Fundición y colado de materiales

Indice
1.
Introducción
2. Proyecto y
diseño.
3. Tratamientos térmicos,
recubrimientos y similares
4. Hornos para fundir los
metales
5.
Bibliografía

1.
Introducción

Según la clase de que debe realizar el
constructor de máquinas ,
en la ejecución de sus proyectos
utiliza:

1. Metales laminados o perfilados
2. Metales forjados
3. Elementos metálicos unidos entre sí por
   medio de ensambles o soldadura
4. Piezas metálicas obtenidas por
   fundición o colado.

Estas últimas constituyen en la mayoría de
los casos la parte preponderante de las máquinas ,
ya que el procedimiento de
la fundición permite obtener fácil y
económicamente piezas de diversas formas y tamaños
y utilizar de modo conveniente algunos metales y
aleaciones
cuyas características particulares no los hacen
aptos para la laminación , la forja o la soldadura ,
por ejemplo el hierro
colado.

La fundición es , por lo tanto , una industria
fundamental para la construcción de máquinas y exige una
amplia cultura
profesional en el que se dedica a ella , pues requiere
conocimientos técnicos tan diversos como son el dibujo
industrial , la mecánica de los cuerpos sólidos y
fluidos , la óptica
, la termología , la electrotecnia , la química etc. , mucha
experiencia en los recursos
prácticos a los que a menudo hay que recurrir , así
como capacidad especial para idear y aprovechar tales recursos
.

La fundición además de una industria es
también un arte : el
moldeador , sin más ayuda que la de un modelo y
algunas herramientas
rudimentarias , puede producir piezas muy complejas realizando un
trabajo que puede llamarse de escultor .Para terminar la pieza
hace falta como en todos los demás procedimientos
industriales , someter las materia primas
( que en este caso es el metal en bruto fundido en lingotes y la
chatarra ) y las materias auxiliares (esto es , el combustible ,
las arenas , los aglutinantes etc.) A una serie de ordenadas de
operaciones
sucesivas que constituyen el llamado diagrama de
trabajo , que para le industria de laque tratemos puede ser
reducido al siguiente esquema.

2. Proyecto y
diseño.

El proyectista , al idear la maquina , debe darle un
cuerpo resistente y duradero :, calculando por consiguiente , las
diversas partes de la misma y , para transmitir sus ideas al
constructor , realiza los diseños de conjunto y los
detalles de cada pieza , debidamente acotados . A este fase del
diagrama de
trabajo no sigue inmediatamente la fundición .

Ejecución del modelo
Después de las debidas comprobaciones , el diseño
para modelistas , si el modelo ha de
ser de madera o a un
mecánico especializado come si ha de construirse de metal
. En colaboración con la fundición , el modelista o
el mecánico o el modelista construyen el modelo teniendo
en cuenta el sistema de moldeo
que adoptara el fundidor , el grado de contracción del
metal y los espesores de mecanización. Si la pieza ha de
tener un hueco interior el modelista hará también
la correspondiente caja de machos , almas , núcleos o
noyos .

Moldeo
Una vez comprobado el moldeo para el moldeador , quien debe hacer
el molde o forma reproducción en negativo de la producción y las dimensiones de la pieza
que ha de ser fundida . El molde puede ser :

1. Perdido (transitorio) En este caso el molde se hace
   comprimiendo arena de fundición alrededor de l modelo
   colocando en el interior un bastidor adecuado llamado caja
   después de la colada ; se levanta la caja y se rompe el
   molde para extraer la pieza. Para hacer otra pieza es necesario
   rehacer el molde .
2. Permanente. En este caso el molde se prepara sin
   ayuda de modelo alguno labrando directamente en negativo la
   pieza en uno o varios bloques de metal (generalmente hierro
   fundido o acero ) que
   viene a constituirla coquilla que dura numerosas fundiciones
   algunas veces los moldes permanentes se hacen de yeso , de modo
   que sirvan para varias coladas con solo leves reparaciones
   cuando la pieza ha de tener huecos interiores el noyero con la
   caja de machos u otros utensilio , hace los machos o noyos
   convenientes .Los moldes perdidos son aptos para la colada de
   toda clase de metales y para
   piezas de cualquier dimensión ; en cambio , los
   moldes permanentes en coquilla se adaptan especialmente para
   fundir pequeñas piezas sencillas y en gran numero de un
   modo particular para metales de bajo grado de fusión
   (aleaciones
   de cobre de
   aluminio ,
   de cinc , de plomo o similares ).Los moldes de coquilla
   confieren en algunas aleaciones (por ejemplo al hierro
   fundido).Características mecánicas
   especiales ( un grado de dureza muy elevado) por que modifican
   profundamente su estructura ;
   por ello se emplean para la colada de piezas que han de estar
   sometidas a un fuerte desgaste , como los cilindros de maquinas
   laminadoras , ruedas para ferrocarriles , bancadas para
   maquinas y herramienta , etc. Si las pieza de hierro fundido
   obtenido de los moldes de coquilla han de ser trabajadas
   posteriormente en máquinas de herramienta deben ser
   sometidas a un oportuno tratamiento térmico ( por
   ejemplo , los tubos centrifugados)

Preparación de las arenas.
Para los moldes perdidos es necesario preparar la arena ,
añadiéndoles las materias adecuadas para que
adquieran las propiedades convenientes para el buen éxito
de la colada . Estas propiedades son : permeabilidad ,
cohesión , refractariedad , dureza , etc.

Preparación de la coquilla.
Para los moldes permanentes , hay que construir la coquilla
mediante operaciones
mecánicas de torneado , fresado , etc. , y prepararla para
la colada recociéndola y recubriéndola con una capa
de barniz protector

Retoque del molde .
Hecho el molde es necesario levantar la caja extraer el molde ,
perfilar y acentar las partes arrancadas , colocar los eventuales
machos destinados a formar los huecos en el interior de las
piezas , y volverlo a cerrar , incluso en los moldes de coquilla
hay que colocar los machos (metálicos o de arena antes de
cerrarlos de nuevo) .Esta operación recibe el nombre de
retoque de molde o recomposición de la forma.

Preparación del metal fundido
El metal se alentara a temperatura de
fusión
, es decir se reducirá del estado
sólido al líquido .Esta operación puede
realizarse en un horno de combustible o en un horno
eléctrico , cada tipo de horno posee sus
características , sus ventajas , sus inconvenientes , sus
exigencias y sus aplicaciones particulares .

Colada
Cuando el molde esta repasado y cerrada sólidamente de
modo que resista la presión
metalostática se puede introducir en el
mismo el metal fundido a través de uno o mas aberturas de
colada (bebedero) previamente dispuestos en el molde.

Solidificación y enfriamiento.

Después de la colada , se debe esperar que la
pieza se solidifique y se enfríe en el molde .Las piezas
pequeñas de molde especial las que se vacían en
moldes de coquilla , se solidifican y enfrían en pocos
instantes . Las mayores , coladas en moldes de arena requieren
algunas horas mas o menos , según sus dimensiones en
cuanto a las piezas macizas de gran tamaño no son
accesibles a las operaciones posteriores mas que al cabo de
algunos días.

Desmoldeo

Cuando la pieza se ha solidificado y enfriado hasta el
punto de poder ser
manipulada sin peligro , se procede al desmoldeo , bien se trate
de coquillas o de cajas . Para realizar esta operación ,
después de levantar la caja se rompe el molde de arena con
martillos o barras adecuadas . Los moldes permanentes de yeso y
las coquillas metálicas solo han de abrirse ya que ,
después de sacada la pieza , deben ser utilizados
nuevamente.

Acabado .
La pieza extraída del molde está áspera ,
tiene incrustaciones de arena y las rebabas que corresponden a
las juntas de la caja o de la coquilla y lleva unidos
todavía bebederos , cargadores y mazarotas. Es necesario
pulir la pieza , desprender los bebederos y los cargadores ,
desbarbarla , limpiarla con el chorro de arena etc. , al objeto
de mejorar su aspecto y hacerla apta para los procesos
sucesivos.

3. Tratamientos
térmicos , recubrimientos y similares

Algunas veces las piezas han de ser sometidas a
tratamientos térmicos (al recocido , el acero y el hierro
fundido colado en la coquilla ; al reposo o maduración
artificial., y a los tratamiento térmicos , las aleaciones
de aluminio) o
ser recubiertas por materiales
protectores especiales (alquitranando los tubos para conducciones
de agua y de
gas ,
esmaltado de las piezas para la industria química o para uso
domestico , galvanizado , estañado, etc.)

Mecanización .
Las piezas destinadas a la fabricación de alguna
máquina pasan finalmente al taller para su
mecanización por medio de maquinas herramineta. Esta
mecanización tiene por objeto dimensionar exactamente la
pieza para que las varias partes ajusten cinemáticamente y
asegurar con ello el perfecto funcionamiento de la
máquina.

Arenas de fundición
Los moldes perdidos de fundición destinados a recibir la
colada deben poseer las siguientes cualidades :

1. Ser plásticos
2. Tener cohesión y resistencia ,
   al objeto de poder
   reproducir y conservar la la reproducción del modelo .
3. Resistir la acción de las temperaturas
   elevadas , es decir , ser refractarios
4. Permitir la evacuación rápida del
   aire
   contenido en el molde y de los gases que se
   producen en el acto de la colada por la acción del
   calor sobre
   el mismo molde , es decir deben tener
   permeabilidad.
5. Disgregarse fácilmente para permitir la
   extracción y el pulimento de la pieza , es decir deben
   ser disgregables .

Los materiales dotados de estas cualidades que se
encuentran en la naturaleza son
las arenas de fundición , constituidas por granos de
cuarzo (bióxido de silicio , muy refractario) y por
arcilla (silicato hidratado de aluminio ) que es el elementode
unión y confiere plasticidad y disgregabilidad al molde ;
la estructura
granular propia de la arena asegura la permeabilidad .
Una primera clasificación de las arenas naturales puede
basarse en su contenido de arcilla ; se distinguen cuatro clases
:

1. Arenas arcillosas o tierras grasas , cuyo contenido
   de arcilla es superior al 18%
2. Arenas arcillosas o tierras semigrasas , cuyo
   contenido de arcilla va del 8 al 18%
3. Arenas arcillosas o tierras magras , cuyo contenido
   de arcilla va del 5 al 8%
4. Arenas silíceas , cuyo contenido de arcilla es
   inferior al 5%

Una segunda clasificación puede hacerse
atendiendo a la forma del grano.

1. Arena de grano esferoidal .
2. Arena de grano angulado
3. Arena de grano compuesto

Finalmente en relación con las dimensiones del
grano, pueden distinguirse :

1. Arena de grano grueso
2. Arena de grano medio
3. Arena de grano fino.

Las arenas de fundición tienen un origen
común .La roca madre de la cuál se derivan es el
granito , compuesto de feldespato , cuarzo y mica. El feldespato
(silicato doble de aluminio y potasio o sodio) actúa de
sustancia aglomerante de la mica y el cuarzo : bajo la
acción tenaz y constante de los agentes
atmosféricos se disocian los dos silicatos que componen al
feldespato . El silicato de aluminio , al hidratarse se convierte
en arcilla , mientras que los silicatos de potasio o de sodio
(como tales , o transformados en carbonatos por la acción
del anhídrido carbónico del aire ) son
arrastrados por las aguas meteóricas . De este modo se han
constituido los vastos depósitos de arenas naturales , las
cuales , por otra parte presentan características
diferentes según que el proceso de
disgregación esté mas o menos avanzado (en este
último caso existen residuos de feldespato , que es
fusible y disminuye la refractariedad de la arena ) y que la
disociación se haya realizado en el mismo lugar donde se
encuentra la arena (arenas arcillosas naturales con porcentajes
variables de
arcilla ) o con acciones de
transporte que
forman depósitos distintos de arena silícea y de
arcilla.

No siempre puede usarse la arena en la fundición
tal como llega de los depósitos , sino que debe someterse
a algunos procesos de
modificación , que se efectuaran después de una
serie de pruebas
adecuadas para el estudio de sus características técnicas.
.El conjuto de estas pruebas , lo
mismo las destinadas a comprobar las características del
material que llega de los depósitos , como los de la
mezcla que servirá para el moldeo , constituye lo que se
llama comprobación de la arena.

Los casos de modificación de las arenas se
presentan cuando se procede a la mezcla de arenas de tipo diverso
(sea para variar la distribución del grano , sea para rebajar o
reforzar la arena ) o bien a la aglomeración del
aglutinante.
En el primer caso se trabajan arenas naturales y en el segundo
arenas sintéticas o aglomeradas que se obtienen partiendo
de arenas silíceas lo mas puras posibles a las cuales se
añaden en diversos porcentajes , sustancias aglutinantes
.

El uso de las arenas sintéticas se ha
incrementado notablemente en el último decenio y su
empleo
creciente se justifica con las innegables ventajas que presentan
con respecto a las arenas naturales . En primer lugar , posee
unas características mas uniformes y , por otra parte , la
arena base esta exenta de polvo impalpable , ya que el
aglutinante se añade en cantidades previamente comprobadas
a fin de reducir al máximo el límite de humidad y
obtener no solo una refractariedad más elevada , sino
también una mayor permeabilidad .

En cambio , el
intervalo de humedad que permite la elaboración es mucho
mas restringido en las arenas sintéticas que las naturales
, se secan más rapidamente y ofrecen mas dificultades para
el acabado y la separación de los moldes .

4. Hornos para fundir los
metales

La fusión consiste en hacer pasar los metales y
sus aleaciones del estado
sólido al estado líquido , generando determinada
cantidad de calor , bien
definida y característica para cada metal o
aleación .

Como se comprende fácilmente , después de
que ha alcanzado la temperatura o
punto de fusión es necesario aplicar mas calor para poder
transformar el metal o la aleación de sólido a
líquido . Durante este periodo la temperatura no aumenta y
la cantidad de calor generada destinada solamente a disgregar
el estado
sólido , se llama calor latente de fusión .
Sí cuando toda la masa es líquida , se
continúa generando calor , la temperatura vuelve a
aumentar y el metal se recalienta

La siguiente tabla indica los puntos de fusión ,
calores específicos medios y
calores latentes de fusión de algunos de los metales y
aleaciones más corrientes empleados en
fundición.
Consideremos tambien el hecho de que hay diversos tipos hornos
para fundir los materiales , algunos de ellos podrian
ser:

1. Hornos oscilantes y giratorios
2. Hornos electricos

• Hornos electricos de arco
• Hornos de arco directo
  monofásico
• Hornos de arco trifasicos
• Hornos de arco indirecto
  monofásico
• Hornos electricos de resistencia
• Hornos de resistencia no metalica
• Hornos de resistencia metalica
• Hornos electricos de inducción
• Hornos de inducción de baja
  frecuencia
• Hornos de inducción de alta
  frecuencia.

5.
Bibliografía

Tecnología de la fundición
Edoardo Capello
Editorial Gustavo Gili S.A.

Autor:

Javier Rosas