Fundición a la cera perdida: tecnología, ventajas y desventajas

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

El uso de modelos de inversión es un método bastante popular de producción de fundición. El método se distingue por la complejidad del proceso tecnológico y los altos costos de mano de obra para los procesos preparatorios. Por lo tanto, se utiliza donde es necesario observar con precisión las dimensiones y garantizar una alta calidad de la superficie de las piezas. Así se funden álabes de turbinas y herramientas de alto rendimiento, dentaduras postizas y joyas, así como esculturas de configuración compleja. La esencia de la fundición a la cera perdida es que el molde para la fundición es de una sola pieza, el modelo de materiales de bajo punto de fusión no se elimina durante el moldeo, sino que se funde. Esto asegura una cuidadosa observancia de las dimensiones y el relieve. El metal se vierte en la cavidad restante del modelo. Una vez finalizado el enfriamiento, se destruye el molde y se retira el producto. Al colar series grandes, se reduce el costo del producto.

Beneficios del método

La principal ventaja de la microfusión es la precisión de la transferencia del molde y la baja rugosidad de la superficie. Además, hay otros beneficios disponibles:

• Producción de piezas de aleación ligeramente mecanizadas disponible.
• Reduce la necesidad de más mecanizado.
• Se funden productos que, de otro modo, tendrían que fabricarse por partes y ensamblarse entre sí.
• Con series grandes se logra una reducción de la intensidad de trabajo específico (por un producto) y de su costo.
• Posibilidad de mecanización y automatización parcial de las operaciones preparatorias de la propia fundición.

Estas ventajas hacen que el método sea uno de los más populares y utilizados en la metalurgia actual, especialmente en combinación con los métodos modernos de fundición progresiva.

Desventajas del casting de inversiones

Las ventajas indudables del método, al parecer, deberían haber asegurado su dominio entre otros métodos. Sin embargo, a pesar de la popularidad del método de casting de inversión, las desventajas han impedido su adopción generalizada. La principal desventaja es la complejidad del proceso de múltiples etapas. Requiere equipos tecnológicos bastante complejos y costosos para las etapas preparatorias. Para productos simples producidos en lotes pequeños, este método tiene un costo mayor.

Para la aplicación rentable de microfusión, se comparan las ventajas y desventajas del método, la decisión sobresu elección se toma sobre la base de una evaluación de la relación precio / calidad. Por ello, se utiliza principalmente para los productos más críticos, caros y difíciles de obtener de otra forma, como álabes de turbinas, esculturas, herramientas de alta velocidad, etc. Otro ámbito de aplicación son las fundiciones a gran escala, en que el efecto escala permite lograr una importante reducción de costes.

Tecnología

La tecnología de fundición por inversión es un proceso de fabricación de varias etapas que requiere relativamente mucha mano de obra. En la primera etapa, se realiza un modelo maestro, se convertirá en el estándar para la fabricación de modelos de trabajo después de pasar por todas las etapas del producto final. Para la producción de un modelo maestro, se utilizan composiciones de modelos especiales y tradicionales (yeso o madera). El material del modelo maestro debe combinar resistencia y facilidad de procesamiento.

Además, la tecnología de fundición por inversión permite la creación de un molde en el que se funden todos los modelos de trabajo. Los moldes están hechos de yeso, caucho, silicona y, con menos frecuencia, de metal. Estructuralmente, debe ser necesariamente desmontable y diseñado para un uso repetido. El molde se llena con una composición de modelo, después de que se haya endurecido, se desmonta y se retira el siguiente modelo de trabajo.

Cuando se producen piezas únicas o tiradas pequeñas, se omiten las etapas de creación de un diseño maestro y un molde, y se realiza un diseño (o varios) moldeando el material manualmente.

El siguiente paso en el proceso de casting de inversión esfabricación alrededor del diseño (o bloque de diseños) del molde de fundición. Estas matrices ya son estructuralmente inseparables y desechables, lo que permite lograr una cuidadosa observancia de las dimensiones y rugosidad del producto. En la industria moderna, se utilizan dos tipos de moldes: moldes tradicionales de arena y arcilla para colar en el suelo y moldes de concha, para la producción de piezas precisas y costosas.

Después de completar el molde, se funde el modelo calentándolo o soplando con vapor sobrecalentado. Las formas de concha se fortalecen adicionalmente calentándolas hasta 1000 ˚С.

La etapa final del proceso incluye la fundición propiamente dicha del producto, su enfriamiento en condiciones naturales o por un método especial en un termostato, la destrucción del molde y la limpieza del producto. El método permite obtener piezas fundidas de alta calidad que pesan desde varios gramos hasta decenas de kilogramos.

Alineaciones de modelos

El material para la producción del diseño debe tener ciertas propiedades. Debe tener propiedades como:

• Plasticidad en fase sólida. Es necesario repetir con precisión la forma del producto futuro y corregirlo si es necesario.
• Fuerza. El modelo debe soportar sin deformación el proceso de formación de una forma a su alrededor.
• Fusible. Renderizar un modelo no debería requerir mucho tiempo y energía.
• Fluidez fundida. La composición debe penetrar fácilmente en todos los huecos y detalles del relieve, repitiendo exactamente los contornos del futuro detalle.
• Economía. Particularmente importante para la producción de grandes series.

Para las composiciones de modelos se suele utilizar una mezcla de estearina y parafina. Estos materiales se complementan con éxito entre sí, compensando el punto de fusión insuficiente de la parafina y la viscosidad excesiva de la estearina.

Las composiciones a base de cera de lignito no son menos populares en la industria. Sus principales propiedades son la resistencia a la humedad, la fuerza y la capacidad de formar recubrimientos muy suaves, lo cual es especialmente valioso para el modelado de productos.

También se utilizan compuestos que consisten en una mezcla de cera de lignito, parafina y estearina.

Fabricación de moldes

Para la producción de productos únicos, se prepara un diseño cortando una pieza de material modelo manualmente o según plantillas. También se realizan en tornos modelos en forma de cuerpos de revolución. Recientemente, el método de impresión 3D de modelos se ha generalizado cada vez más. Es adecuado tanto para diseños individuales como para series pequeñas.

El costo de una impresora 3D industrial moderna sigue siendo alto, pero debido a la facilidad de reconfiguración de un producto a otro, puede convertirse en una herramienta eficaz para la creación de modelos en caso de una gran cantidad de pedidos de series pequeñas heterogéneas.

Para hacer una gran cantidad de diseños idénticos, se hace una matriz de yeso, caucho, silicona o metal. Los diseños de trabajo se producen, a su vez, fundiéndolos en una matriz. Por diseño, el molde debe ser plegable para garantizar la posibilidad de fabricar un número determinado de modelos. El material seleccionado también debe brindar esa oportunidad, por lo tanto, se le imponen requisitos tales como resistencia, densidad, baja rugosidad e inercia química en relación con el diseño. La sustancia del molde también debe tener una adhesión mínima a la maqueta para garantizar que las maquetas terminadas se puedan quitar fácilmente y se adhieran las dimensiones. Una propiedad importante del molde es su resistencia y resistencia al desgaste, especialmente para series grandes.

Hacer maquetas y bloques

Un método ampliamente utilizado para fabricar modelos de revestimiento es colarlos a baja presión en moldes. La inyección de la mezcla líquida se realiza tanto de forma manual, mediante jeringas de pistón, como sobrealimentadores mecánicos, hidráulicos o neumáticos. En el caso de utilizar cera de lignito, es necesario calentar las tuberías de suministro de la composición debido a su alta viscosidad. Los modelos de poliestireno expandido se fabrican por extrusión en máquinas de moldeo automatizadas.

Para aumentar la eficiencia económica y reducir la intensidad de mano de obra en el caso de la producción en serie de piezas fundidas pequeñas, sus diseños se combinan en bloques. Los sistemas de compuertas se forman sobre los bloques uniendo diseños individuales a los bebederos usando un soldador manual. En el caso de vaciados individuales o series pequeñas, los modelos se realizan a mano.

Al formar sistemas de inyección, es necesario garantizar un flujo no turbulento de la masa fundida y un llenado uniforme de todos los elementos de la matriz. Al completar un formulario de PGS, también debe controlar el llenado uniforme de todosaberturas entre bebederos y prevención de daños.

Hacer un molde

En el método de microfusión que se está considerando, hay dos tipos principales de moldes:

• Mezclas de arena y arcilla (SGM).
• Carcasa.

Los moldes de fundición de cera flued se utilizan principalmente en la producción de pequeñas series de productos que no requieren una precisión muy alta. El proceso de su fabricación requiere bastante mano de obra y requiere habilidades altas y, a menudo, únicas de modeladores y moldeadores. La mecanización parcial se presta sólo a determinadas operaciones, como la preparación y llenado de la arena de moldeo, su apisonado.

Los moldes Shell, por otro lado, se utilizan para producir piezas que requieren una precisión de fabricación especial. El proceso de su fabricación es más complejo y largo, pero se presta mejor a la mecanización.

Fundición al suelo

Este es el primer método de procesamiento de metales dominado por la humanidad. Fue dominado por nuestros antepasados simultáneamente con el inicio del uso de productos metálicos como armas, herramientas o utensilios, es decir, hace unos 5 mil años. El metal fundido se vierte en una matriz preparada a partir de una mezcla de arena y arcilla. Los primeros lugares para el procesamiento de metales surgieron donde los depósitos de metales en forma de pepitas y placeres se ubicaron cerca. Un ejemplo típico es la Planta Kasli en los Urales, mundialmente famosa por su fundición de encajes de hierro.

El método de microfusión se utiliza para la fabricación de productos metálicos, tanto ferrosos comode colores. Y solo para metales que muestran una mayor tendencia a reaccionar en la fase líquida (como el titanio), es necesario hacer matrices de otras composiciones.

El proceso de producción de fundición en PGS consta de las siguientes fases:

• fabricación de modelos;
• preparando el matraz;
• llenado y compactación de la mezcla en el matraz;
• fundición de metales;
• quitar y limpiar el yeso.

Formulario de ASG - de un solo uso. Para obtener el producto terminado, deberá romperse. Al mismo tiempo, la mayor parte de la mezcla está disponible para su reutilización.

Composiciones predominantemente de arenas de cuarzo de varios tamaños de grano y arcillas plásticas, cuyo contenido oscila entre el 3 y el 45 por ciento, se utilizan como materiales para ASG. Así, por ejemplo, las piezas fundidas artísticas se producen utilizando una mezcla con un contenido de arcilla del 10-20 %, para piezas fundidas especialmente grandes, el contenido de arcilla se ajusta al 25 %.

Se utilizan dos subtipos:

• Mezclas de caras. Están ubicados en la superficie interna del molde e interactúan con el metal fundido. Deben ser resistentes al calor, capaces de no ser destruidos por las diferencias de temperatura y las tensiones resultantes. Estas mezclas tienen un grano fino para transmitir cuidadosamente los detalles de la superficie. La capacidad de la mezcla para pasar gas también es muy significativa.
• Mezclas de relleno. Se utilizan para el relleno entre la capa de revestimiento y las paredes del matraz. Deben soportar el peso del metal vertido, conservar la forma del producto y contribuir a la eliminación oportuna y completa de los gases. Producido a partir de grados más baratos de arena,reutilizable.

Si los gases de fundición no escapan a través de las masas de arena de moldeo, sino a través del sistema de compuertas, se producen defectos en la fundición, lo que lleva al matrimonio.

La tecnología tradicional de fundición en el suelo se ilustra en detalle en la película de A. Tarkovsky "Andrei Rublev". En el cuento "La campana", el joven Boriska, hijo de un maestro fallecido, dirige una fundición artel y funde una campana de iglesia.

Lanzamiento de proyectiles

El método de fundición a la cera perdida en moldes de cáscara se caracteriza por la mejor transferencia de las dimensiones del producto y la baja rugosidad de la superficie. El modelo está hecho de compuestos fusibles, como la cera de lignito. Las fundiciones también utilizan ampliamente la composición de parafina-estearina en proporciones iguales. En el caso de colados de gran tamaño, se incluyen sales en el material del modelo para proteger el modelo de deformaciones. Al sumergirlo en la solución, el modelo se cubre en 6-10 capas con una suspensión de alta temperatura.

Los silicatos hidrolizados actúan como aglutinante, el electrocorindón o los cristales de cuarzo se toman como un espolvoreado resistente al calor. Los materiales del molde de carcasa se caracterizan por su alta resistencia, baja higroscopicidad y excelente permeabilidad a los gases.

El diseño se seca en una atmósfera de amoníaco gaseoso. En la siguiente etapa, el molde se calienta a 120 ˚C para eliminar el modelo de parafina. Los restos de la mezcla se eliminan con vapor sobrecalentado a alta presión. A continuación, el molde se calcina a temperaturas de hasta 1000 ˚С, lo que conduce a su fijación final y eliminación de sustancias,que pueden liberarse como gases durante el proceso de fundición.

La cáscara se coloca en una especie de matraz, que se cubre con perdigones de acero. Esto ayuda a mantener la configuración al llenar el molde con masa fundida y al mismo tiempo mejora las condiciones para enfriar la fundición. La masa fundida se vierte en moldes calentados a 1000 ˚С. Después de enfriar el producto según un programa especial en un termostato, se destruye el molde, se retira la fundición y se limpia.

La principal ventaja de este método de fundición es la alta precisión dimensional y la baja rugosidad de la superficie.

Ventajas adicionales del método:

• Piezas de fundición a partir de aleaciones difíciles de mecanizar.
• Fundición de elementos que, de otro modo, tendrían que fundirse poco a poco y luego volver a montarse.

Las desventajas de este método de microfundición son la baja utilización del metal y una mayor intensidad de mano de obra.

Lanzamiento de precisión

Moldeo por inversión de precisión: este es el nombre que se le da tanto a la tecnología como al producto final en sí. La alta precisión de la fundición está garantizada por el hecho de que durante la preparación del molde no es necesario extraer el modelo del producto. Cuando se utiliza el método tradicional, la producción de una matriz de fundición es un proceso de varias etapas complejo y que requiere mucho tiempo. Esto es especialmente cierto en el caso de piezas fundidas de configuración compleja, con rebajes, depresiones y cavidades internas.

Por ejemplo, al fundir un jarrón de hierro fundido o cobre con una curvatura de superficie variable, debe usar muchos trucos. si, primerose rellena la mitad inferior de la mufla, luego se retira el modelo, se le da la vuelta y se apisona la mitad superior. El modelo debe ser compuesto, las asas del jarrón están hechas de dos elementos, se extraen a través de la cavidad del modelo en dos etapas: primero el elemento inferior y luego el superior. Todos estos numerosos giros y arrastres no pueden tener un efecto positivo sobre la integridad de la superficie del molde y, en última instancia, sobre la precisión del mantenimiento de las dimensiones de la fundición y la calidad de su superficie. Además, queda el problema de hacer coincidir con precisión las partes de los matraces y unirlos de forma segura entre sí.

La producción de microfundición carece de estas deficiencias, no requiere modeladores altamente calificados y reduce significativamente la intensidad de mano de obra de las operaciones de prefundición. Esto es especialmente pronunciado con grandes tiradas de fundición.

El método permite alcanzar la clase de precisión 2-5 según GOST 26645-85. Esto hace posible moldear productos de alta precisión como álabes de turbinas, herramientas de corte, incluidas fresas y taladros de alto rendimiento, soportes críticos para cargas elevadas, piezas pequeñas de vehículos para cargas elevadas, máquinas herramienta y otros mecanismos complejos.

La alta precisión dimensional y la alta clase de superficie minimizan la necesidad de mecanizar más la fundición, lo que ahorra metal y reduce los costos de producción.

Equipo

El equipo de microfusión requerido es variado y complejo. Las empresas los combinan en un solo complejo bien coordinado,organizado como sitio, taller o producción separada.

La composición del complejo depende de la escala de producción, tamaño, configuración y circulación de las piezas fundidas.

Así, en la producción de dentaduras postizas y joyas, el equipo incluirá:

• mesa modelo;
• horno de mufla con termostato;
• un juego de escalpelos y espátulas para corregir la forma del modelo;
• tablero de formación;
• frasco;
• tanques para almacenar y preparar arena de moldeo;
• juego de apisonadores de arena;
• crisol para fundir metal;
• fórceps;
• martillo para romper moldes.

Este complejo de producción cabe fácilmente en una mesa y en un armario. Si se planea producir en masa, por ejemplo, fundición de aluminio, partes de un dispositivo, se requerirá equipo para:

• formar y verter moldes de cerámica;
• formas de secado;
• fundir el material del modelo y aplicar una capa resistente al calor;
• limpieza de las piezas fundidas del material de moldeo.

Y por último, el propio equipamiento del complejo de fundición, diseñado para obtener una masa fundida y verterla en un molde. Puede ser un equipo de fundición:

• a baja presión;
• centrífugo;
• en la forma habitual de gravedad.

Las máquinas de moldeo por inyección y de fundición centrífuga son procesos separados altamente mecanizados y automatizados.complejo de producción, aislado de la atmósfera de la tienda. Minimizan el trabajo manual y la exposición humana a condiciones dañinas. Las cámaras selladas en las que se encuentran los complejos proporcionan una captura y purificación completas de los gases de escape, lo que aumenta significativamente el respeto por el medio ambiente de la empresa.

La fundición a la cera perdida tiene un potencial de desarrollo bastante alto, especialmente cuando se combina con técnicas avanzadas de fabricación de moldes y vertido.