Lección 1.1Dar formaCapítulo 1 · Fundición

Moldeo en arena

Metal vertido en una cavidad compactada en arena; la arena se rompe después

La fundición en arena fabrica una pieza metálica vertiendo metal fundido en un hueco con forma hecho en arena compactada. Los bloques de motor, las tapas de alcantarilla y las carcasas de bombas son ejemplos típicos. Es uno de los métodos de fundición más antiguos y sigue siendo el más utilizado, porque el molde es barato y casi cualquier tamaño es posible.

Foto: Kambai Akau, CC BY-SA 4.0, vía Wikimedia Commons

Fundición en arena · modelo, colada, desmoldeoLee los tres paneles de izquierda a derecha; los números en círculo corresponden a los pasos de abajo.

Moldeo en arena en un minuto, por MecMade

Cómo funciona

Haz un modelo. Un modelo es una copia a tamaño real de la pieza en madera, plástico o metal. Se hace algo más grande, porque el metal se contrae al enfriarse.
Compacta arena a su alrededor. El modelo se coloca en una caja de dos partes llamada caja de moldeo. Se apisona (se presiona con fuerza) a su alrededor arena mezclada con arcilla y agua (arena verde) o con un aglutinante de resina hasta que mantiene su forma.
Retira el modelo, coloca el macho y cierra el molde. La mitad superior (la caja superior) se levanta de la inferior (la caja inferior) y se extrae el modelo, dejando una cavidad. Un macho (un inserto de arena endurecida) se coloca para formar un agujero interior, se cortan canales y se vuelven a cerrar las mitades. La unión entre ellas es el plano de partición.
Vierte. El metal fundido se vierte desde una cuchara de colada en la copa de colada. Baja por el bebedero (el canal vertical), recorre el canal de colada (el canal horizontal) y llena la cavidad.
Deja que solidifique. El enfriamiento lleva minutos en las piezas pequeñas y horas, incluso días, en las muy grandes. Una mazarota (un depósito extra de metal) sigue alimentando la pieza mientras se contrae, de modo que el rechupe se forma en la mazarota y no en la pieza.
Desmoldea y acaba. La arena se sacude y se recicla. Se cortan el bebedero y las mazarotas, se limpia la superficie, a menudo por granallado (proyección de pequeñas bolas de acero), y se mecanizan las caras clave.

Datos clave

Materiales: Casi cualquier metal que se pueda fundir: fundición gris y dúctil, acero, aluminio, bronce, latón, magnesio
Piezas típicas: Bloques de motor, culatas, cuerpos de bombas y válvulas, carcasas de cajas de cambios, tapas de alcantarilla, bancadas de máquinas
Tamaño de pieza: De unos pocos centímetros a varios metros de ancho; de gramos a más de 100 toneladas
Precisión: Normalmente de unos ±0,5 a ±2 mm, más en piezas grandes
Acabado superficial: Rugosa y granulosa: Ra (rugosidad media) de aproximadamente 6 a 25 µm
Tamaño de lote adecuado: Piezas únicas y prototipos (moldeo manual) hasta millones de piezas (líneas de moldeo automatizadas)
Coste de utillaje y máquina: Modelos de unos pocos cientos a decenas de miles de dólares; las líneas de moldeo automatizadas cuestan millones
Velocidad: Horas por molde a mano; las líneas automatizadas hacen hasta varios cientos de moldes por hora. El enfriamiento añade de minutos a horas

Ventajas y límites

Ventajas

Funciona con casi cualquier metal, incluidos el hierro y el acero, de alto punto de fusión
Piezas desde el tamaño de una palma hasta muchas toneladas
Utillaje barato, así que las piezas únicas y los prototipos son asequibles
Los machos hacen posibles conductos internos complejos

Límites

Superficie rugosa y tolerancias holgadas, así que las caras clave necesitan mecanizado
Hay que hacer un molde nuevo para cada pieza
Los huecos de gas (porosidad) y los granos de arena atrapados pueden causar defectos
Las paredes finas son difíciles de llenar; unos 3 a 5 mm es un mínimo práctico

Dónde se usa

AutomociónBloques de motor de fundición, culatas, tambores de freno, carcasas de diferencial
Bombas y válvulasCarcasas de bombas, cuerpos de válvulas, impulsores
Maquinaria pesadaBancadas de máquinas herramienta, carcasas de cajas de cambios, equipos de minería y construcción
Energía y marinaBujes de aerogeneradores, carcasas de turbinas, hélices de barcos
Infraestructura urbanaTapas de alcantarilla, rejillas de desagüe, accesorios de tuberías
Artículos para el hogarSartenes de hierro fundido, piezas de estufas de leña, campanas

Cómo reconocerlo

Una superficie granulosa y mate, como papel de lija fino, en todas las zonas que no se mecanizaron.
Una fina línea o un pequeño escalón que recorre la pieza: el plano de partición, donde se unían la caja superior y la inferior.
Zonas planas y esmeriladas donde se cortaron el bebedero, los canales y las mazarotas.
Caras mecanizadas brillantes (bridas de tornillos, taladros) junto a superficies de fundición rugosas.

Compáralo con

Fundición a la cera perdida1.2una cáscara cerámica construida alrededor de una copia de cera da detalles mucho más finos y superficies más lisas, con un mayor coste por pieza.Fundición a presión1.4una matriz de acero reutilizable y alta presión fabrican piezas de aluminio y zinc rápidas y precisas, pero la matriz cuesta mucho más.Fundición con modelo perdido de espuma (lost foam)1.6también usa arena, pero el modelo es una copia de espuma que se queda en el molde y el metal la vaporiza.

Míralo

dharmesh barodiya · Cada paso, del modelo a la pieza fundida terminada, en un taller de enseñanza

mrpete222 · Cómo se apisona a mano un molde de arena verde en una caja superior e inferior

General Foundry Service · Cómo son una fundición industrial de arena verde y su colada

DISA · Cómo una línea automatizada hace y cuela moldes para la producción en masa

Ver fotos reales

Wikipedia: Fundición en arena — fotos de moldes, cajas, machos y piezas fundidas, además de un esquema del proceso
Wikipedia: DISAMATIC — la máquina automatizada que fabrica moldes de arena con partición vertical
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons

Recuerda

Un modelo reutilizable da forma a la cavidad; el molde de arena se destruye después de cada colada.
El bebedero, los canales y las mazarotas llevan el metal y lo alimentan, y luego se cortan.
Barata y flexible para cualquier tamaño, pero rugosa y solo moderadamente precisa.