Proceso de fundición de piezas metálicas

INTRODUCCIÓN

La fundición de metales es el proceso de
fabricación de piezas mediante el colado del material
derretido en un molde. Los mismos que son elaborados en arena y
arcilla debido a la abundancia de este material y también
a la resistencia que tiene al calor, permitiendo además
que los gases se liberen al ambiente y que el metal
no.

Como proceso de producción de piezas, la
fundición, es sumamente antigua. Históricamente fue
usada para la obtención de semiproductos que luego fueron
destinados a la forja, como el caso de las armas y herramientas
antiguas. Más modernamente fue un paso obligado en la
fabricación de perfiles y otros elementos de
máquina, aplicándose casi de la misma forma hasta
nuestros días.

Sin embargo desde los tiempos pretéritos fue
preocupación de herreros y mecánicos la posibilidad
de eliminar pasos intermedios que encarecían el proceso y
arribar a piezas con un alto grado de terminación
directamente desde el proceso de fundición. La pericia
lograda por joyeros y orfebres sirvió de acicate para
desarrollar métodos de fundición cada vez
más exactos y de mejor acabado pasando paulatinamente de
aleaciones poco resistentes y de bajo punto de fusión a
otras con elevadas propiedades y exigencias.

Para determinar si el proceso de producción
más adecuado para una pieza dada es la fundición
debemos partir del análisis de tres elementos
fundamentales: la forma de la pieza, la cantidad de piezas a
producir y las propiedades específicas de la
aleación de la pieza.

Estructura del
proceso de fundición.

La fundición presenta como característica
particular del proceso la presencia de un molde con la forma
más o menos aproximada de la pieza a obtener donde se
verterá el metal fundido y solidificará. Este
aspecto particular es quien confiere a la fundición sus
características únicas al permitir variar
totalmente la configuración del material en la forma
más conveniente para nosotros.

En el l figura 1 se muestran los elementos más
generales del proceso de producción por fundición.
Se destacan los dos tipos de moldes, (a) abierto y (b) cerrado,
la pieza se obtiene en la cavidad donde se aloja el metal fundido
que cubre también al corazón que se apoya en el
molde. El corazón, macho o noyo de arena aglomerada se
fabricará mediante una caja de machos y será el
responsable de conformar las cavidades interiores de la pieza.
Para el moldeo se utiliza la caja de moldeo y el sistema de
alimentación conducirá el metal fundido de la forma
adecuada hasta la cavidad que en el molde ha dejado el modelo o
plantilla. Además se ubica la mazarota que se utiliza en
moldes de fundición en arena por gravedad para alimentar
metal líquido al proceso durante el enfriamiento y
compensar así la contracción por
solidificación.

Figura 1. Dos formas de molde: (a) molde abierto,
simplemente un recipiente con la forma de la parte de
fundición; y (b) molde cerrado, de forma más
compleja que requiere un sistema de vaciado (vía de paso)
conectado con la cavidad.

Como proceso la fundición resulta algo más
compleja que otras tecnologías. En la figura 2 se muestran
las características generales de las etapas del proceso.
Puede observarse de la figura que el proceso transcurre con al
menos dos flujos de producción en paralelo: el flujo de
producción del molde y el flujo de obtención del
metal fundido. Estos flujos se unen en un momento dado (colada
del metal en el molde) y a partir de ese momento el flujo es
lineal hasta la terminación de la pieza.

Esta estructura exige una adecuada organización
en la fundición no solo desde el punto de vista del
planeamiento físico del espacio y los tránsitos de
materias primas y productos, sino también desde el punto
de vista de la calificación y ocupación del
personal. El personal que labora en el proceso puede
especializarse o no según el nivel de producción
del taller. Cuando la producción es grande resulta
conveniente especializar el personal por operaciones. Si las
producciones son pequeñas por el contrario, puede resultar
más económico que el personal siga las operaciones
del proceso y en esta situación puede obtenerse en
ocasiones una alta calidad.

Diagrama de fabricación de una
pieza

Figura 2. Flujo productivo del proceso de
fundición.

Métodos de
producción por fundición.

La clasificación de los métodos existentes
de producción por fundición puede realizarse
atendiendo a diversos criterios. Siguiendo un criterio utilitario
y quizá el que a la larga más va a repercutir en el
costo y calidad de la producción dividiremos los procesos
atendiendo al tipo de molde usado.

Puede observarse que hay materiales que aparecen en dos
clasificaciones lo que indica que lo básico no radica en
el material sino en la relación material del
molde-material a fundir. Esta relación tiene fundamental
influencia en la duración del molde y por tanto incide
directamente en el comportamiento técnico-económico
del proceso.

Comprobación de las piezas
fundidas.

Las piezas, durante el desmoldeo, o durante el acabado,
o en todo caso, antes de ser entregadas a los clientes, deben ser
sometidas a una aprobación, esto es a una cuidadosa
verificación que, según los objetivos a alcanzar,
puede ser de dos tipos:

§ Comprobación de las
propiedades mecánicas y tecnológicas.

§ Examen para reconocer los eventuales
defectos.

Los defectos de las piezas se pueden comprobar por
diversos medios (ver figura 3):

§ A ojo, el medio más difundido y más
simple, con el cual se pueden descubrir los defectos groseros y
notorios (faltas de unidad, deformaciones, superficie rugosa,
rechupes y sopladuras extendidas al exterior, roturas,
etc.).

§ Por el trazado; es decir, sobre el plano de
trazar, con el trazador y la regla métrica. Este medio
permite verificar más de cerca las características
dimensionales de las piezas

§ Por percusión. Golpeando con un mazo de
madera la pieza suspendida de un gancho, se puede conocer, por el
sonido más o menos claro, si la pieza está intacta,
o agrietada, o hendida.

§ Por presión. Es una prueba indispensable
para las piezas destinadas a contener líquidos, vapores o
gases a presión (compresores, cilindros de motor, tubos,
radiadores, calderas, autoclaves, etc.) Esta prueba se hace de
ordinario, con un líquido (la prueba con aire para piezas
medianas y grandes es peligrosa). El agua es el líquido
más usado, porque es menos caro: el petróleo y la
bencina son más penetrantes y revelan más
fácilmente porosidades o grietas
pequeñas.

§ Por ensayos mecánicos, tecnológicos
y químicos. Son de uso común para determinar la
correspondencia de las propiedades y la composición con lo
esperado o exigido.

§ Por examen magnético. Este revela grietas
y soluciones de continuidad por pequeñas que sean. Se
somete la pieza trabajada con la máquina herramienta a un
campo magnético y se rocían las zonas sospechosas
con una suspensión de limaduras de hierro en aceite;
cuando coinciden con un defecto, las líneas
magnéticas se desvían, las limaduras se agrupan y
revelan el defecto.

§ Por examen radiográfico. Es un sistema
común aunque de instalación relativamente costosa y
uso complejo, que permite, no obstante poner de manifiesto
defectos ocultos, internos, sin destruir la pieza.

Se emplea especialmente para las piezas de aleaciones
ligeras. Las eventuales inclusiones o soluciones de continuidad
serán reveladas por manchas.

§ Por examen ultrasónico. Para
esto se usan vibraciones por encima del espectro sonoro con una
longitud de onda inferior a 1,8 cm. Este se vale de
un transmisor de ondas ultrasonoras, de un receptor y de un
contador de los intervalos entre emisión y
recepción (oscilógrafo de rayos catódicos).
Las exploraciones pueden ser hechas de dos modos:

– Método de la sombra.
El transmisor transmite la onda ultrasonora y el receptor
(dispuesto bajo la pieza), la revela proporcionalmente
atenuada.

– Método del eco. Transmisor y
receptor están dispuestos sobre un solo lado de la pieza.
El receptor señala un eco, y del adelanto de
éste se puede deducir también la profundidad de la
sopladura, o del rechupe o defecto aparecido en el espesor de la
pieza.

Clasificación de los
Defectos.

De estos exámenes se derivará, que no
todas las piezas fundidas pueden ser utilizadas, sino que
deberá ser desechado cierto porcentaje y fundido de
nuevo.

Todo taller se preocupa por reducir este porcentaje que
representa una pérdida de tiempo, de material y de dinero.
Por eso después de cada colada (en general, al día
siguiente) todas las piezas son recogidas y examinadas con el fin
de diagnosticar los defectos, evaluarlos en peso y porcentaje
respecto a la producción total y analizar y eliminar las
causas que los han provocado.

El diagnóstico de los defectos es labor muy
ardua, que requiere vasta experiencia en el arte de
fundición, y amplio conocimiento de los métodos, de
las herramientas y del adiestramiento del personal de la empresa.
Un error o un fallo en la diagnosis de un defecto, señala
casi siempre el punto de partida para el nacimiento de un nuevo
defecto de otra naturaleza.

Los defectos de fundición son numerosos, y puesto
que cada uno puede ser provocado por muchas causas se comprende
lo difícil que resulta establecer una clasificación
satisfactoria. Se distinguen ante todo:

§ Los defectos visibles desde el
exterior de la pieza, esto es los manifiestos.

§ Los defectos sólo visibles
por el examen interno de la pieza, o sea, los ocultos. Los
defectos manifiestos de la pieza pueden afectar:

§ La forma, es decir se manifiestan en
deformaciones, alabeos, aplastamientos, hundimientos, empujes,
rebabas, movimientos de las cajas o pérdida de
registro.

§ La superficie, que se manifiestan en
aspecto basto, hinchazones, abombamientos, penetraciones,
exfoliaciones, falsas exfoliaciones, inclusiones de
arena.

§ Toda la pieza, como son las
soldaduras e intermitencias, piezas no llenas y discontinuidades,
arranques

de partes del molde, escapes de metal, falta de metal,
hendiduras, grietas, roturas.

§ Los defectos ocultos se manifiestan
por:

§ Soluciones internas de continuidad, como
porosidades, pequeños agujeros, burbujas, sopladuras y
rechupes y contracciones o meniscos.

§ Composición, estructura o
propiedades inadecuadas, como blanqueamiento o temple difuso,
localizado, inverso, estructura abierta o gruesa,
segregaciones (o nidos) de grafito.

§ Inclusiones de materias heterogéneas, como
gotas frías, escoria, arena, negros. En esta
clasificación no hemos incluido algunos defectos, como los
debidos a proyecto equivocado de la pieza, o a errores de
construcción del modelo o de diseño del molde. No
se trata en estos casos de defectos de fundición
verdaderos y achacables al proceso en si aunque traen aparejadas
pérdidas importantes. Este tipo de defectos se soluciona
mediante una colaboración estrecha entre proyectista,
modelista y fundidor y con una bien estudiada serie de controles
y verificaciones. En lo que se refiere al proyecto de la pieza
más adelante haremos algunas sugerencias al
respecto.

Figura 3. Algunos defectos comunes en las fundiciones:
(a) llenado incompleto, (b) junta fría, (c)
gránulos fríos, (d) cavidad por contracción,
(e) microporosidad y (f) desgarramiento caliente.

Hornos.

En el proceso de fundición debe calentarse el
metal hasta el estado fundido para poder vaciarlo en el molde. El
calentamiento y la fusión se realizan en
hornos.

Los tipos de hornos que se emplean con mayor frecuencia
(ver figura 4) en los talleres de fundición son:
cubilotes, hornos calentados a fuego directo, hornos de crisol,
hornos de arco eléctrico y homos de inducción. La
selección del tipo más apropiado de homo depende de
factores tales como la aleación de fundición, su
temperatura de fusión y de vaciado, la capacidad necesaria
de1 horno; los costos de inversión, operación y
mantenimiento, así como los aspectos relativos a la
contaminación ambiental.

Figura 4. Algunos hornos empleados en el
proceso de fundición de metales.

BIBLIOGRAFÍA

Feirer, J. L. (1990).
Metalistería. Arte y ciencia del trabajo con
metales. Goyos Pérez, L. (2000).
Tecnología de fundición.

Groover, M. P. (1997). Fundamentos de
manufactura moderna. Materiales, procesos y sistemas.
Sulueña Berna, X., & Nápoles Alberro, A.
(2000). Tecnología mecánica.

Autor:

Ing. Raúl Arturo Jiménez
Rodríguez.

Año 2014