fundición

fundición , moldeo Gießen , Guss

(de metales)

(Metall)

 
 

Desambiguación

Introducción

Técnicas de fundición de semiproductos

  1. Colada continua (‘Stranggießen’)
  2. Colada de bandas (‘Bandgießen’)
  3. Colada en lingotera (‘Kokillengießen’)

Técnicas de fundición de piezas

  1. Moldeo en arena (‚Sandformgießen‘)
  2. Moldeo de precisión, moldeo a la cera perdida (Feingießverfahren, Wachsausschmelzverfahren)
  3. Moldeo en cáscara (Maskenformverfahren)
  4. Moldeo a la espuma perdida (‘Lost-foam-Gießverfahren‘)
  5. Moldeo en coquilla (Kokillengießverfahren’)
  6. Moldeo a presión (‘Druckgießverfahren’)
  7. Moldeo por centrifugación (‘Schleudergießen’)
  8. Direct Croning
  9. Direct Forming
  10. Formación de machos
  11. Bibliografía consultada

​►Conceptos relacionados


Desambiguación

El término esp. ‘fundición’, en tanto que proceso, se corresponde perfectamente con el al. ‘Gießen’. En español, sin embargo, se emplean también otros dos términos —‘colada’ y ‘moldeo’—  para designar esta acción: ‘fundición en arena’, ‘colada en arena’ y ‘moldeo en arena’ —expresiones que se utilizan tanto en la práctica como en la teoría—, por ejemplo, significan lo mismo.

La literatura consultada y la práctica observada permiten señalar, no obstante, que el término ‘fundición’ actúa más bien como genérico, mientras que ‘colada’ se utiliza preferentemente para los procesos de las acerías  —colada continua, colada en lingotera—, y ‘moldeo’, para el de las fundiciones (‘moldeo en arena’, ‘moldeo en coquilla’, etc.), que utilizan ‘moldes’ (‘Form’) para fabricar las piezas. En alemán, también se emplea para esta última acepción un derivado de ‘Form’ (‘Formen’), especialmente  en las variantes ‘Handformen’ y ‘Maschinenformen’ (véase más abajo). Como se indica con frecuencia en este diccionario, las fronteras entre los términos, especialmente en español, no siempre están perfectamente delimitadas, por lo que no es infrecuente encontrar ejemplos de procesos, como el que se apunta más arriba, que se designan con cualquiera de los tres términos.


Introducción

La ‘fundición’ es la técnica que permite conformar un objeto a partir de un material fundido colándolo (‘abgießen’) en un molde para darle una forma determinada. Los productos obtenidos por fundición son de muy diversa naturaleza ya que se trata de una técnica que se aplica en campos tan dispares como la tecnología o el arte.

Los procesos de fundición de metales tienen lugar en las ‘acererías’ (‘Stahlwerke’) y en las ‘fundiciones’ (‘Giessereien’). En las acererías se realiza la fundición de semiproductos (‘Formatgießen’) de acero, y en las fundiciones, la fundición de piezas (‘Formgießen’)1 de diversos metales.


Técnicas de fundición de semiproductos

colada continua

En las acererías, el caldo (‘Schmelze’) de acero que se obtiene tras diversos procesos (=> véase ‘metalurgia primaria’ y ‘metalurgia secundaria’) se transforma en semiproductos mediante tres procesos: colada continua, colada de bandas y colada en lingotera.

 

Colada continua (‘Stranggießen’)

La colada continua puede producir diferentes tipos de desbastes o preformas con los cuales se formarán los semiproductos.

Por colada continua en lingotera (es decir, con un molde a la salida del caldo que se precipita por la buza u orificio de salida del ‘tundish’) se obtienen:

  • desbastes planos o planchones (‘Bramme’) –con los que se formarán posteriormente bandas o flejes y chapa-,
  • desbastes cuadrados, redondos o rectangulares que, según la dimensión, se denominan palanquillas (‘Knüppel’) o palancones (‘Vorblock’) –con los que se fabrican todo tipo de productos largos: barras, alambrón, perfiles, tubos…_.
  • desbastes en perfil (Vorprofile), para fabricar vigas y raíles.

 

Colada continua de bandas (‘Bandgießen’)

Por colada continua de bandas, por su parte, se obtienen:

Colada en lingotera

 

Colada en lingotera (‘Blockguss’)

Por colada (no continua) en lingotera se obtienen lingotes (‘Barre’ o ‘Gussblock’) — que se moldean posteriormente en trenes de laminación o en prensas para formar planchones, pletinas, palanquillas o palancones— o directamente piezas de fundición.

 

Sobre los pasos de conformación de cada semiproducto, consúltese la entrada correspondiente.

 


Técnicas de fundición de piezas

La fundición de metales en moldes (‘Formgießen’) es una técnica milenaria que se utiliza para fabricar piezas de geometría compleja con distintos metales. La elección de fabricar una pieza con esta técnica y no con otra se debe, por una parte, a su viabilidad (hacerla, por ejemplo, con procesos de arranque de viruta o de forjado o fabricando sus partes individualmente para luego ensamblarlas encarecería el producto) y, por otra, a la gran precisión que ofrece reproduciendo piezas de geometría compleja en grandes cantidades. Otra ventaja adicional es que los materiales que se emplean son reciclables al 100%. 

Los productos que se realizan por fundición son el resultado de colar (‘abgießen’) el material fundido o caldo (‘Schmelze’) en un molde (‘Form’). El molde es una reproducción exacta en negativo de la pieza final que se quiere obtener. Para fabricar el molde se necesita un modelo (‘Modell’), o sea, una reproducción idéntica en positivo de la pieza.

El molde o el modelo que se utilizan para reproducir la pieza pueden tener un único uso (es decir, pueden utilizarse una sola vez) o servir para colar o reproducir múltiples réplicas. Atendiendo a esta característica, se diferencia entre moldes o modelos permanentes (‘Dauerform’ o ‘Dauermodell’, respectivamente) y moldes o modelos perdidos (‘verlorene Form’ o ‘verlorenes Modell’). El moldeo en arena, por ejemplo, trabaja con modelos permanentes pero con moldes perdidos, el moldeo a la cera, con moldes y modelos perdidos y el moldeo a presión o el moldeo con coquilla, con moldes permanentes.

Las técnicas de fundición que utilizan moldes también pueden clasificarse en función de la forma en que se llene el molde con el material fundido. Se habla, así, de fundición por gravedad (‘Schwerkraftgießen’), (p. ej., el moldeo en arena, a la cera o con coquilla), fundición a baja presión (‘Niederdruckgießen’), fundición por movimiento del molde (moldeo por centrifugación) o fundición por movimiento del material fundido (moldeo por inyección).

Relacionamos y describimos a continuación las diferentes técnicas que usan moldes para fundir (o moldear) piezas.

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Moldeo en arena (‚Sandformgießen‘)

Técnica que utiliza arena para formar el molde. Existen diversas variantes de esta técnica. Según la composición de la arena  se distingue entre ‘moldeo en verde’ y ‘moldeo químico’; según la técnica para fabricar el molde, entre ‘moldeo manual’ (‘Handformen’) y ‘moldeo mecánico’ (‘maschinelles Formen’).

moldeo en arena

Moldeo en verde (‘Grünsandverfahren’)

Esta técnica utiliza arena verde (‘Grünsand’)2, una mezcla de arena de sílice, arcilla (bentonita) y agua, para formar el molde.

Moldeo químico (‘Kaltharzverfahren’)

La arena de este proceso se mezcla con aglomerantes orgánicos o inorgánicos y catalizadores que reaccionan y fraguan al contactar con el molde.

Moldeo manual (‚Handformen‘)

Como su nombre indica, en este proceso el molde y el resto de operaciones se realizan manualmente. Para ello se utilizan los planos de la pieza que facilita el cliente para confeccionar en primer lugar el modelo con unas dimensiones que respeten la posterior contracción del material (‘Schwindmaß’), ya que el material fundido se ‘encoge’ en la pieza al pasar de la temperatura de colada a la temperatura ambiente. El modelo debe también incluir los machos (‘Kern’), los elementos destinados a formar los huecos de la pieza, y sus correspondientes asentamientos (‘Kernlage’ o ‘Kernmarke’) en el molde. También incluirá el (o los) bebedero(s) (‘Anguss’) y la(s) mazarota(s) (‘Speiser’), donde se alojará el caldo de reserva necesario cuando se produzca la contracción (‘Schwindung’). Los modelos, que suelen hacerse de plástico o de madera, se dividen en dos mitades idénticas para facilitar su posterior extracción.

Una vez realizado el modelo se confecciona el molde en la arena (‘Sandform’). Para ello se utiliza una caja (‘Formkasten’) para cada mitad del modelo y se deposita en ella la parte del modelo y sus correspondientes elementos (bebedero, mazarota, macho, etc.). Una vez hecho esto, se cubren con arena (‘Grünsand’) mezclada con un aglutinante y se compacta. El mismo proceso se realiza con la otra mitad. Finalmente, el modelo se retira de ambas para dejar libre el molde con la forma negativa de la pieza. Antes de reunir las dos mitades se incorpora el o los machos que formarán los huecos de la pieza. El molde queda así listo para proceder a la colada de la pieza.

Tras la colada y la solidificación del fundido, se retira la ‘arena de moldeo’ (‘Formsand’), se extrae la pieza y se recortan bebederos y mazarotas. La pieza pasa entonces a la fase de acabado.

Moldeo mecánico (‘Maschinenformen’)

Para realizar series grandes, todos los procesos anteriores (preparación de la arena, colocación del molde en la caja, llenado y compactación con la arena, retiración del modelo, incorporación del macho y demás elementos auxiliares, reunión de las dos mitades del molde, colada, solidificación, vaciado de la arena y extracción de la pieza) pueden realizarse de forma automatizada en trenes de moldeo (‘Formanlage’). 

 

moldeo a la cera perdida

Moldeo de precisión, moldeo a la cera perdida ('Feingießverfahren', 'Wachsausschmelzverfahren')

La extracción de la pieza del molde que exige el moldeo de arena en verde limita el uso de esta técnica cuando deben fabricarse piezas de gran precisión y complejidad. Para este tipo de piezas se utiliza el moldeo a la cera perdida, una técnica que no exige abrir el molde una vez realizada la colada.

Los moldes de fundición de estas piezas se realizan en cerámica a partir de modelos que se confeccionan a base de cera. Para elaborar los modelos, la cera se inyecta en un molde de metal que representa el negativo de la pieza. Una vez solidificado el modelo de cera, este se extrae. El proceso se repite varias veces hasta obtener una cantidad determinada de modelos de cera que se montan conjuntamente formando lo que se denomina un ‘árbol o racimo de modelos’ (‘Modelltraube’) de cera que se utilizará para confeccionar el molde de fundición.

Para formar el molde, el ‘árbol’ se sumerge en una suspensión que lo recubre con partículas de cerámica y se le aplica arena hasta formar una capa o cáscara exterior en el ‘árbol’. Seguidamente se elimina la cera introduciendo primero el árbol en un autoclave de vapor y después en un horno para que la cera se funda antes de que la cáscara se caliente y resquebraje.

El último proceso consiste en el llenado o colada de los moldes.

 

Moldeo en cáscara ('Maskenformverfahren')

moldeo en cáscara

El ingeniero alemán Johannes Carl Adolf Croning patentó en 1944 una nueva técnica de fundición que revolucionó los tradicionales métodos basados hasta ese momento en el empleo de moldes compactos en cajas.  Su proceso consistía en fabricar moldes delgados y machos huecos utilizando arena, resina sintética de aglutinante y un agente endurecedor seco. Con estos elementos, y mediante la aplicación de calor, creaba una ‘piel del modelo’ (‘Formhaut’) con una superficie lisa que proporcionaba un acabado más perfecto de las piezas y una mayor precisión dimensional (‘Maßhaltigkeit’). Esta ‘piel’ era, además de económica, también reutilizable. El proceso se denominó ‘moldeo en cáscara’ o ‘moldeo con máscara’ y también es conocido por el nombre de su descubridor: ‘método Croning’ (‘Maskenformverfahren’ o ‘Croning-Verfahren’)).

El método con máscara se basa en la utilización de una resina sintética (Novolak) y de hexametilenteramina (‘Hexamethylenteramin’) como aglomerante y endurecedor. Mezclados con la arena y aplicándoles calor, este producto se solidifica y forma la capa (máscara o cáscara) rígida que conformará el molde.

Esta técnica se denominó en Alemania al principio ‘proceso C’ (‘C-Verfahren’). También se conocía como 'Croning-Verfahren' ('proceso Croning‘), 'Schalenformverfahren' ('proceso en molde de cáscara‘), 'Formschalenverfahren' ('proceso en cáscara de molde'), 'Formmasken-verfahren' (‘proceso en molde de máscara’). La denominación oficial actual es 'Maskenformverfahren' (‘proceso en molde de máscara’). En los países de habla inglesa, los nombre utilizados fueron al principio 'C- Process', 'Croning- Process' y, posteriormente, 'Shell- Process', 'Shell-Molding' y 'Shell Molding Process'.

Otra de las novedades que introdujo este proceso fue el aglomerante utilizado para ligar la arena del molde, ya que hasta entonces se había utilizado para la arena del molde arcilla y para el macho, aceite.

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fundición a la espuma perdida

Moldeo a la espuma perdida, moldeo ‘lost-foam’ (‘Lost-foam-Gießverfahren‘),

Se trata de una variante del moldeo en arena con molde perdido. El molde se fabrica en poliestireno expandido (EPS), se le aplica un recubrimiento cerámico (‘keramische Schlichte’) y se recubre con arena de moldeo sin añadirle aglutinante alguno. Al colar el material, el poliestireno se gasifica por efecto del calor y se forma la pieza. El proceso puede realizarse, de forma análoga al moldeo a la cera perdida, reuniendo varios modelos en un ‘árbol’ y colándolos de forma simultánea recubriéndolos previamente con una capa cerámica.

La técnica del ‘lost-foam’ (literalmente, ‘espuma perdida’) se introdujo en los años 50 del siglo pasado en EEUU. Hasta los años 80 se utilizó para construir piezas únicas de gran tamaño en fosas de fundición (‘Gießgrube’). Esta modalidad — la fundición de piezas de grandes dimensiones con modelos de poliestireno expandido— recibe en alemán el nombre de ‘Vollformgießen’ (‘fundición en moldes enteros’), en contraposición con los moldes de dos piezas habituales de la época que se empleaban para fundir piezas. La técnica de ‘fundición en moldes enteros’ ha ido evolucionando con los años hasta convertirse en la técnica ‘lost-foam’ actual. 

 

Fundición en coquilla (Kokillengießverfahren’)

Técnica de fundición que realiza el llenado de la forma en un molde permanente metálico (coquilla). La fundición puede hacerse por gravedad (’Schwerkraftkokillengießverfahen’) o a baja presión (‘Niederdruckkokillengießverfahen’).

En la primera, la colada llena el molde por la parte superior por efecto de la gravedad. En la segunda, la colada sube a la coquilla por un tubo ascendente impulsada por una sobrepresión que se aplica en la parte superior de la cuchara o del horno de la colada situado debajo de la coquilla. La presión se mantiene mientras permanece cerrada la coquilla y hasta que no se solidifica la pieza. Cuando esto sucede, la coquilla se abre, la presión desaparece, la pieza se retira y el material fundido retorna a la cuchara.

 

fundición a presión

Fundición a presión (‘Druckgießverfahren’)

Técnica similar a la de la fundición en coquilla pero que se diferencia de esta por el método con que se introduce la colada, que se inyecta en el molde y, por tanto, se hace a gran velocidad. La cantidad de material fundido que debe introducirse en el molde se dosifica exactamente y se introduce en el interior del molde por efecto de un émbolo.

Existen dos variantes para realizar la fundición a presión: a cámara fría (‘Kaltkammerdruckgießverfahren’) o a cámara caliente (‘Warmkammerdruckgießverfahren’). La diferencia entre ellas sólo reside en el modo de alimentar la colada, no en el método de inyección. En la cámara fría, la colada se encuentra en un horno separado y es conducida hacia la máquina en el momento de realizar la inyección. Este proceso es necesario con determinadas aleaciones que se aplican a temperaturas muy altas ya que, de mantenerse en el interior de la máquina, podrían provocar grandes desgastes en el material. En la cámara caliente, por el contrario, el depósito de la colada está integrado en el interior de la máquina.

 

 

Moldeo por centrifugación (‘Schleudergießen’)

Esta técnica se utiliza para fabricar piezas de sección redonda, como tubos, casquillos o similares. Para ello se utiliza una coquilla giratoria e inclinada. En el interior de la misma se vierte la colada y esta, por efecto de la centrifugación, va aplicándose en las paredes interiores de la coquilla que, mediante una refrigeración controlada, provoca una rápida solidificación del material.

 

Direct Croning®

El Direct Croning es una evolución creada en 1994 por un ingeniero alemán llamado Florian Wendt del proceso de moldeo en cáscara. Este ingeniero detectó que determinados procesos del Rapid Prototyping de los años 80 podían trasladarse al proceso de endurecimiento del material utilizado para moldear la máscara. La técnica del Direct Croning que patentó utiliza el sinterizado selectivo por láser —un proceso de confección aditivo que forma la pieza por capas mediante un láser que sinteriza la sección correspondiente de la pieza utilizando datos en 3D— para fabricar la máscara directamente a partir de los datos CAD, esta nueva técnica consigue crear máscaras directamente.

 

Direct Forming

Las exigencias de la industria han obligado a introducir técnicas capaces de fabricar moldes a mayor velocidad y con menos gastos. Una de ellas es el ‘Direct Forming’ o ‘Direkt-Formstofffräsen’ (‘moldeado directo del molde’, ‘fresado directo del molde’), una técnica que se sirve de los datos en 3D de una pieza para realizar directamente el molde a partir de los mismos sin necesidad de confeccionar un modelo. Para construir el molde se emplea una fresadora CNC que se sirve de los datos en 3D para fresar el molde, los machos o los componentes necesarios a partir de un bloque de material.

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Formación de machos

La precisión y complejidad que reúnen los machos (‘Kern’) requiere que su fabricación sea asumida por empresas o talleres especializados: las denominadas ‘macherías’ (‘Kernformerei’).

Al igual que el molde, el macho también puede ser perdido (‘verlorener Kern’) o permanente (‘Dauerkern’)3 y se fabrica a partir de un modelo (‘Kernseele’) en arena, el primero, y de metal, el segundo.

Los machos se fabrican con arena de cuarzo, resinas aglutinantes y endurecedores en recipientes denominados ‘cajas de machos’ (‘Kernkasten’). La diferencia entre la caja fría o la caja caliente depende de si el macho se solidifica en una caja que no utiliza calor para ello (caja fría) o sí lo utiliza (caja caliente, que se calienta a gas o eléctricamente). El método más utilizado es el de ‘caja fría’.

Estos procesos tienen lugar en máquinas que se llaman ‘disparadores’ (‘Kernschießmaschine’), nombre que reciben por el método que utilizan para introducir la arena en el interior de la caja de machos: ‘disparándola’ mediante aire comprimido. Para acelerar el proceso de solidificación, el macho se gasifica (caja fría) o se utiliza una caja calefactada eléctricamente o a gas (caja caliente).

Existen varios métodos en la actualidad para fabricar los machos. Antiguamente, los machos huecos se realizaban con el método de soplado hasta que en los años 50 apareció el método de ‘disparo’ (Kernschießverfarhen’). Este método se fue combinando con el ‘método de máscara’, que también se utilizaba para realizar moldes.

En 1963 apareció en Francia el método de caja caliente ('Hot-Box-Verfahren') para fabricar machos (‘Hot-Box-Kernfertigung’) y reemplazó a la fabricación de machos con el método de máscara (‘Maskenkernfertigung’) usual hasta esos años. En 1968 se presentó en EEUU el método de caja fría (‘Cold-Box-Verfahren’). A diferencia de la caja caliente, la caja fría trabaja sin calor. La alta relación calidad-productividad que ofrece esta técnica la ha convertido en el método predominante del mercado para la elaboración de machos. La caja caliente —de la que existe también una variante de ‘caja templada’ (‘Warm-Box’)— se emplea para fabricar machos de muy alta calidad.

Cabe mencionar, finalmente, la aparición en los últimos tiempos de aglutinantes más respetuosos con el medio ambiente — p. ej., Cordis, un aglutinante inorgánico, y  Pentex®, a base de isocianato de poliuretano— y acordes con las nuevas exigencias medioambientales .

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1.  La palabra ‘Form’ significa ‘molde’, el término ‘Formgießen’ puede traducirse también como ‘fundición en molde’. Utilizamos aquí la correspondencia ‘fundición en piezas’ porque, de hecho, la ‘fundición de semiproductos (‘Formatgießen’) también utiliza moldes. 

2 El nombre de 'moldeo en arena verde' se debe a una incorrecta traducción del ‘Grünsand’ (‘grün’ y ‘Sand’ (‘arena’)) alemán, ya que, cuando empezó a emplearse en la Edad Media, el significado que se atribuía a ‘grün’ era el de ‘humedo’ (y no ‘verde’, como lo que también significa). Por este motivo se denominarse ‘Nassgussverfahren’ (‘fundición en húmedo’) en alemán.

3. Los machos permanentes que se utilizan en moldes permanentes reciben en alemán el nombre de ‘Schieber’.


Bibliografía consultada

  • Industrielle Fertigung, Europa-Lehrmittel
  • Werkstofftechnik Maschinenbau, Europa-Lehrmittel
  • Grundlagen der Gießereitechnik – Verein Deutscher Giessereifachleute e.V. VDG
  • Das Maskenformverfahren: Eine deutsche Innovation zur Gussherstellung seit 60 Jahren, de Ulrich Recknagel, Hüttenes-Albertus Düsseldorf.
  • Das „Croning“-Maskenaufformguss-Verfahren, Giesserei Chur Ag
  • Arenas de Moldeo en fundiciones férreas  - Departamento de ordenación del territorio, vivienda y medio ambiente del Gobierno Vasco
  • Tecnología de los metales, Editorial Reverté
  • Página web del ‘Lost Foam Council e.V.’

Versión: febrero de 2015 —  Bibuch SL® - Todos los derechos reservados.

 

Comentarios

  • Andere Bezeichnungen: Gießverfahren

 
 

Conceptos relacionados

variantes:
_según el material
fundición de acero, fundición de aluminio, fundición de bronce, fundición de hierro, fundición de latón
en una acerería
colada de bandas, fundición en colada continua, fundición en lingotera
en una fundición
fundición a presión, moldeo a la cera perdida, moldeo por centrifugación
según el objeto
fundición de piezas, fundición de semiproductos
según el molde
fundición a molde perdido, fundición con molde permanente
aparatos:
lanza de medición, pirómetro, termómetro magnético
equipamientos_
acerería, fundición, horno alto
Material_
acero, aluminio, bronce, fundido, hierro, latón
productos
banda, desbaste cuadrado, palanquilla, pieza colada, planchón
acciones:
colada, colar, moldeo