UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
PROFESOR: Dr. Roberto Carlos Cabriales
ACTIVIDAD : Síntesis
Procesos de Manufactura
NOMBRE
Gilberto Garza Andrade
MATRÍCULA
1747120
CARRERA
SEMESTRE
PLAN DE
ESTUDIO
IMT
4
401
Cd. Universitaria, Nuevo León, 30 de Marzo de 2019
Introducción a los procesos de fundición de metales
Los procesos de fundición se pueden dividir en dos tipos: en fundiciones ferrosas y
fundiciones no ferrosas. Los procesos de fundición implican hacer un molde y un núcleo,
después fundir y verter el metal en el molde, y finalmente eliminar el molde y el núcleo y
terminar el producto. Aunque existen diferentes procesos que difieren en la cantidad de pasos
requeridos para hacer el producto final.
El proceso de fundición de metales comienza con la creación de un molde. El metal que se
funde se vierte en este molde y se enfría. El metal que se usará y la forma del producto final
requerido decidirán el material que se usará para hacer el modelo. El material de moldeo más
común es la arena.
Los diversos tipos de hornos son: de cúpulas, arco eléctrico, inducción, o de reverbero y
crisol. Debido a la diferente naturaleza de los metales, se requieren diversos insumos y se
liberan diferentes desechos tóxicos de cada tipo.
Una vez que el metal se ha derretido, se vierte en el modelo ya hecho previamente y se enfría
y fragua. La arena de sílice, la humedad, los aceites y la arena verde se mezclan para formar
una cavidad en el molde. Luego se vierte el metal fundido en esta cavidad. Cuando el metal
se enfría, se separa fácilmente del molde. Este tipo de arena debe ser capaz de manejar altas
temperaturas y presiones, permitir que los gases se escapen, tener un tamaño de grano
constantemente pequeño y no ser reactivo con los metales.
Los desechos producidos por las fundiciones dependen del tipo de metal, y el tipo de
fundición. Los desechos peligrosos suelen ser los contaminantes más grandes. Contienen
compuestos orgánicos metálicos, semi volátiles y volátiles. Se pueden instalar sistemas de
control de emisiones para capturar estos gases. Los residuos líquidos provienen del agua
utilizada para enfriar el metal, los desechos sólidos provienen de escoria, arena, refractarios
usados y polvo de control de emisiones. La arena también puede ser reciclada para procesos
externos. La escoria y la emisión son también un desecho producido por una fundición. Estos
pueden devolverse al horno para recuperar una porción del metal que no fue utilizado.
Marco Teórico:
En el periodo neolítico, durante la edad de piedra (año 6000 a.C.) el hombre empieza a
explotar el oro y el bronce, pero no conoce otro método de creación de piezas que el de dar
martillazos. Luego comprendió que el cobre se quebraba con los golpes, pero que al
calentarse se fundía y se podía vaciar en moldes y solidificarse cuando esta frío.
Los primeros moldes eran de piedra de jabón o jaboncillo de sastre. Esta era una piedra blanda
y de fácil corte que soportaban las altas temperaturas del metal fundido. Por la dificultad de
tallar la piedra se empezó a utilizar la arcilla arenosa, en que se podía envolver el objeto, para
luego quemarlo. La técnica era elemental, se vaciaba la colada de metal sobre moldes abiertos
de piedra o barro cocido, pero solo eran para armas o utensilios. Luego se hicieron los moldes
de varias piezas para otros objetos. Esta técnica fue perfeccionada desde el III milenio a.C en
Asia y Egipto. Del inicio de la fundición a la cera perdida no se tiene datos exactos, aunque
se sabe de algunas piezas de la era de bronce de las culturas que habitaban Mesopotamia y
Egipto, alrededor del año 200 a.C.
Desde esta época se conocen dos métodos de fundición a la cera perdida, el directo y el
indirecto; el primero consiste en recubrir la cera modelada con materiales refractarios, luego
se lleva al horno derritiéndose la cera y saliendo por unos agujeros por donde se vierte la
colada de metal fundido. Luego desde el siglo III se conoce el indirecto o molde por piezas,
consiste en sacar el molde de la pieza original, posteriormente vaciado en cera, promoviendo
así la reproducción en serie, luego llegó la combinación de la cera perdida y en hueco,
perfeccionando la fundición con moldes.
En hueco, se consigue con un modelo de cera con alma interna de arcilla llamado “macho”,
sujetada con clavos; posteriormente en el quemado de la cera, el macho se endurece, dejando
un vacío en el medio, entre el macho y el molde exterior, permitiendo el ahorro de materiales.
Los primeros en utilizar esta técnica fueron los griegos en el siglo VI a.C y perfeccionado
por los chinos en el siglo II a.C. la técnica de fundición a la cera perdida no ha cambiado
mucho desde sus inicios hasta ahora, siendo uno de los mejores métodos de fundición de
bronce, aunque en los siglos XVII y XIX se dieron dos métodos alternativos para el vaciado
en metal: el moldeado en arena y la galvanoplastia.
Fundición con moldes de arena
La fundición en arena es el proceso más utilizado en la industria de la fundición, la
producción por medio de este método representa la mayor parte del tonelaje total de
fundición. Casi todas las aleaciones pueden fundirse en arena, de hecho, es uno de los pocos
procesos que pueden usarse para metales con altas temperaturas de fusión, como son el acero,
el níquel y el titanio. Su versatilidad permite fundir partes muy pequeñas o muy grandes en
cantidades de producción que van desde una pieza a millones de éstas.
La fundición en arena requiere un patrón o modelo al tamaño de la parte, ligeramente
agrandado, tomando en consideración la contracción y las tolerancias para el maquinado de
la pieza final. Los materiales que se usan para hacer estos modelos son madera, resinas o
metales.
El más simple está hecho de una pieza, llamado modelo sólido, que tiene la misma forma
de la fundición y los ajustes en tamaño por contracción y maquinado. Su manufactura es
fácil, pero la complicación surge cuando se utiliza para hacer el molde de arena.
Determinar la localización del plano de separación entre las dos mitades del molde e
incorporar el sistema de vaciado y el vertedero de colada para un modelo sólido, puede ser
un problema que se dejará al juicio y habilidad del operario del taller de fundición. Por tanto,
los modelos sólidos se usan solamente en producciones de muy baja cantidad.
Existen distintos tipos de fundición en arena:
 Moldeo en verde
El molde es una cavidad que tiene la forma geométrica de la pieza que se funda. La arena de
la fundición es sílice (Si02) o sílice mezclada con otros minerales. Esta arena debe tener
buenas propiedades refractarias, expresadas como la capacidad de resistir las altas
temperaturas sin fundar o degradar. Otras características importantes son: el tamaño del
grano, la distribución de los granos en la mezcla y la forma de los granos. Los granos se
convierten en permeables durante el día.
Los hechos de los granos irregulares son más fuertes que los moldes de los granos debido a
un entrelazado de los granos, pero esto tiende a restringir la permeabilidad.
Los moldes de arena verde se hacen de una mezcla de arena, arcilla y agua, el término "verde"
se refiere al hecho de que el molde contiene humedad al momento del vaciado. Los moldes
de arena verde tienen suficiente resistencia en la mayoría de sus aplicaciones, así como buena
retractilidad, permeabilidad y reutilización, también son los menos costosos. Por
consiguiente, son los más ampliamente usados, aunque también tienen sus desventajas. La
humedad en la arena puede causar defectos en algunas fundiciones, dependiendo del metal y
de la forma geométrica de la pieza.
 Moldeo en cascara
El moldeo en cáscara, también conocido como SHELL-MOULDING, se lleva a cabo al poner
en contacto arena revestida con resina (arena shell) con el modelo que previamente se calentó
a una temperatura de 250ºC. La resina que lleva la arena, al quedar en contacto con la placa
modelo caliente, va a aglomerar a la arena alrededor del modelo, quedando un molde en
forma de cáscara que separaremos del modelo.
En este proceso, los modelos deben ser buenos conductores del calor, resistir los cambios de
temperatura, por lo que deben ser de metal.
 Moldeo silicato CO2
Es un moldeo que trata de endurecer moldes y corazones sin necesidad de aportes de calor.
Se emplean arenas sílices, siendo el aglomerante el silicato sódico hidratado
(Na2OSiO2·XH2O). El molde se hace pasar a través de una corriente de CO2, reaccionando
este con el silicato sódico y el agua. Esta reacción da como resultado un carbonato de sodio
y un gel de sílice, que es el elemento fundamental como aglutinante de la arena. Los modelos
y las cajas utilizadas pueden ser los mismos que para el moldeo en arena en verde.
 Molde de arena seca
Un molde de arena seca se fabrica con aglomerantes orgánicos en lugar de arcilla. El molde
se cuece en una estufa grande a temperaturas que fluctúan entre 204 ºC y 316 ºC. El cocido
en estufa refuerza el molde y endurece la superficie de la cavidad.
El molde de arena seca proporciona un mejor control dimensional en la fundición que los
moldes de arena verde. Sin embargo, el molde de arena seca es más costoso y la velocidad
de producción es reducida debido al tiempo de secado. Sus aplicaciones se limitan
generalmente a fundiciones de tamaño medio y grande y en velocidades de producción bajas.
En los moldes de capa seca, la superficie de la cavidad de un molde de arena verde se seca a
una profundidad entre 10 mm y 25 mm, usando sopletes, lámparas de calentamiento u otros
medios, aprovechando parcialmente las ventajas del molde de arena seca.
Se pueden añadir materiales adhesivos especiales a la mezcla de arena para reforzar la
superficie de la cavidad. La clasificación precedente de moldes se refiere al uso de
aglutinantes convencionales, ya sea agua, arcilla u otros que requieren del calentamiento para
curar. Se han desarrollado también moldes aglutinados, químicamente diferentes de
cualquiera de los aglutinantes tradicionales.
Algunos de estos materiales aglutinantes, utilizados en sistemas que no requieren cocimiento,
incluyen las resinas furánicas, las fenólicas y los aceites alquídicos. La popularidad de los
moldes que no requieren cocimiento está creciendo debido a su buen control dimensional en
aplicaciones de alta producción.
Fundición con moldes metálicos
La desventaja económica de cualquiera de los procesos con molde desechable es la necesidad
de un nuevo molde para cada fundición. En la fundición con molde permanente, el molde se
reutiliza muchas veces.
La fundición en molde permanente usa un molde metálico construido en dos secciones que
están diseñadas para cerrar y abrir con precisión y facilidad. Los moldes se hacen
comúnmente de acero o hierro fundido. La cavidad junto con el sistema de vaciado se forma
por maquinado en las dos mitades del molde a fin de lograr una alta precisión dimensional y
un buen acabado superficial. Los metales que se funden comúnmente en molde permanente
son: aluminio, magnesio, aleaciones de cobre y hierro fundido, Sin embargo, el hierro
fundido requiere una alta temperatura de vaciado, 1250 ºC a 1500 ºC, lo cual acorta
significativamente la vida del molde. Las temperaturas más altas de vaciado para el acero,
hacen inapropiado el uso de moldes permanentes para este metal, a menos que se hagan en
moldes de material refractario.
En este proceso es posible usar corazones para formar las superficies interiores del producto
de fundición. Los corazones pueden ser metálicos, pero su forma debe permitir la remoción
de la fundición, o deben ser mecánicamente desmontables para permitir esta operación. Si la
remoción del corazón metálico es difícil o imposible se pueden usar corazones de arena, en
este caso el proceso de fundición es frecuentemente llamado fundición en molde
semipermanente.
Los moldes se precalientan primero para prepararlos, y se rocía la cavidad con uno o más
recubrimientos. El precalentamiento facilita el flujo del metal a través del sistema de vaciado
y de la cavidad. Los recubrimientos ayudan a disipar el calor y a lubricar la superficie del
molde para separar fácilmente la fundición. Tan pronto como solidifica el metal, el molde se
abre y se remueve la fundición. A diferencia de, los moldes desechables, los moldes
permanentes no se retraen, así que deben abrirse antes de que ocurra la contracción por
enfriamiento a fin de prevenir el desarrollo de grietas en la fundición. Las ventajas de la
fundición en molde permanente incluyen buen acabado de la superficie y control dimensional
estrecho, como ya se mencionó.
Además, la solidificación más rápida causada por el molde metálico genera una estructura de
grano más fino, de esta forma pueden producirse fundiciones más resistentes.
El proceso está limitado generalmente a metales de bajo punto de fusión. La manufactura de
formas geométricas más simples que las fundidas en molde de arena constituye otra
limitación, además del costo. Debido al costo sustancial del molde, el proceso se adapta mejor
a producciones de alto volumen que pueden automatizarse. Las partes típicas que se producen
con proceso de molde permanente incluyen pistones automotrices, cuerpos de bombas y
ciertas fundiciones para aviones y proyectiles.
Fundición con moldeo centrifugado
La fundición centrífuga se refiere a varios métodos de fundición caracterizados por utilizar
un, molde que gira a alta velocidad para que la fuerza centrífuga distribuya el metal fundido
en las regiones exteriores de la cavidad del dado. El grupo incluye: 1) fundición centrífuga
real, 2) fundición semicentrífuga y 3) fundición centrifugada o centrifugado.
 Fundición centrífuga real
En la fundición centrífuga real, el metal fundido se vacía en un molde que está girando para
producir una parte tubular. Ejemplos de partes hechas por este proceso incluyen tubos, caños,
manguitos y anillos. El metal fundido se vacía en el extremo de un molde rotatorio horizontal.
La rotación del molde empieza en algunos casos después del vaciado. La alta velocidad
genera fuerzas centrífugas que impulsan al metal a tomar la forma de la cavidad del molde.
Por tanto, la forma exterior de la fundición puede ser redonda, octagonal, hexagonal o
cualquier otra. Sin embargo, la forma interior de la fundición es perfectamente redonda,
debido a la simetría radial de las fuerzas en juego.
 Fundición semicentrífuga
En este método se usa la fuerza centrífuga para producir fundiciones sólidas en lugar de partes
tubulares. La velocidad de rotación se ajusta generalmente para un factor-G alrededor de 15,
y los moldes se diseñan con mazarotas que alimenten metal fundido desde el centro.
La densidad del metal en la fundición final es más grande en la sección externa que en el
centro de rotación. El centro tiene poco material o es de poca densidad.
Por lo regular el centro en este tipo de sistemas de fundición es maquinado posteriormente,
excluyendo así la porción de más baja calidad. Los volantes y las poleas son ejemplos de
fundiciones que pueden hacerse por este proceso. Se usan frecuentemente moldes
consumibles o desechables en la fundición semicentrífuga.
 Fundición centrifugada
Es un sistema donde por medio de un tallo se hace llegar metal fundido a racimos de
cavidades colocadas simétricamente en la periferia, de manera que la fuerza centrífuga
distribuya la colada del metal entre estas cavidades. El proceso se usa para partes pequeñas,
la simetría radial de la parte no es un requerimiento como en los otros dos métodos de
fundición centrífuga.
Conclusión:
En conclusión, existen numerosos estilos de fabricación de moldes para los procesos de
fundición, cada uno de ellos con características y propiedades distintas que pueden ser
aprovechadas dependiendo de lo que busquemos obtener. Su uso dependerá del tipo de metal
que estemos utilizando, el diseño que utilizaremos, la forma que deseemos obtener y el
presupuesto que se tenga para elaborar la pieza. En la actualidad, el moldeo de arena es el
más común, debido a los excelentes resultados que se obtienen al momento de crear piezas
con el metal fundido y a la rentabilidad que tiene, aunque la creación de los moldes depende
de la persona que los haga, lo cual lo convierte en un proceso casi artesanal, lo que significa
que necesita más capacitación para su elaboración a diferencia de otros tipos de moldeo,
como el moldeo permanente, que utiliza moldes metálicos que pueden ser procesados
mecánicamente.
Referencias:
García Caballero, R. (1970). Guía Tecnológica de Fundición.
A. Biedermann, L. M. H.(1957). Tratado Moderno de Fundición del Hierro y del acero.
Askeland, D. R. (1998). Ciencia e Ingeniería de los Materiales .