La fundición de espuma perdida se utiliza habitualmente para la fundición de metales, incluidos algunos accesorios metálicos de formas complejas.
En este artículo presentamos en detalle la fundición a la espuma perdida: cómo funciona, cuáles son sus ventajas y qué metales pueden fundirse con este proceso.
¿Qué es el moldeo de espuma perdida?
La fundición de espuma perdida, también conocida como fundición en molde lleno o fundición evaporativa, se basa en el siguiente principio. Utiliza un patrón de espuma de plástico en lugar del patrón tradicional de madera o metal. Se aplica un revestimiento refractario especial a la superficie del modelo. Una vez seco, se entierra en arena seca y se forma el molde mediante vibración y compactación. A continuación, se vierte metal líquido en su interior.
Durante el proceso de fundición, el patrón de espuma de plástico se gasifica rápidamente y se quema bajo la acción del metal líquido a alta temperatura. El metal líquido ocupa el lugar de la espuma de plástico original. Tras enfriarse y solidificarse, se forma la pieza de fundición.
El proceso de fundición a la espuma perdida
He aquí las etapas del proceso de fundición a la espuma perdida:
1.Creación de patrones
Se crea un patrón de espuma (normalmente de poliestireno) mediante moldeo o mecanizado. El patrón debe tener la misma forma y dimensiones que la pieza de fundición final deseada.
2.Montaje del patrón
Se pueden ensamblar varios patrones de espuma para formar piezas complejas. Las puertas, contrahuellas y guías se fijan al patrón con adhesivo.
3.Revestimiento
El patrón de espuma se recubre con un material refractario (como sílice o circón) para formar una fina capa cerámica. Este revestimiento ayuda a evitar la infiltración de arena y garantiza un acabado liso de la superficie.
4.Secado
El patrón de espuma recubierto se seca para eliminar la humedad y reforzar el revestimiento cerámico.
5.Moldeado
El modelo seco se coloca en un matraz o caja de moldeo y se rodea de arena sin aglomerar. La arena se compacta mediante vibración para garantizar que soporta completamente el patrón.
6.Vertido
Se vierte metal fundido (como aluminio, acero o hierro) en el molde. El calor del metal fundido vaporiza el patrón de espuma, que escapa a través de la carcasa revestida y se ventila en la arena.
7.Enfriamiento
El metal fundido se solidifica dentro del molde de arena, tomando la forma del patrón de espuma.
8.Sacudida
Una vez que el metal se ha enfriado y solidificado, se rompe el molde de arena para descubrir la pieza fundida.
9.Limpieza y acabado
La pieza fundida se limpia para eliminar cualquier resto de arena y se corta el material sobrante (como compuertas y contrahuellas). Pueden realizarse otras operaciones de acabado, como rectificado, mecanizado y tratamiento térmico.
10.Inspección
La fundición final se inspecciona para comprobar la precisión dimensional, la calidad de la superficie y los defectos internos mediante técnicas como rayos X, ultrasonidos o líquidos penetrantes.
Materiales utilizados
La fundición de espuma perdida, con sus ventajas tecnológicas únicas, es aplicable a la fundición de una gran variedad de materiales metálicos. A continuación se indican las características de aplicación de algunos materiales metálicos comunes en la fundición de espuma perdida.
Hierro fundido
La fundición tiene excelentes propiedades. Tiene una buena fluidez, lo que le permite rellenar bien las cavidades complejas de los modelos de plástico espumado en la fundición a la espuma perdida. Además, el hierro fundido tiene una tasa de contracción relativamente pequeña, lo que reduce la tendencia a la deformación y el agrietamiento de las piezas fundidas durante la solidificación.
Acero fundido
El acero moldeado se caracteriza por su gran resistencia y tenacidad, capaz de soportar grandes cargas e impactos. Tiene buena soldabilidad, lo que facilita la reparación y el montaje de piezas fundidas en la fase posterior.
Sin embargo, debido a su elevado punto de fusión, el acero moldeado requiere temperaturas de colada más elevadas en la colada perdida de espuma y mejores propiedades refractarias del revestimiento.
Aleación de aluminio
Cuando se funde aleación de aluminio mediante fundición de espuma perdida, debido a que el punto de fusión de la aleación de aluminio es relativamente bajo, el efecto térmico sobre el patrón de espuma plástica es pequeño, lo que es beneficioso para mantener la integridad del patrón y reducir problemas como la deformación del patrón y la mala gasificación. Además, este proceso puede producir piezas de fundición de aleaciones de aluminio de paredes finas y formas complejas, lo que mejora la utilización del material y reduce los costes de producción.
Aleación de cobre
La fundición de espuma perdida puede reproducir con precisión las formas complejas y las estructuras finas de las piezas de fundición de aleaciones de cobre. Para algunos conectores eléctricos y piezas de instrumentos con requisitos de forma especiales, puede reducir los procedimientos de procesamiento posteriores y mejorar la eficiencia de la producción.
Mientras tanto, debido a la buena permeabilidad del molde, se favorece la descarga de gas en el líquido de aleación de cobre, reduciendo defectos como los poros y mejorando la calidad de las piezas fundidas.
Además, algunos materiales de aleación especiales también pueden fundirse mediante fundición de espuma perdida, como las aleaciones a base de níquel y las aleaciones de titanio. Sin embargo, debido a sus altos puntos de fusión y su fuerte actividad, estos materiales de aleación tienen requisitos más estrictos para el proceso de fundición y los materiales, y es necesario tomar medidas especiales para garantizar la calidad de las piezas fundidas.
Ventajas de la fundición de espuma perdida
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Gran libertad de diseño
La fundición de espuma perdida puede fabricar directamente modelos de espuma según diseños complejos, lo que permite producir piezas de fundición con formas intrincadas y estructuras precisas. Como no es necesario tener en cuenta el ángulo de desmoldeo, esta tecnología puede moldear fácilmente estructuras complejas, como cavidades internas, agujeros ciegos y superficies curvas.
Además, este proceso es muy adecuado para fabricar piezas de fundición de estructura integrada, lo que reduce eficazmente la necesidad de ensamblaje y soldadura. Esto aporta una gran comodidad a la producción y mejora tanto la eficiencia de la producción como la calidad del producto.
Rentable
La fundición de espuma perdida reduce los costes de producción de varias maneras.
Bajos costes de utillaje: Ahorra costes de fabricación y mantenimiento de moldes, especialmente indicado para la producción de lotes pequeños y a medida.
Alto aprovechamiento del material: Al utilizar arena no aglomerante, la arena puede reciclarse, lo que reduce el consumo de material y los costes de producción.
Menores costes laborales: Con el moldeo en una sola pieza, se reduce el número de piezas ensambladas, lo que ahorra mano de obra y gastos de montaje.
Alta eficiencia de producción
Los modelos de espuma de la fundición a la espuma perdida pueden producirse rápidamente, lo que la hace muy adecuada para la producción en serie y las necesidades de producción automatizada, aumentando eficazmente la escala y la eficacia de la producción. Durante las fases de vertido y solidificación de este proceso, no es necesario retirar el modelo. Esta característica simplifica enormemente los procedimientos de fundición, que de otro modo serían engorrosos, reduciendo los procesos de operación y los costes de tiempo.
Además, se pueden fundir simultáneamente varias piezas complejas en el mismo cajón de arena, aprovechando al máximo el espacio y los recursos y mejorando aún más la eficacia de la producción, lo que hace que el proceso de producción sea más eficaz, cómodo y rentable.
Adecuado para diversos materiales y condiciones de colada
Es aplicable a diversos materiales metálicos, como aleaciones de aluminio, fundición, hierro dúctil, acero al carbono, acero inoxidable y aleaciones de cobre.
Alta precisión de fundición
El modelo de espuma es casi una réplica 1:1 de la fundición final, con un bajo índice de contracción y una gran precisión dimensional (normalmente hasta ±0,2 - 0,5 mm). Además de la alta precisión, el acabado superficial de la pieza fundida es bueno, lo que puede reducir la cantidad de mecanizado.
Fundición en espuma perdida VS Fundición en arena
Lost - fundición de espuma y fundición en arena presentan diferencias en aspectos como los moldes, la precisión de la fundición y los costes. A continuación se comparan varias de sus características más importantes:
Moldes
Fundición a la espuma perdida: El patrón está hecho de espuma de poliestireno expandible, y no es necesario retirarlo, sino que se gasifica directamente y desaparece durante el proceso de colada. Por lo tanto, para piezas de fundición con formas complejas, no hay necesidad de diseñar superficies de separación complejas ni mecanismos de extracción del núcleo, lo que simplifica enormemente el proceso de fabricación del molde y reduce los costes y los ciclos de fabricación.
Fundición en arena: Normalmente es necesario fabricar moldes sólidos, como moldes de madera y moldes de metal. Para piezas de fundición con formas complejas, la estructura del molde es compleja, la dificultad de fabricación es alta y el coste es elevado. Además, la vida útil del molde es limitada. Para la producción de algunas piezas de fundición de lotes pequeños y formas complejas, el coste del molde representa una proporción relativamente alta.
Precisión de colada
Fundición a la espuma perdida: Debido a la gran precisión dimensional del patrón y a la ausencia de desmoldeo durante el proceso de fundición, se evitan daños en el molde de arena durante el desmoldeo. Por lo tanto, las piezas fundidas tienen una alta precisión dimensional, buena calidad superficial y pequeñas tolerancias de mecanizado, y pueden producir piezas fundidas con formas complejas y requisitos de alta precisión dimensional, como bloques de motor y culatas de automóviles.
Fundición en arena: Debido a factores como la precisión del molde y el proceso de moldeo, la precisión dimensional y la calidad superficial de las piezas de fundición son relativamente bajas, y los márgenes de mecanizado son grandes. En el caso de algunas piezas de fundición de formas complejas, es difícil garantizar una alta precisión dimensional y calidad superficial.
Costes de producción
Fundición a la espuma perdida: La inversión en equipos es relativamente grande, y el coste de los materiales de moldeo es relativamente alto. Sin embargo, para la producción en serie de piezas de fundición complejas, debido a la reducción de los costes de fabricación de moldes, de las horas/hombre de moldeado y de los costes de mecanizado, el coste global es bajo. Sin embargo, para la producción de lotes pequeños, dado que los materiales de los modelos no pueden reutilizarse, la ventaja de costes no es obvia.
Fundición en arena: El equipo y el proceso son relativamente sencillos, y la inversión inicial es pequeña. Para la producción de lotes pequeños, el coste es relativamente bajo. Pero para la producción en masa de piezas complejas, debido a los elevados costes de fabricación de moldes, a las muchas horas de trabajo de moldeado y a los grandes costes de mecanizado, el coste total es alto.
Tamaño y peso de las piezas
Fundición a la espuma perdida: Rinde bien en la precisión dimensional y el conformado de formas complejas de productos pequeños, y también tiene cierta capacidad de producción para productos grandes.
Fundición en arena: La fundición en arena cuenta con un proceso maduro y una rica experiencia en la fabricación de productos de gran tamaño y puede producir diversas piezas de fundición supergrandes.
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