Fundición a la cera perdida: proceso, beneficios y aplicaciones

La fundición a la cera perdida es uno de los procesos de fundición más utilizados en la industria. Los fabricantes suelen utilizarla por sus numerosas ventajas, como la alta precisión dimensional, la suavidad de las superficies, la capacidad de manejar diseños complejos y una producción rápida.

En este artículo, le explicaremos todo lo que necesita saber sobre la fundición a la cera perdida. Describiremos brevemente su historia y explicaremos el proceso en detalle, analizando sus usos, propiedades de los materiales, ventajas y desventajas.

¿Qué es la fundición de inversión?

La fundición a la cera perdida, también conocida como fundición a la cera perdida, consiste en utilizar un material similar a la cera para producir un modelo consumible y, posteriormente, crear una copia exacta del mismo. El proceso utiliza moldes cerámicos con excelentes propiedades térmicas. Como resultado, es posible producir piezas prácticamente en su forma original con una excelente calidad superficial.

Sus múltiples ventajas y adaptabilidad lo convierten en un fuerte competidor de otros métodos de fundición como fundición en arena y fundición a presiónPor ahora, sigamos aprendiendo sobre la fundición de precisión.

Historia de Iinversión doastuto

Se han empleado métodos similares para fabricar objetos durante más de 5000 años. Se utilizaban modelos de cera de abeja pura para fundir metales blandos como el oro y el cobre. Los arqueólogos han descubierto joyas, ídolos y obras de arte de esa época, fascinantes de contemplar.

A medida que se profundizaba el conocimiento sobre el procesamiento de metales, se comenzó a experimentar con nuevas técnicas de fundición. Esta técnica se perfeccionó aún más a finales del siglo XIX, cuando se utilizó para fabricar aparatos dentales.

La Segunda Guerra Mundial popularizó el proceso. El ejército necesitaba una forma de producir piezas resistentes, precisas y reutilizables. Como resultado, el proceso que hoy se conoce como fundición de precisión comenzó a mejorarse.

¿Cómo funciona la fundición de inversión?

A lo largo de los años, los fabricantes se han esforzado por perfeccionar el proceso de fundición a la cera perdida para producir las mejores piezas fundidas. En esta sección, analizaremos con más detalle los seis pasos.

Creando el modelo maestro

Un modelo de cera es una réplica exacta de la geometría del producto terminado. El "modelo maestro" es el estándar que puede utilizarse repetidamente para la fundición. La cera, la madera, el metal y la silicona son los materiales más comunes para crear el molde del modelo maestro. El material utilizado depende de la vida útil del modelo y de la complejidad del diseño. Además, el grado de expansión o contracción del material al calentarse o enfriarse, y la calidad de la superficie también son factores a considerar. En cada ciclo de fundición, el operador crea un modelo de cera basado en el diseño maestro.

Hoy en día, los ingenieros utilizan métodos de vanguardia como la impresión 3D o el proceso de fundición a la cera perdida para crear modelos. En el pasado, proceso de fundición a presión Se utilizaba a menudo para crear modelos de cera. Hoy en día, la impresión 3D es una nueva tecnología que está ganando popularidad rápidamente. A los ingenieros les gusta la impresión 3D FDM porque es económica y bastante precisa.

Montaje del modelo de cera

El siguiente paso es ensamblar todos los modelos creados en el paso anterior en un molde de fundición a la cera perdida. El modelo ensamblado parece un árbol, de ahí el nombre "árbol".

El operador ensambla el modelo mediante una red de compuertas, canales y elevadores. Esta red de compuertas permite que el metal líquido fluya fácilmente a todas las partes del molde.

Este proceso de ensamblaje puede realizarse de forma manual o automática. Los fabricantes pueden optar por el ensamblaje manual cuando las cantidades de producción son bajas o cuando cada pieza fundida tiene una forma única. Por otro lado, si el proceso de fundición se va a repetir, conviene adquirir una celda de producción automatizada.

Aplicación del material refractario (impregnación)

A continuación, el operador aplica una capa de material refractario al molde para lograr las propiedades deseadas. El proceso de recubrimiento consta de varios pasos de impregnación. Gira lentamente el árbol y lo sumerge repetidamente en una mezcla de lechada cerámica y yeso de arena. La arcilla ayuda al molde a soportar altas temperaturas, mientras que el yeso lo fortalece.

A medida que avanza el proceso de inmersión, la capa de cerámica que rodea el modelo de cera se vuelve cada vez más gruesa. Tenga especial cuidado al terminar la primera capa inicial (también llamada núcleo maestro). Esto tiene un impacto significativo en la calidad y la forma de la pieza.

Este proceso se repite hasta que la carcasa alcance el grosor adecuado. En la mayoría de los casos, el grosor de la carcasa oscila entre 9,5 mm y 12,7 mm. Esto depende del material de fundición, el tamaño y el peso. Si la pieza es pesada y el metal tiene un punto de fusión alto, la carcasa debe ser lo suficientemente gruesa como para soportar las altas temperaturas y presiones.

Desparafinado

En el proceso de desparafinado, la cera se retira de la corteza de arcilla mediante fusión. Para calentarla y fundirla, las fábricas suelen utilizar un autoclave de vapor o un horno de fusión rápida.

El operador baja el molde para que la cera fundida fluya fácilmente. El molde se calienta en el autoclave durante 12 horas a temperaturas de entre 90 °C y 175 °C, y la mayor parte de la cera fluye. Posteriormente, el molde se hornea a temperaturas más altas (hasta 1000 °C) durante varias horas para eliminar cualquier resto de cera y agua.

Este es un paso muy importante en el proceso de fundición, ya que la carcasa del molde puede presentar defectos a altas temperaturas. Los ingenieros generalmente intentan evitar las grietas. Por lo tanto, en las plantas de fundición a la cera perdida, el molde suele desparafinarse con métodos que no lo dañan.

Además, el tratamiento térmico del material refractario es una ventaja adicional de este proceso. La carcasa se volverá más resistente y, por lo tanto, menos propensa a reaccionar con el metal fundido.

Precalentamiento y vertido

A partir de este punto, comienza el proceso de fundición a la cera perdida. El molde se precalienta para que no reaccione demasiado rápido al entrar en contacto con el metal líquido caliente.

El metal líquido se vierte en el molde de forma controlada, ya sea por un operador o mediante una máquina. Es importante mantener una velocidad de llenado constante. Esto evita defectos de fundición causados por turbulencias. Además, si el metal fundido tiende a reaccionar con el aire, es necesario asegurarse de que no haya aire alrededor del molde. Una vez completado el llenado, el metal se solidifica y se enfría dentro del molde.

Posprocesamiento

Una vez solidificado el metal, el molde se rompe mediante un golpe de martillo o un chorro de agua. Tras extraer la pieza del molde, se somete a una serie de etapas de semiacabado.

Una tarea es cerrar el sistema de vertido, ya que no forma parte del producto. Las superficies rugosas, los bordes afilados y otros defectos también pueden eliminarse mediante pulido o arenado. Fresado CNC El mecanizado y el taladrado son dos procesos que también permiten mecanizar agujeros y superficies. Además, las piezas pueden someterse a diversos tratamientos superficiales para lograr el acabado deseado.

Tras el posprocesamiento, las piezas se someten a una inspección de calidad. El equipo de inspección utiliza métodos como pruebas de penetración para detectar defectos como grietas y agujeros. También verifica otros factores de calidad como la resistencia, la dureza, la geometría y los límites dimensionales.

Diferentes tipos de materiales de fundición de inversión

Una de las grandes ventajas de la fundición a la cera perdida es que se puede utilizar con una amplia gama de materiales, incluyendo metales ferrosos y no ferrosos. Esto significa que las piezas finales pueden tener diferentes propiedades mecánicas.

• AceroEl acero dulce, el acero con alto contenido de carbono y otras aleaciones especiales son ideales para la fundición de precisión. Las piezas de acero fabricadas mediante fundición de precisión se utilizan en diversos sectores, como la construcción naval, la aeronáutica y el sector militar.
• Acero inoxidableEl acero inoxidable es fuerte, resistente a la oxidación y tiene una superficie lisa y brillante. Las carcasas de bombas, las piezas de válvulas, los engranajes y los bujes son piezas comunes.
• Aluminio AlloysEstos metales son ligeros, fuertes y resistentes a la oxidación. Las piezas de aleación de aluminio se utilizan principalmente en aeronaves y automóviles.
• Níquel AlloysLas aleaciones de níquel son muy resistentes, no se oxidan y se mantienen estables a altas temperaturas. Las piezas fundidas de estos metales se utilizan en entornos oxidantes de alta temperatura y pueden soportar altos niveles de tensión.
• Cobalto AlloysEstas aleaciones son muy resistentes y no se desgastan, oxidan, reaccionan químicamente, se sobrecalientan ni se enfrían. Esta aleación de alto rendimiento se utiliza, por ejemplo, en maquinaria pesada, medicina y procesamiento de alimentos.
• Elenco IronEl hierro fundido es extremadamente duradero y resistente. Se utiliza para fabricar piezas eléctricas, accesorios de tubería, engranajes de herramientas, etc.
• Cobre AlloysLas aleaciones de cobre, como el bronce y el latón, tienen una apariencia atractiva, una resistencia a la tracción moderada y son buenos conductores del calor. Por lo tanto, estos metales se utilizan para piezas de plomería, radiadores, intercambiadores de calor y otros componentes.

Cómo terminar piezas de fundición de inversión

Tras el desparafinado, la superficie de una pieza de fundición a la cera perdida presenta cierta rugosidad. Esto se debe a las marcas que deja el núcleo principal del molde de arcilla. La rugosidad superficial de estas piezas suele ser de 125 Ra, pero puede haber diferencias según el material y la calidad del molde.

Por lo tanto, existen numerosos tratamientos superficiales para lograr la superficie lisa deseada. Algunos procesos logran una superficie lisa eliminando material. Otros métodos implican pintar la superficie para alisarla y ocultar la rugosidad bajo una capa de pintura.

El tipo de tratamiento superficial se elige en función de factores como la apariencia deseada, las tolerancias dimensionales y las cualidades mecánicas. Existen diferentes métodos de tratamiento superficial:

• Anodizado
• Pulido
• Cuadro
• Recubrimiento en polvo
• Pasivación

Usos de la fundición de precisión

El proceso de fundición a la cera perdida se puede utilizar en diversas áreas. A continuación, se presentan algunas aplicaciones comunes:

• Industria energéticaEste proceso de fabricación es muy útil en la industria energética. Las palas de los aerogeneradores son muy grandes y pesadas, y deben ser muy resistentes y tener una superficie lisa. Una ventaja del proceso de fundición a la cera perdida es que posee todas estas propiedades.
• Construcción navalEn la construcción naval, las piezas metálicas suelen fabricarse mediante fundición de precisión. Se utilizan aleaciones especiales para fabricar placas metálicas resistentes. Estas placas no se oxidan y pueden utilizarse en barcos y submarinos. Este proceso es adecuado para esta industria gracias a su compatibilidad con numerosas aleaciones metálicas.
• Aeroespacial: Debido a su capacidad para manejar formas complejas y alta resistencia, este proceso puede utilizarse para fabricar piezas importantes de motores y fuselajes de aeronaves.
• Industria médicaEste método es útil en el campo médico, ya que permite fabricar piezas pequeñas con un mejor acabado superficial. Por ejemplo, algunos usos comunes son prótesis, implantes y herramientas quirúrgicas.
• Industria automotrizLa fundición de precisión permite fabricar piezas de alto rendimiento para la industria automotriz, como piezas de sistemas de transmisión, balancines y componentes del sistema de propulsión.

Ventajas y desventajas de la fundición de precisión

Al igual que otros procesos de fundición, la fundición a la cera perdida presenta ventajas y desventajas. Para elegir el método de fundición con conocimiento de causa, es importante conocer ambas. A continuación, las analizaremos con más detalle.

Ventajas

El El proceso de fundición de inversión tiene muchas ventajas, razón por la cual estas piezas fundidas son tan populares.

• Compatibilidad con geometrías complejasPuede manejar geometrías complejas, como características internas, curvas pronunciadas, paredes delgadas y canales poco profundos. Todo esto se puede fabricar como una sola pieza, por lo que no es necesario ensamblar piezas fabricadas por separado, algo que sí se haría con otros métodos de fundición.
• Acabado superficial finoEste proceso de fundición puede proporcionar un acabado superficial de hasta 3 micras. En comparación con la fundición en arena, la fundición a la cera perdida produce resultados aún mejores. Además, las piezas de fundición a la cera perdida no presentan líneas de separación, lo que les confiere un aspecto más atractivo.
• Piezas grandesEste método es adecuado para piezas de diferentes tamaños. Puede manipular piezas con pesos desde 100 gramos hasta una tonelada. Además, permite fabricar álabes de turbina de gran tamaño, así como pequeñas herramientas médicas.
• Excelente precisión dimensionalLa fundición a la cera perdida es un proceso de fundición prácticamente de forma final, con tolerancias de acabado extremadamente bajas. Las piezas tienen una sorprendente tolerancia dimensional de +/- 0,075 mm tras el acabado.
• Amplia gama de materialesEl proceso es muy flexible y se puede utilizar con una amplia gama de materiales. Es adecuado y preciso para materiales como acero, aleaciones de níquel y aleaciones de aluminio.

Desventajas

Por otro lado, el proceso de fundición a la cera perdida también presenta algunas desventajas. Cualquier persona involucrada en este proceso debe ser consciente de ellas.

• Altos costos de herramientas y equiposLos moldes, matrices y máquinas iniciales (hornos, máquinas de recubrimiento cerámico) son muy costosos. Por lo tanto, este proceso no es adecuado para la producción de lotes pequeños. Sin embargo, si el coste no es su principal preocupación, puede ser adecuado para la producción de lotes pequeños. Por ejemplo, la fabricación de palas de aerogeneradores.
• Un proceso altamente técnicoComo ya se mencionó, el proceso consta de varios pasos. Cada paso requiere habilidades y conocimientos diferentes. Cualquier parte del proceso es propensa a errores. Esto puede resultar muy costoso para una empresa. Si se desea utilizar este proceso de casting, encontrar a las personas adecuadas y pagarles lo suficiente puede ser un problema.
• Pérdida de tiempoEl proceso de fundición puede ser muy lento debido a sus múltiples pasos. Algunos de estos pasos, como el enfriamiento y el acabado, requieren mucho tiempo. Por lo tanto, las empresas que necesitan piezas con urgencia también deberían considerar otros métodos de fundición al buscar servicios de producción.

Yonglihao Machinery ofrece servicios de fundición personalizados

Es evidente que la fundición a la cera perdida es un proceso muy complejo. Requiere ser realizada por personal con amplia experiencia y habilidad. ¿Necesita piezas fundidas? Yonglihao Machinery le ofrece servicios de fundición inigualables. Por ejemplo, fundición a la cera perdida, fundición a presión en cámara caliente, y fundición a presión de alta presión procesos.

Yonglihao Machinery cuenta con su propia planta de fabricación. Contamos con equipos de fundición de vanguardia, así como con un equipo técnico cualificado y un equipo de ingenieros con amplia experiencia. Podemos producir piezas con rapidez y alta calidad, brindando un servicio rápido y atento a nuestros clientes.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre la impresión 3D y la fundición de inversión?

En la fundición de inversión, el metal fundido se vierte en un molde preformado y se deja solidificar. La impresión 3D es una técnica de fabricación aditiva. Las tecnologías de impresión 3D como FDM y SLS construyen piezas capa por capa.

Dominar la fundición a la cera perdida requiere mucho tiempo. Sin embargo, este proceso permite trabajar con una amplia gama de metales y lograr acabados superficiales perfectos. La impresión 3D aún está en sus inicios y no es tan eficaz como la fundición en la fabricación de piezas metálicas. La rugosidad, la porosidad y las irregularidades superficiales son algunos de los problemas de las piezas impresas en 3D en comparación con las piezas fundidas.

La diferencia entre la fundición de inversión y la fundición en arena

La fundición a la cera perdida permite producir piezas con geometrías muy complejas y acabados superficiales de alta calidad. Por otro lado, la fundición en arena es superior. Esto se debe a que este proceso permite producir grandes cantidades de piezas, lo que reduce los costos. Además, este proceso también permite producir piezas de gran tamaño.

¿La fundición de precisión es respetuosa con el medio ambiente?

Sí. En la fundición a la cera perdida, la cera y el metal se recuperan regularmente y se utilizan en otros procesos de fundición, evitando así el desperdicio de material. Si bien la fundición a la cera perdida consume energía y produce humos perjudiciales para el medio ambiente, estos problemas pueden minimizarse mediante un buen control de humos y la eliminación de residuos.