El proceso de fundición de metales (también conocido como conformado líquido) es un método para formar productos metálicos de cierta forma y propiedades después de la solidificación mediante la fundición y vertido del metal en un molde preexistente (un recipiente que convierte el metal líquido en una pieza sólida). La conformación líquida fue uno de los procesos de fabricación más antiguos y, aunque la historia de la fundición a lo largo de los siglos ha hecho que el proceso sea menos misterioso, sigue siendo una tecnología fundamental de conformado.

Ventajas de la fundición: bajos costos de producción, gran flexibilidad del proceso, adaptabilidad, idoneidad para producir piezas fundidas de diferentes materiales, formas y pesos, y para la producción en masa.

Desventajas: tolerancias grandes (diferencia entre el tamaño máximo y el mínimo), susceptibilidad a defectos internos, y la necesidad de más materiales y equipos. Al mismo tiempo, la producción de fundición genera polvo, gases nocivos y ruido, que contaminan el medio ambiente.

El proceso de fundición generalmente consta de las siguientes tres etapas.

1. Preparación de la fundición: La fundición según los materiales utilizados puede dividirse en arena, metal, cerámica, arcilla, grafito, etc., y según la cantidad de veces que puede ser utilizada, en fundición de un solo uso, semi-permanente y permanente. La fundición de un solo uso generalmente se realiza en el proceso de fabricación y se destruye al retirar la pieza, utilizando comúnmente moldes de cera, madera, plástico o metal. Las fundiciones permanentes son un tipo de fundición más costoso pero reutilizable. Debido al alto costo y al gasto extremo de modificaciones en el lugar, algunas de las cuales ni siquiera son reparables, requiere más tiempo de preparación de diseño para fabricar el molde.

La calidad de la preparación del molde es un factor principal en la calidad de la fundición.

2. Fusión y vertido de metales de fundición: Los metales de fundición (aleaciones de fundición) son principalmente hierro fundido, acero fundido y aleaciones no ferrosas de fundición.

3. Procesamiento y inspección de la fundición: El procesamiento de la fundición incluye la eliminación de materia extraña en el núcleo y en la superficie de la pieza, la eliminación de la boca de vertido, el lijado de rebabas y costuras, así como tratamientos térmicos, conformado, tratamiento contra la oxidación y mecanizado en bruto.

Existen muchos tipos de fundición, divididos según el método de modelado.

1. Fundición en arena ordinaria, incluyendo tipos de arena húmeda y seca, y tipos de arena endurecida químicamente en dos categorías.

2. Fundición especial, según el material de modelado puede dividirse en arena mineral natural y piedra como material principal en fundiciones especiales (como fundición a la cera perdida, fundición en concha, fundición sólida, fundición cerámica, etc.) y metal como material principal en fundiciones especiales (como fundición metálica, fundición a presión, fundición continua, fundición a baja presión, fundición centrífuga, etc.) en dos categorías.

(a) Fundición en arena ordinaria

1. Fundición en arena húmeda y seca

El tipo de arena húmeda es arena húmeda compactada en una caja de arena con moldes de madera o mitades de metal, la fundición ensamblada puede tener o no un núcleo, el metal fundido se vierte en la cavidad final, se retiran las partes cuando la fundición se destruye. La arena utilizada para la fundición en arena seca tiene un contenido de humedad ligeramente mayor en estado húmedo que la arena utilizada para la fundición en arena húmeda. Después de hacer la arena, la superficie de la cavidad debe ser cubierta con pintura refractaria y materiales refractarios para evitar sobrecalentamiento de la arena, y luego colocada en el horno para secar, después de enfriarse se puede ensamblar y verter. Tarda mucho en secar el tipo de arena de arcilla, consume mucho combustible, y el tipo de arena es fácil de deformar en el proceso de secado, por lo que la precisión de la fundición está sujeta al tipo de fundición.

2. Arena curada químicamente

El tipo de arena curada químicamente utilizada en la arena se llama arena curada químicamente. Su aglutinante generalmente actúa como endurecedor que puede ocurrir bajo polimerización molecular y así convertirse en una estructura tridimensional del material, comúnmente utilizada en varias resinas sintéticas y vidrio de agua. El proceso de fundición con arena curada químicamente se caracteriza por.

(1) el molde puede reflejar con mayor precisión el tamaño y la forma del contorno de la muestra del molde, y la fundición resultante tiene alta precisión dimensional.

(2) estructura de equipo ligera, bajo consumo de energía y alta productividad, y el trabajo de tratamiento puede simplificarse.

(3) al usar moldes de arena curada químicamente, el material del molde puede seleccionarse según los requisitos de producción, como madera, plástico y metal.

(b) Fundición especial

1. Fundición a la cera perdida

La fundición a la cera perdida, también conocida como fundición en cera perdida, fundición de precisión o fundición integral, es una copia del producto final, materiales similares a la parafina prensados en un molde de cera preciso y limpio, recubierto con varias capas de materiales refractarios, para ser secado y endurecido formando una cáscara, y luego la solidificación del molde de cera en la cáscara se funde para hacerla fluir, y luego la cáscara se asa para hacerla fuerte y seca, y finalmente se vierte el metal líquido en la cáscara, el metal líquido después de enfriarse y solidificarse en la cáscara se convierte en una fundición precisa y limpia. Se utiliza principalmente para la producción de palas para turbinas de vapor y gas, impulsores para bombas, herramientas de corte y piezas pequeñas para aeronaves, automóviles, tractores, herramientas eólicas y máquinas herramienta.

Características de la fundición en cera perdida

(1) fundición de alta precisión, buena calidad de superficie. Como la fundición en cera perdida de palas de motores de turbina, la precisión de la fundición ha alcanzado los requisitos sin margen de mecanizado;

(2) puede fabricarse en forma de fundiciones complejas, la combinación de varias partes en un componente complejo, disponible para fundición en cera perdida una vez fundido.

(3) el tipo de aleación de fundición no está limitado, para aleaciones de alto punto de fusión y difíciles de cortar, mayor superioridad.

(4) el lote de producción es básicamente ilimitado, tanto en producción en masa como en producción en pequeña escala, pero también en producción individual.

(5) procesos complicados, largos ciclos de producción, altos costos de producción, las fundiciones no deben ser demasiado grandes ni demasiado largas.

2. Fundición en cascarón

La fundición en cascarón es un método de fundición que utiliza un cascarón delgado para producir fundiciones.

El proceso consiste en usar arena curada con calor (generalmente arena de resina) cubierta en una placa de molde de metal calentada (la temperatura de calentamiento es generalmente de unos 300 ℃) para que se endurezca en un cascarón delgado, con un grosor generalmente de 6 a 12 mm, con suficiente resistencia y rigidez, por lo que las dos piezas superior e inferior del cascarón se sujetan firmemente con pinzas o pegamento de resina, sin necesidad de caja de arena puede constituir la fundición, verter las fundiciones.

La fundición en cascarón tiene las siguientes características.

(1) La cantidad de arena de moldeo utilizada puede reducirse significativamente.

(2) Las fundiciones obtenidas tienen un contorno claro, una superficie limpia y dimensiones precisas, y pueden fabricarse sin procesamiento mecánico o con solo una pequeña cantidad de procesamiento. Particularmente adecuado para la producción de fundiciones de varias aleaciones en grandes lotes, con altos requisitos de precisión dimensional, paredes delgadas y formas complejas.

(3) La resina utilizada en la fundición en coquillas es costosa, el molde debe ser mecanizado con precisión, el costo es alto y también hay un olor irritante al verter, lo que en cierta medida limita el uso generalizado de este método.

3. Fundición sólida

La fundición sólida consiste en utilizar muestras de moldes de espuma de poliestireno en lugar de muestras de moldes ordinarios, para hacer un buen modelo sin sacar las muestras del molde en el líquido metálico, el papel del líquido metálico, la quema, gasificación y desaparición de las muestras de plástico, reemplazando la posición ocupada por el molde de plástico original con el líquido metálico, enfriando y solidificando para obtener el método de fundición requerido.

La fundición de tipo sólido tiene las siguientes características.

(1) Debido al uso de un patrón de molde de espuma que se vaporiza al encontrarse con el líquido metálico, no es necesario iniciar el molde, no hay superficie de separación, no hay núcleo, y por lo tanto no hay rebabas voladoras.

(2) Los moldes de espuma pueden ser unidos y moldeados como un todo para fundiciones de formas variadas y complejas, reduciendo el tiempo de procesamiento y ensamblaje, disminuyendo los costos de fundición en un 10% a un 30%, y proporcionando plena libertad en el diseño estructural de la fundición.

(3) simplifica el proceso de producción de las fundiciones, acorta el ciclo de producción y aumenta la eficiencia del moldeo de 2 a 5 veces en comparación con la fundición en arena.

(4) la muestra de molde de fundición sólida solo puede usarse una vez, y la densidad de la espuma es pequeña y de baja resistencia, la muestra de molde es fácil de deformar, afectando la precisión del tamaño de la fundición, y el gas generado por la muestra de molde durante la fundición contamina el medio ambiente.

4. Fundición cerámica

La fundición cerámica es un proceso nuevo desarrollado sobre la base de la fundición en arena con inversión. La cerámica utiliza materiales refractarios de textura pura y alta estabilidad térmica para el modelado, con solución de hidrohidrolizado de silicato de etilo como aglutinante, bajo la acción de un catalizador, mediante procesos de vertido, pegado, inicio del molde, horneado y otros. Las fundiciones hechas con este método tienen alta precisión dimensional y acabado superficial, por lo que también se llama fundición de precisión cerámica.

(1) Modelado con manguito de arena: la primera capa de arena de vidrio de agua hecha con el manguito de arena. La fabricación del molde de casquillo de arena B y luego el molde de fundición A deben ser más grandes que el grosor de un material cerámico. El manguito de arena se fabrica de la misma manera que la fundición en arena.

(2) Vertido y pegado: el proceso consiste en fijar la muestra de molde de fundición de tipo metálico, que es el metal líquido vertido por gravedad en la base del molde, aplicar un agente desmoldeante, colocar el manguito de arena, y preparar un método de fundición. La fundición de tipo metálico se realiza con la pasta cerámica que se llena desde la boca de vertido en el manguito de arena, y después de unos minutos puede reutilizarse cientos o miles de veces. Una vez fabricados los materiales para el molde de metal, la pasta cerámica comienza a gelificar. La pasta cerámica está compuesta por materiales refractarios (por ejemplo, polvo de corindón, bauxita, etc.), aglutinantes (por ejemplo, hidrohidrolizado de silicato de etilo), etc.

(3) Inicio del molde y rociado de fuego: el vertido de la pasta dura entre 5 y 15 minutos, mientras la pasta aún tiene cierta elasticidad, puede sacarse la muestra del molde. Para acelerar el proceso de curado y mejorar la resistencia del molde, toda la cavidad debe rociarse con fuego abierto.

(4) Tostado y moldeo: calentar a 350-550°C y tostar durante 2-5 horas para eliminar la humedad residual y mejorar la resistencia del molde.

(5) Vertido: la temperatura de vertido puede ser ligeramente más alta para obtener un contorno claro de la fundición.

Características de la fundición de tipo cerámico.

(1) La capa superficial cerámica inicia el molde en un estado elástico, mientras que la capa superficial cerámica es resistente a altas temperaturas y tiene poca deformación, por lo que la precisión dimensional y la rugosidad superficial de las fundiciones son similares a las de la fundición en molde de inversión.

(2) El peso de las fundiciones cerámicas es casi ilimitado y puede variar desde unos pocos kilogramos hasta varias toneladas.

(3) En condiciones de producción de una sola pieza o en pequeños lotes, con baja inversión, ciclo de producción corto, en general, puede ser producido en fundiciones.

(4) No apto para la producción de grandes lotes, fundiciones de piezas ligeras o de formas complejas, el proceso de producción es difícil de mecanizar y automatizar.

5. Fundición de metal

El moldeado de metal es un método de verter metal líquido en un molde de metal bajo gravedad para obtener una pieza fundida. Las piezas fundidas están hechas de metal y pueden usarse cientos o miles de veces. El punto de fusión del material utilizado para hacer el molde de metal generalmente debe ser superior al punto de fusión de la aleación vertida, como el estaño, zinc, magnesio y otras aleaciones de bajo punto de fusión, disponibles en fundición de hierro gris para fabricar moldes de metal; vertiendo aluminio, cobre y otras aleaciones, es necesario usar moldes de hierro fundido o acero.

Características del moldeado de tipo metálico.

(1) Alta precisión dimensional, pequeña rugosidad superficial y pequeñas tolerancias de mecanizado.

(2) Grano fino de la pieza fundida, buenas propiedades mecánicas.

(3) Puede lograr una multi-fundición, mejorar la productividad laboral y ahorrar materiales de moldeado.

(4) Alto costo de fabricación del molde de metal, no apto para la producción de piezas grandes, de formas complejas y con paredes delgadas.

(5) Debido a la rápida tasa de enfriamiento, la superficie de las piezas de hierro fundido es propensa a producir boca blanca, dificultando el mecanizado.

(6) Limitado por el punto de fusión del material del molde, la aleación con alto punto de fusión no es adecuada para fundición con molde de metal. Se utiliza principalmente para la producción en masa de fundiciones de aleaciones de cobre, aluminio y otras, como pistones, bielas, culatas, etc. También se han desarrollado piezas de hierro fundido para moldeado metálico, pero su tamaño está limitado a 300 mm y el peso no excede los 8 kg, como la base de la plancha de la plancha eléctrica.

6. Fundición a presión

La fundición a presión es un método de fundición en el que el metal líquido o semilíquido se llena a alta velocidad bajo alta presión y se solidifica en una pieza fundida bajo presión, la presión utilizada es de 4 a 500 MPa, y la velocidad de llenado del metal es de 0.5 a 120 m/s. La máquina de fundición a presión utilizada se divide en dos tipos: máquina de fundición a presión en cámara caliente y máquina de fundición a presión en cámara fría. La máquina de fundición a presión en cámara caliente sumerge la cámara de presión en el metal líquido, y el pistón de inyección a presión en la posición más alta cuando el metal entra en la cámara de presión, el pistón baja, y el metal en la cámara de presión se presiona a través del cuello de la grapa en el molde y se solidifica rápidamente en forma. La máquina de fundición a presión en cámara fría tiene una cámara separada y un horno de retención. Durante la fundición, el metal líquido primero se vierte en la cámara y luego se presiona en el molde mediante el pistón de inyección. La máquina de fundición a presión en cámara caliente es adecuada para fundir aleaciones de plomo y zinc con bajos puntos de fusión, y también puede usarse para fundir aleaciones de magnesio. Las máquinas de fundición a presión en cámara fría son adecuadas para fundir aleaciones de aluminio, cobre o magnesio. Las fundiciones comunes con más porosidad no son fáciles de tratar térmicamente ni de soldar, lo que afecta su rendimiento, por lo que la mayoría de las producciones utilizan métodos especiales de fundición a presión, comúnmente fundición a vacío, fundición inflable y fundición densa de velocidad fina.

(1) Fundición a vacío: fundir el aire en el interior del molde previamente.

(2) Fundición inflable: primero en el molde se llena con oxígeno, de modo que el metal líquido y el oxígeno formen un óxido sólido, que se distribuye por toda la pieza fundida;

(3) Fundición densa de velocidad fina: el metal líquido llena el molde a baja velocidad, y después de que el metal llena el molde, se complementa con pequeños pistones para aplicar presión.

La fundición a presión permite fabricar piezas fundidas complejas, ahorrando material, energía y tiempo de mecanizado. El peso de una pieza fundida puede ser desde unos pocos gramos hasta varias decenas de kilogramos. El método de fundición a presión es adecuado para la producción en masa de piezas fundidas, con alta eficiencia productiva, y el proceso de producción es fácil de mecanizar y automatizar, siendo ampliamente utilizado en industrias como la automotriz, instrumentación, maquinaria agrícola, electrodomésticos, equipos médicos y fabricación.

7. Fundición continua

La fundición continua es un método que utiliza un cristalizador a través del cual se vierte continuamente metal líquido por un extremo y se extrae continuamente el material moldeado por el otro. El cristalizador generalmente está hecho de materiales con buena conductividad térmica y cierta resistencia, como cobre, hierro fundido, grafito, etc. El material moldeado se funde en secciones cuadradas, rectangulares, redondas, planas, tubulares o de varias formas.

Un diagrama esquemático de una fundición continua de lingotes horizontal, con el cristalizador en la parte inferior de la cuchara, por donde el acero se extrae continuamente en lingotes, con lingotes curados en superficie que se solidifican completamente mediante el enfriamiento secundario del agua de chorro debajo del cristalizador. Cuando el material del lingote se extrae hasta cierta longitud, se corta con un cortador en segmentos para su procesamiento posterior.

Las características de la fundición continua son.

(1) Es adecuado para la producción de fundiciones con formas de sección constante y grandes longitudes de aleaciones como hierro, acero, cobre, plomo y magnesio.

(2) La colada continua utilizando equipos y procesos son muy simples, alta eficiencia de producción y aprovechamiento del metal, utilizados en la línea de producción de laminación y también para un ahorro sustancial de energía.

8. Fundición a baja presión

En la fundición a baja presión, el metal líquido se presiona desde el crisol calentado hacia el molde a través del tubo de subida bajo cierta presión de aire, llenando la parte inferior sin la turbulencia que normalmente ocurre en la fundición por gravedad. Después de que la fundición se ha solidificado, se reduce la presión, permitiendo que el metal restante fluya de regreso al crisol.

El proceso de fundición a baja presión: se introduce lentamente aire comprimido seco en el horno de crisol; el metal líquido es presurizado por el gas, llenando la cavidad desde abajo hacia arriba a lo largo del sistema de subida y vertido; se abre el molde y se retira la fundición.

Características de la fundición a baja presión.

(1) La presión y la velocidad de vertido pueden ajustarse, por lo que puede aplicarse a diferentes tipos de fundición (por ejemplo, tipo de metal, tipo de arena, etc.), fundiendo varias aleaciones y diferentes tamaños de piezas fundidas.

(2) El metal líquido llena el molde de manera suave y sin salpicaduras, lo que puede evitar la participación de gases y el lavado de la pared del molde y del núcleo, mejorando la tasa de calidad de la fundición.

(3) Las piezas fundidas cristalizan bajo presión, con organización densa, contornos claros, superficies limpias y altas propiedades mecánicas, particularmente beneficioso para la fundición de piezas grandes y de paredes delgadas.

(4) Incremento en la tasa de aprovechamiento del metal del 90% al 98%.

(5) Baja intensidad laboral, buenas condiciones laborales, equipos simples, fácil de mecanizar y automatizar.

9. Fundición centrífuga

La fundición centrífuga es un método en el que el metal fundido se vierte en un molde giratorio para que el metal líquido llene el molde y se solidifique bajo la acción de la fuerza centrífuga. El metal líquido se inyecta en el molde en forma de tambor de alta velocidad y el metal denso se presiona contra la pared exterior, resultando en un tubo con una densidad uniforme de tejido de grano. El proceso se utiliza principalmente para la producción de tubos de hierro fundido, cilindros, revestimientos de cobre, cojinetes bimetálicos, lingotes sin costura de aceros especiales, tambores de máquinas de papel y otras piezas fundidas.

Características de la fundición centrífuga.

(1) El metal líquido puede formar una superficie hueca libre en el patrón de fundición, y las piezas fundidas huecas pueden fundirse sin núcleo, simplificando el proceso de producción de manguitos y tubos fundidos.

(2) Debido al papel de la fuerza centrífuga generada por el metal líquido al girar, la fundición centrífuga puede mejorar la capacidad del metal para llenar el molde, por lo que algunas aleaciones con movilidad pobre y piezas delgadas pueden producirse mediante este método.

(3) Debido a la acción de la fuerza centrífuga, también es fácil eliminar gases e inclusiones no metálicas del metal líquido, produciendo contracción, porosidad y otros defectos que son menos probables.

(4) Las inclusiones de gases, escoria y otras en el metal, debido a su menor densidad y concentración en la superficie interior de la pieza fundida, hacen que el tamaño del agujero interior no sea preciso, la calidad también sea pobre, y la fundición sea propensa a segregaciones de composición y densidad.