimentan las secciones gruesas, los salientes, las bases de montaje, los bordes de las bridas y los puntos calientes. Los conductos de alimentación deben permanecer fundidos durante más tiempo que la zona de la pieza a la que alimentan; si la vía de alimentación se solidifica demasiado pronto, puede quedar porosidad por contracción en el interior de la pieza. La contracción puede aparecer solo tras el mecanizado, el corte, la inspección por rayos X o las pruebas de presión, por lo que resulta esencial verificar el tamaño y la posición de los conductos de alimentación durante la fundición de prueba.
Condiciones de vertido
La temperatura de colada, la velocidad de colada y la temperatura del molde deben considerarse como un proceso integrado.
Temperatura de vertido
La temperatura debe proporcionar la fluidez suficiente para llenar la cavidad sin ser innecesariamente alta. Una temperatura baja reduce la fluidez y puede provocar defectos de colada o cierres en frío. Una temperatura elevada puede aumentar la oxidación, la absorción de hidrógeno, la carga térmica del molde, la granulometría gruesa o el riesgo de contracción. El rango adecuado depende de la aleación, el espesor de la pared, el peso de la pieza fundida, la temperatura del molde y el tiempo de transferencia.
Velocidad de vertido
La velocidad de colada debe ajustarse a la capacidad de ventilación, al diseño de la entrada de colada y a la estructura de la pieza fundida. Una velocidad demasiado alta puede provocar turbulencias, salpicaduras y la retención de aire. Una velocidad demasiado baja puede provocar una pérdida de temperatura y un llenado incompleto. La colada mecánica puede ayudar a mejorar la repetibilidad, aunque la colada manual resulta eficaz cuando los operarios mantienen constantes la altura de colada, la posición de la cuchara y el tiempo de colada.
Calidad y tratamiento del aluminio fundido
La calidad de la fusión influye en la solidez interna, la estanqueidad y el rendimiento en el mecanizado.
Composición del material
La composición de la aleación debe ajustarse a los planos o a las normas de materiales pertinentes. Una composición estable contribuye a mantener la fluidez, el comportamiento de solidificación y las propiedades mecánicas dentro de los límites previstos.
Desgasificación y filtración
La desgasificación reduce el hidrógeno disuelto en el aluminio fundido. La filtración cerámica ayuda a reducir las películas de óxido, las inclusiones y las partículas no metálicas finas. Se trata de pasos del tratamiento de la masa fundida, no de soluciones universales para todos los defectos; si durante el vertido se producen turbulencias, las películas de óxido pueden seguir siendo arrastradas incluso después de la filtración.
Retención y transferencia
La temperatura de mantenimiento debe mantenerse dentro de un rango adecuado para el proceso. Debe evitarse una agitación intensa de la masa fundida durante el trasvase y la carga, con el fin de reducir el riesgo de oxidación secundaria; además, las cucharas deben estar secas y precalentadas.
Núcleos de arena y estructuras internas
En el caso de piezas fundidas con cavidades internas, conductos o una geometría compleja, es necesario prestar especial atención a los núcleos de arena.
Posicionamiento y soporte del tronco
Los núcleos deben fijarse mediante impresiones de núcleo o elementos de soporte para garantizar su estabilidad frente a la flotabilidad y el impacto del aluminio fundido. El movimiento de los núcleos afecta a la posición interna de la cavidad, al espesor de las paredes y al margen de mecanizado.
Ventilación del núcleo y eliminación de arena
El aglutinante de los núcleos de arena puede liberar gas al entrar en contacto con el aluminio fundido a alta temperatura. Las vías de ventilación de los núcleos deben permitir que el gas se escape a través de las impresiones del núcleo. Las cavidades internas también deben diseñarse con vías de evacuación suficientes para garantizar la eliminación de la arena tras la fundición, evitando así posibles problemas derivados de la arena atrapada o de daños relacionados con las tensiones.
Pruebas de fundición y estabilidad de los lotes
Por lo general, la estabilidad de un proceso de fundición por gravedad se comprueba mediante pruebas de fundición, y no solo a partir de hipótesis de diseño.
Inspección de la fundición de prueba
La inspección puede incluir mediciones visuales, verificación del mecanizado, pruebas de fugas, pruebas de presión, inspección por rayos X o análisis de secciones, en función de los requisitos de la pieza. Los resultados de las pruebas ayudan a identificar problemas de llenado, contracción, desplazamiento del núcleo o holgura de mecanizado. La porosidad cerca de las zonas de último llenado suele indicar problemas de ventilación, mientras que la contracción en salientes gruesos puede indicar problemas de alimentación o de temperatura del molde.
Ajuste del proceso
En función de los resultados de las pruebas, los proveedores ajustan la posición de la entrada de material, el tamaño del canal de colada, la ubicación de los orificios de ventilación, el tamaño de los elevadores, la temperatura del molde, el espesor del recubrimiento, la temperatura de colada o la velocidad de colada. El objetivo es determinar un margen de proceso que pueda repetirse durante la producción en serie.
Inspección por lotes y registros de proceso
Durante la producción en serie, se registran datos clave, como la temperatura de fusión, el número de lote o de hornada, el estado de desgasificación, el peso de la pieza fundida y los resultados de la inspección visual. Los registros del proceso ayudan a rastrear problemas posteriores —como la porosidad debida al mecanizado, las fugas, la exposición a la contracción o las variaciones dimensionales— hasta su origen en la temperatura de colada, el estado de la masa fundida, la ventilación, la alimentación o la temperatura del molde. La estabilidad del lote depende de que estas condiciones del proceso se mantengan constantes.
