Con un aumento en las demandas y aplicaciones industriales, ha habido un aumento paralelo en la demanda de productos complejos y de alta calidad. Afortunadamente, existen diferentes tipos de procesos de fundición que pueden fabricar productos complejos y precisos para diversas aplicaciones y necesidades de los usuarios.
Para seleccionar el método correcto de fundición para sus requisitos de fabricación, es conveniente darse cuenta de las ventajas y desventajas de estos métodos. Este artículo proporciona una breve descripción de varios tipos de procesos de fundición y sus ventajas y desventajas.
Descripción general del proceso de fundición
El proceso de fundición es un método de fabricación que produce piezas metálicas con la forma deseada al verter metal fundido en un molde y solidificarlo y enfriarlo a temperatura ambiente. Es capaz de producir piezas complejas e intrincadas, independientemente de sus tamaños.
Como resultado, la fundición puede producir piezas de metal isotrópicas en grandes cantidades, lo que las hace adecuadas para la producción en masa. Además, para cumplir con los requisitos específicos del usuario, existen diferentes tipos de fundición que se diferencian por el material y el molde utilizado.
Diferentes tipos de proceso de fundición
Existen diferentes tipos de procesos de fundición, y cada proceso tiene sus propias ventajas y desventajas según los requisitos del usuario.
1. Proceso de fundición en arena
La fundición en arena es un proceso de fundición versátil que se puede utilizar para fundir cualquier aleación metálica, ferrosa o no ferrosa. Es ampliamente utilizado para la producción en masa en unidades industriales, como piezas de fundición de metal para automóviles, como bloques de motor, culatas, cigüeñales, etc.
El proceso utiliza un molde que está hecho de materiales a base de sílice, como arena natural o sintética que forma la superficie lisa del molde. La superficie del molde tiene 2 partes, tapa (la mitad superior) y arrastre (la mitad inferior). El metal fundido se vierte en el patrón usando una taza de vertido y se deja solidificar para tomar la forma final. Finalmente, se recorta el metal sobrante para el acabado del producto de fundición de metal final.
La fundición en arena tiene sus ventajas y desventajas.
| Ventajas | Desventajas |
| Relativamente económico en términos de costos de producción, especialmente en la producción de bajo volumen | Menor grado de precisión en comparación con métodos alternativos |
| Fabricación de grandes componentes. | Difícil de usar este método para productos con especificaciones predeterminadas de tamaño y peso |
| Fundición de aleaciones ferrosas y no ferrosas | El proceso produce productos con un acabado superficial rugoso. |
| capacidad de reciclaje | |
| Procesamiento de metales con altas temperaturas de fusión, como acero y titanio. |
2. Gravity Die Casting
La fundición a presión por gravedad, también conocida como fundición en molde permanente, utiliza moldes reutilizables hechos de metal, como acero, grafito, etc., para fabricar metal y aleaciones metálicas. Este tipo de fundición de metal puede fabricar varias piezas como engranajes, carcasas de engranajes, accesorios de tubería, ruedas, pistones de motor, etc.
En este proceso, el vertido directo de metal fundido en la cavidad del molde tiene lugar por efecto de la gravedad. Para una mejor cobertura, el troquel se puede inclinar para controlar el llenado. El metal fundido luego se deja enfriar y se solidifica dentro del molde para formar productos. Como resultado, este proceso hace que la fundición de materiales como aleaciones de plomo, zinc, aluminio y magnesio, ciertos bronces y hierro fundido sea más común.
Este proceso de fundición funciona con un enfoque de abajo hacia arriba para llenar el molde, en contraste con otros procesos de fundición a presión. Aunque, el proceso tiene una tasa de fundición más alta que la fundición en arena. Pero tiene un costo relativamente más alto debido a los costosos moldes de metal. Consulta sus ventajas y desventajas a continuación.
| Ventajas | Desventajas |
| Proporciona una mejor calidad superficial de los productos debido a la rápida solidificación. | Lanzar objetos complejos es difícil. |
| Los productos de fundición tienen alta precisión y tolerancia estrecha. | Los costos de fabricación de los moldes son más altos. |
| Los moldes reutilizables ahorran tiempo y aumentan la productividad, lo que reduce los costos de producción | A veces, el mecanismo de eyección para sacar la fundición del molde forma una abolladura en el producto. |
| Los productos poseen mejores propiedades mecánicas. | |
| Producción de productos de paredes delgadas |
3. Fundición a presión
Hay dos tipos de fundición a presión en función de la presión. Es decir, el fundición a baja presión y fundición a presión a alta presión. La fundición a presión a alta presión es más popular para la producción en masa de geometrías complejas que requieren alta precisión. Mientras que, para la producción de piezas grandes y simples, la fundición a presión a baja presión es un proceso de fundición preferible.
En este tipo de fundición de metales, los metales no ferrosos y las aleaciones como el zinc, el estaño, el cobre y el aluminio se inyectan en un molde reutilizable recubierto con un lubricante a alta presión. Por lo tanto, se mantiene alta presión durante todo el proceso de inyección rápida para evitar el endurecimiento del metal. Finalmente, una vez finalizado el proceso, se procede a la extracción de colada y acabado para eliminar cualquier exceso de material.
La fundición a presión se diferencia de la fundición a presión por gravedad en el proceso de llenado del molde. Donde la fundición a presión utiliza inyección a alta presión de metal fundido en el molde de metal. Luego, el metal fundido se solidifica rápidamente para producir el producto requerido.
Sus ventajas y desventajas se resumen a continuación.
| Ventajas | Desventajas |
| Alta precisión y tolerancia dimensional | Costes de herramientas relativamente elevados |
| Alta eficiencia y buena calidad del producto. | Limitado a materiales no ferrosos |
| Reducción de la necesidad de mecanizado posterior a la fundición. | Es difícil garantizar las propiedades mecánicas de los productos, por lo que no se utiliza para piezas estructurales. |
| Enfriamiento rápido del metal fundido relacionado con tasas de producción más rápidas | La configuración completa requiere una gran inversión de capital |
| El proceso puede funcionar durante más horas sin necesidad de reemplazar el troquel. |
4. Fundición de inversiones
La fundición de inversión, también conocida como fundición a la cera perdida, es un proceso que invierte el patrón de cera con material refractario y un agente aglutinante para dar forma a un molde cerámico desechable, y luego se vierte metal fundido en el molde para hacer piezas fundidas de metal. La fundición a la cera perdida es un proceso costoso y que requiere mucha mano de obra y se puede utilizar para la producción en masa o en fundiciones complejas para producir productos de fundición de metal que van desde engranajes, baúles de bicicletas, discos de motos y piezas de repuesto en máquinas de granallado.
A continuación se resumen sus ventajas y desventajas.
| Ventajas | Desventajas |
| Puede producir piezas con paredes delgadas, más complejidad y alta calidad superficial | Requiere mano de obra para su uso |
| Reduce la necesidad de mecanizado posterior a la fundición. | El ciclo de producción es más largo. |
| Puede fundir aleaciones difíciles de fundir como acero inoxidable, acero fino, etc. | Mayores costos de fabricación de moldes. |
| Debido a que se rompe el molde de la carcasa, permite colados con ángulos de 90 grados. | Nuevo requisito de matriz para la creación de patrones de cera para cada ciclo de fundición |
| Alta precisión dimensional en los productos | |
| Margen de contracción en el molde |
5. Fundición de yeso
El proceso de vaciado en yeso es similar al vaciado en arena, excepto que el molde está hecho de una mezcla llamada 'yeso de París'. Debido a la baja conductividad térmica y capacidad calorífica del yeso, enfría el metal más lentamente en comparación con la arena, lo que ayuda a lograr una alta precisión, especialmente para piezas de sección transversal delgada. Sin embargo, no es adecuado para materiales ferrosos de alta temperatura.
En particular, mediante el proceso de fundición en molde de yeso se pueden fabricar piezas pequeñas de 30 gramos, así como piezas grandes de 45 kilogramos. Por ejemplo, la siguiente imagen muestra un componente fundido de un espesor de sección de 1 mm fabricado mediante este proceso.
Conoce más sobre sus ventajas y desventajas.
| Ventajas | Desventajas |
| Acabado superficial liso | El proceso tiende a ser más costoso que la mayoría de las operaciones de fundición. |
| Mayor precisión dimensional que la fundición en arena | Aplicaciones limitadas a aleaciones a base de cobre y aluminio. |
| La capacidad de moldear formas complejas con paredes delgadas | Puede requerir reemplazos frecuentes del material de moldeo de yeso |
| No apto para materiales de alto punto de fusión. | |
| Mayores tiempos de enfriamiento, afectando las tasas de producción | |
| Material inestable en comparación con la arena, que puede afectar el proceso completo |
6. Fundición centrífuga
La fundición centrífuga, también conocida como fundición rotatoria, es un proceso de fabricación industrial de piezas cilíndricas con fuerzas centrífugas. Este tipo de fundición de metal utiliza una matriz giratoria precalentada en la que se vierte el metal fundido. Las fuerzas centrífugas ayudan a distribuir el metal fundido dentro de la matriz a alta presión.
Existen tres variaciones de fundición centrífuga; verdadero proceso de fundición centrífuga, proceso de fundición semicentrífuga y proceso de fundición centrífuga vertical. La colada semicentrífuga, a diferencia de la colada centrífuga verdadera, tiene el molde completamente lleno usando un bebedero. Sin embargo, en la verdadera fundición centrífuga, el metal fundido se pega a los lados debido a la rotación continua. Por el contrario, la fundición centrífuga vertical, como su nombre indica, utiliza el moldeo direccional siguiendo el mismo proceso que la fundición centrífuga verdadera.
Por lo general, la fundición centrífuga produce formas rotacionales como cilindros. En particular, piezas como cojinetes de casquillo, placas de embrague, anillos de pistón y camisas de cilindro, etc. Además, el vertido de metal en el centro del molde ayuda a reducir defectos como orificios de soplado, encogimiento y bolsas de gas. Sin embargo, no es adecuado para todo tipo de aleaciones metálicas.
| Ventajas | Desventajas |
| Rendimiento de proceso mejorado y desperdicio reducido | La fundición centrífuga requiere altas inversiones |
| La fundición tiene alta densidad y casi ningún defecto. | Requerimiento de mano de obra calificada |
| El proceso es conveniente para fabricar piezas fundidas de metal compuesto de barril y camisa. | Producción de formas específicas |
| Sin requisitos de puertas y elevadores |
7. Fundición de espuma perdida
El método de fundición de espuma perdida es similar a la fundición de inversión con la diferencia de que utiliza espuma para el patrón en lugar de cera. Una vez que se forma el patrón, se realiza el recubrimiento con una cerámica refractaria mediante inmersión, recubrimiento, rociado o cepillado. Luego, el metal fundido se vierte en el molde para formar el producto deseado.
Esta técnica se puede utilizar para varios materiales como acero aleado, acero al carbono, hierro fundido aleado, aleación ferrosa, etc. En particular, productos como carcasas de bombas, bocas de incendios, válvulas y accesorios se fabrican mediante el proceso de fundición a la espuma perdida.
La fundición de espuma perdida posee numerosas ventajas que incluyen alta precisión y producción de alta precisión. Sin embargo, existen algunas limitaciones de este proceso que lo hacen inadecuado para aplicaciones de bajo volumen.
| Ventajas | Desventajas |
| Fundición de alta precisión | Altos costos de patrón para producción de bajo volumen |
| Permite un diseño flexible | La baja resistencia provoca distorsión o daño del patrón. |
| Producción limpia | Muchos procesos de producción y mayor tiempo de entrega. |
| Económico para la producción de alto volumen |
8. Fundición al vacío
La fundición al vacío, como sugiere su nombre, es el tipo de fundición en la que la producción se realiza bajo una presión de vacío de 100 bares o menos para extraer los gases de la cavidad del molde. En este proceso, el metal fundido se vierte en la cavidad del molde dentro de una cámara de vacío para eliminar las burbujas y las bolsas de aire. La evacuación al vacío de la cavidad de la matriz reduce la retención de gases dentro de la cavidad durante el proceso de inyección del metal. Finalmente, el metal se cura en una cámara de calentamiento y se retira del molde.
El proceso de fundición a presión al vacío Es popular en diversas industrias, incluidas la automotriz, la aeroespacial, la electrónica, la marina, las telecomunicaciones, etc. Como resultado, algunos componentes fabricados mediante este proceso de fabricación incluyen componentes estructurales de chasis y partes de carrocería de automóviles.
| Ventajas | Desventajas |
| Reduzca la porosidad, mejore las propiedades mecánicas y la calidad superficial de la fundición a presión | Alto costo de herramientas |
| Producción de productos de paredes delgadas. | El molde utilizado en el proceso tiene una vida corta |
| Es posible la soldadura y el tratamiento térmico de los productos. | Posibles problemas de vacío |
| Adecuado para producción de bajo volumen | |
| No se requieren costosos acabados con herramientas duras | |
| Disminuye las bolsas de aire y las burbujas en las primeras etapas. |
9. estrujar fundición
La forja líquida o la fundición por compresión es un proceso híbrido de formación de metales que combina la fundición en molde permanente y la forja en matriz en un solo paso. En este proceso, se inyecta una cantidad específica de aleación de metal fundido en un molde y se aplica presión para darle forma. Luego, la pieza de metal se calienta a la temperatura de fusión y se extrae de la matriz.
En particular, la fundición a presión es un proceso de fundición potencial para piezas críticas para la seguridad en sistemas automotrices. Por ejemplo, juntas de marcos espaciales, manguetas de dirección delanteras de aluminio, marcos de chasis, soportes o nodos.
Este tipo de fundición de metales combina los beneficios de los procesos de fundición y forja. Por ejemplo, la alta presión aplicada durante la solidificación ayuda a prevenir la contracción y las porosidades. Sin embargo, debido a los requisitos específicos de herramientas, no es tan popular como otros procesos de fundición para la producción en masa.
| Ventajas | Desventajas |
| Elimina defectos internos como poros, agujeros de contracción y porosidad de contracción. | Menos flexibilidad en la geometría de la pieza |
| Baja rugosidad superficial | Menor productividad |
| Puede prevenir la fundición de grietas. | Altos requisitos de mecanizado |
| Componentes de alta resistencia | Requiere un control preciso, lo que ralentiza el proceso general |
| Sin desperdicio de material |
10. Audiciones continuas
Como sugiere su nombre, permite la producción en masa constante de perfiles metálicos con una sección transversal constante. Este tipo de fundición es popular en la producción de barras de acero. Además, la colada vertical crea coladas semicontinuas como palanquillas, lingotes, barras, etc.
En este proceso, el metal fundido se vierte a una velocidad calculada en un molde de extremo abierto enfriado por agua que permite que se forme una superficie de metal sólido sobre el metal líquido en el centro. La solidificación del metal, por lo tanto, ocurre de afuera hacia adentro. Después de que finaliza este proceso, las hebras de metal se pueden extraer continuamente del molde. Se pueden cortar longitudes predeterminadas de productos con cizallas mecánicas o sopletes de oxiacetileno móviles.
Generalmente, los productos creados mediante colada continua son homogéneos, consistentes y densos. Sin embargo, también limita su uso a este tipo de aplicaciones. Algunas otras ventajas y desventajas son:
| Ventajas | Desventajas |
| Diversa gama de tamaños de productos de fundición que van desde tiras de unos pocos milímetros de espesor hasta palanquillas y planchones más grandes | Requisito de enfriamiento continuo de los moldes, de lo contrario, se desarrolla la contracción de la línea central |
| Menores costos debido a la producción continua | Fundición de solo formas simples con una sección transversal constante |
| Menor desperdicio de material | Requiere un gran espacio de terreno y una alta inversión inicial |
11. Moldeado de concha
Shell molding es un proceso de fundición de moldes desechables. Es similar al proceso de fundición en arena, excepto que la capa de arena endurecida forma la cavidad del molde en lugar de un matraz de arena. La arena que se usa es más fina que la que se usa en la fundición en arena y se mezcla con una resina para que pueda tratarse térmicamente y endurecerse en la carcasa que rodea el patrón.
El moldeado de carcasas fabrica productos industriales, por ejemplo, carcasas de cajas de cambios, bielas, botes pequeños, capotas de camiones, cabezas cilíndricas, árboles de levas, cuerpos de válvulas, etc.
Los productos de fundición poseen un buen acabado superficial y precisión dimensional. Sin embargo, la limitación de este tipo de fundición incluye la limitación de tamaño y peso de las piezas. Algunas otras ventajas y desventajas son:
| Ventajas | Desventajas |
| Fundición de piezas delgadas y complejas | No apto para producción a pequeña escala. |
| Mano de obra semicalificada | Limitaciones de tamaño y peso. |
| No requiere más mecanizado | Se requiere un patrón de metal especial que lo hace costoso para fundición grande |
| Cuentas de defectos superficiales |
Pasos básicos de la producción de fundición diferente
En su mayoría, los procesos de fundición siguen algunos pasos básicos como la creación de patrones, fabricación de moldes, selección y vertido de aleaciones metálicas y, finalmente, el acabado de la pieza fundida.
- Haciendo patrones
Para crear un patrón, es importante determinar la forma del molde. Para ello, los materiales utilizados son cera, arena, plástico o incluso madera.
- Fabricación de moldes
A continuación, existe el requisito de crear diferentes tipos de moldes para la fundición. El molde de un solo uso se puede hacer con arena, yeso o concha de cerámica. Cada uno de ellos tiene un método de producción diferente. Además, los patrones hechos de espuma o cera se queman en un horno.
- Elija aleaciones de metal
Las fundiciones de metal se producen a partir de aleaciones ferrosas o no ferrosas. Las aleaciones son una mezcla química de elementos con propiedades mecánicas que son mejores para las aplicaciones finales de fundición. Donde, las aleaciones ferrosas incluyen acero, hierro maleable y hierro gris. Mientras que los metales no ferrosos incluyen aleaciones de aluminio, bronce y cobre.
- Derretir y verter la aleación.
Después de la selección de las aleaciones metálicas, el siguiente paso es el vertido del metal en el molde. El proceso implica colocar un metal sólido sobre un crisol y calentarlo con una llama abierta o dentro del horno hasta que se derrita. Para fundición pequeña, es posible verter el metal fundido directamente desde el crisol. Sin embargo, las fundiciones más grandes pueden requerir la transferencia de metal a una cuchara más grande antes de verterlo en el molde.
- Acabado
Después de la solidificación, el producto de fundición se retira y acabado de superficies metalicas se hace en él. Además, el proceso de acabado puede incluir la eliminación del exceso de material mediante fregado o mecanizado para material de desecho más grande.
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