PROCESOS DE FUNDICION

FUNDICIÓN

        Es un proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de metal fundido dentro de un molde hueco, por lo general hecho de arena.

        La fundición implica tres procesos:

• Construcción de un modelo de madera, plástico o metal con la forma del objeto terminado
• Realización de un molde hueco el cual se hace rodeando el modelo con arena y retirándolo después
• Vertido del metal fundido en el molde, este proceso se conoce como colada.

Cuando el número de piezas fundidas va a ser limitado, el modelo suele ser de madera barnizada, pero cuando el número de piezas es alto entonces se puede hacer de plástico, hierro colado, acero, aluminio u otro metal.

El modelo presenta ciertas diferencias con respecto al original, como por ejemplo que sus dimensiones son algo mayores para compensar las contracciones por enfriamiento.

Los modelos se pueden hacer de una sola pieza pero cuando la forma es complicada se hace muy difícil su extracción y por lo tanto se deben hacer en dos o mas partes.

Los modelos deben tener también cierta conicidad para facilitar su extracción así como también deben contar con salientes y entrantes que van a servir como guías al momento de montar las distintas partes del modelo y que los mismos queden alineados.

La arena utilizada para la fundición contiene suficiente arcilla para mantener la cohesión.

La arena de separación sirve solo para que las cajas se desprendan sin dificultad, es una arena seca con un contenido de arcilla bajo o nulo.

En la fundición se emplean muchas técnicas y variantes especiales, por ejemplo cuando se funden piezas de maquinaria como engranajes, cuyo borde tiene que ser lo mas resistente posible, se puede colocar en el molde piezas de hierro o acero alrededor del borde. Estas piezas son buenas conductoras de calor lo cual hace que las partes situadas en sus proximidades se endurezcan con rapidez, lo cual le proporciona mayor resistencia.

Muchas veces las ruedas o engranajes grandes se funden sin cajas, en recipientes de arena situados directamente sobre el suelo.

ARENAS DE FUNDICION

Una arena de moldeo consiste fundamentalmente en arena silicea, arcilla y agua.

La sílice es el refractario fundamental de la tierra de moldeo, mientras que la arcilla y el agua forman el aglutinante que mantiene unidos los granos de sílice para que formen una masa plástica.

Estos granos se caracterizan por su forma, tamaño y granulometría.

No siempre las arenas se pueden emplear en la fundición tal como llegan a los depósitos, sino que deben someterse a algunos procesos de modificación.

Tipos de arenas

ARENAS NATURALES

Son aquellas que ya contienen el aglutinante en ellas y se usan conforme se encuentran en la naturaleza con solo la adición de agua.

Se encuentran constituidas en la naturaleza por:

• Granos de cuarzo (bióxido de silicio, muy refractario)
• Por arcilla (silicato hidratado de aluminio) que le confiere unión, plasticidad y disgregabilidad al molde
• Cantidades más o menos insignificantes de cal, mica, óxido de hierro, magnesio y a veces sustancias orgánicas.

Las arenas naturales tienen la ventaja de mantener el contenido de humedad por largo tiempo, lo cual permite trabajar con mayor facilidad en el retocado y acabado final.

CLASIFICACION DE LAS ARENAS NATURALES

De acuerdo al contenido de arcilla:

• Arenas arcillosas o tierras grasas: el contenido de arcilla es superior al 18%

• Arenas arcillosas o tierras semi-grasas: el contenido de arcilla va de 8% al 18%

• Arenas arcillosas o tierras magras: el contenido de arcilla va del 5 al  8%

• Arenas siliceas: el contenido de arcilla es inferior al 5%. Aquí la arcilla está considerada como impureza.

Según las dimensiones de los granos:

• Arena de granos gruesos: el tamaño de grano está entre 0.5 y 2mm.

• Arena de grano medio: tamaño de grano entre 0.25 y 0.5mm

• Arena de grano fino: tamaño de grano entre 0.10 y 0.25mm

Según la forma del grano:

• Arena de grano esferoidal
• Arena de grano anguloso
• Arena de grano compuesto

ARENAS SINTÉTICAS

Son aquellas que se combinan con una cantidad de aglutinantes para ser utilizadas en un proceso específico de fundición.

Al preparar este tipo de arenas se persigue controlar las propiedades de las mismas tales como la permeabilidad exigida, una buena plasticidad, el control de los gases, etc.

Son las más utilizadas en el ámbito industrial para controlar los procesos ajustándose a las condiciones de producción en cadena.

Los resultados obtenidos en el acabado de la pieza son superiores al de las arenas naturales.

Estas arenas se fabrican a partir de Sílice limpio, Zirconio, arena de olivita y arcillas controladas tales como bentonitas, kaolinita o ilita. Pueden agregarse cereales u otras materias orgánicas de acuerdo a los requerimientos.

VENTAJAS DE LAS ARENAS SINTÉTICAS:

• Poseen un tamaño de grano mas uniforme
• Tienen altas propiedades refractarias
• Facilidades de moldeo con menos humedad
• Requiere menos aglutinante
• Se presentan exentas de polvo
• Control más sencillo de las propiedades
• Requieren menos espacio de almacenamiento ya que una clase de arena es suficiente para diferentes clases de procesos de fusión.

PROPIEDADES DE LAS ARENAS DE MOLDEO

        Las arenas de moldeo deben ser maleables y deben generar fundiciones libres de defectos. Las propiedades de mayor importancia son las siguientes:

        Permeabilidad en Verde: propiedad que permite a la arena ser atravesada por los gases y permite la evacuación de los mismos en el momento de la colada, dependiendo del tamaño distribución y forma de los granos.

        La permeabilidad es siempre mayor en una arena de granos gruesos que en la de granos finos.

        El número de permeabilidad es más grande conforme la arena es más porosa.

        Resistencia en Verde: es la capacidad que tiene la arena en verde después de ser mezclada con agua para resistir la presión que ejerce el metal dentro del molde.

        Mientras más fino sean los granos de arena, mayor será el área de la superficie de una masa dada y mayor la cantidad de aglutinante necesario para cubrir el área. La resistencia en verde es más alta con granos finos.

        La resistencia en verde aumenta con las primeras adiciones de humedad pero un exceso tiene un efecto de debilidad de la arena.

        Resistencia en seco: es la resistencia de la arena que se ha secado o sometido a horneado previo. Varía en la misma forma de la resistencia en verde con la finura del grano, forma del grano y contenido de humedad. Sin embargo los aglutinantes afectan en forma distinta la resistencia en verde y la resistencia en seco.

        Refractariedad: propiedad que determina la resistencia a la acción de elevadas temperaturas y es asegurada por la sílice. Para trabajar el acero la arena debe resistir temperaturas entre 1350 y 1400 ºC, para las aleaciones de metales ferrosos debe resistir temperaturas entre 850 y 1400 ºC, por lo tanto, el grado de refractariedad que se le exige a la arena de fundición depende del metal que debe colarse.

        Cohesión: propiedad que le permite a la arena producir y conservar el moldeo. Está influenciada por el tamaño de grano. Una arena de grano redondo presenta mayor cohesión que una arena de grano anguloso, debido a una mayor superficie de contacto. La cohesión depende de la naturaleza y contenido del aglutinamiento y del porcentaje de humedad de la arena.

        Plasticidad: actitud que poseen las arenas de moldeo para reproducir los detalles de los modelos.

        La arcilla es quien le brinda esta propiedad a la arena haciéndola compacta y plástica, si la cantidad de arcilla es pequeña los modelos se desmoronan y un exceso hace disminuir la porosidad, además de agrietarse los modelos al secarse.

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