Fundición - Foundry

De Fra Burmeister og Wain's Iron Foundry , por Peder Severin Krøyer , 1885.

Una fundición es una fábrica que produce piezas de fundición de metal . Los metales se moldean en formas fundiéndolos en un líquido, vertiendo el metal en un molde y quitando el material del molde después de que el metal se ha solidificado mientras se enfría. Los metales que se procesan con mayor frecuencia son el aluminio y el hierro fundido . Sin embargo, otros metales, como bronce , latón , acero , magnesio y zinc , también se utilizan para producir piezas fundidas en fundiciones. En este proceso, se pueden formar partes de las formas y tamaños deseados.

Las fundiciones son uno de los mayores contribuyentes al movimiento de reciclaje de fabricación, fundiendo y refundiendo millones de toneladas de chatarra cada año para crear nuevos bienes duraderos. Además, muchas fundiciones utilizan arena en su proceso de moldeo. Estas fundiciones suelen utilizar, reacondicionar y reutilizar arena, que es otra forma de reciclaje.

Proceso

Un fundidor, fotografiado por Daniel A. Wehrschmidt en 1899.

En el trabajo de los metales , la fundición implica verter metal líquido en un molde , que contiene una cavidad hueca de la forma deseada, y luego dejar que se enfríe y solidifique. La parte solidificada también se conoce como fundición, que se expulsa o se rompe del molde para completar el proceso. La fundición se usa con mayor frecuencia para hacer formas complejas que serían difíciles o antieconómicas de hacer con otros métodos.

Derritiendo

Fundir metal en un crisol para fundir
Un robot de fundición a presión de metales en una fundición industrial

La fusión se realiza en un horno . El material virgen, la chatarra externa, la chatarra interna y los elementos de aleación se utilizan para cargar el horno. El material virgen se refiere a formas comercialmente puras del metal primario utilizado para formar una aleación particular . Los elementos de aleación son formas puras de un elemento de aleación, como el níquel electrolítico , o aleaciones de composición limitada, como las ferroaleaciones o las aleaciones maestras. La chatarra externa es material procedente de otros procesos de conformado, como el punzonado , la forja o el mecanizado . La chatarra interna consiste en compuertas , contrahuellas , piezas fundidas defectuosas y otras piezas metálicas extrañas producidas dentro de la instalación.

El proceso incluye derretir la carga, refinar la masa fundida, ajustar la química de la masa fundida y conectar un recipiente de transporte. El refinado se realiza para eliminar gases y elementos nocivos del metal fundido para evitar defectos de fundición. El material se agrega durante el proceso de fusión para llevar la química final dentro de un rango específico especificado por la industria y / o los estándares internos. Se pueden usar ciertos fundentes para separar el metal de la escoria y / o la escoria y se usan desgasificadores para eliminar el gas disuelto de los metales que se disuelven fácilmente en gases. Durante el grifo, se realizan los ajustes químicos finales.

Horno

Se utilizan varios hornos especializados para calentar el metal. Los hornos son recipientes revestidos de refractario que contienen el material a fundir y proporcionan la energía para fundirlo. Los tipos de hornos modernos incluyen hornos de arco eléctrico (EAF), hornos de inducción , cúpulas , hornos de reverberación y de crisol. La elección del horno depende de las cantidades producidas del sistema de aleación. Para materiales ferrosos, se utilizan comúnmente hornos de arco eléctrico, cubilotes y hornos de inducción. Los hornos de reverberación y crisol son comunes para producir piezas de fundición de aluminio, bronce y latón.

El diseño del horno es un proceso complejo y el diseño se puede optimizar en función de múltiples factores. Los hornos en las fundiciones pueden ser de cualquier tamaño, desde los pequeños que se usan para fundir metales preciosos hasta hornos que pesan varias toneladas, diseñados para derretir cientos de libras de chatarra a la vez. Están diseñados de acuerdo con el tipo de metales que se van a fundir. Los hornos también deben diseñarse en función del combustible que se utilice para producir la temperatura deseada. Para aleaciones de punto de fusión a baja temperatura, como zinc o estaño, los hornos de fusión pueden alcanzar alrededor de 500 ° C (932 ° F). Generalmente se utilizan electricidad, propano o gas natural para alcanzar estas temperaturas. Para aleaciones de alto punto de fusión, como acero o aleaciones a base de níquel, el horno debe diseñarse para temperaturas superiores a 1.600 ° C (2.910 ° F). El combustible utilizado para alcanzar estas altas temperaturas puede ser la electricidad (como se emplea en los hornos de arco eléctrico ) o el coque . La mayoría de las fundiciones se especializan en un metal en particular y tienen hornos dedicados a estos metales. Por ejemplo, una fundición de hierro (para hierro fundido) puede usar un cubilote , un horno de inducción o EAF, mientras que una fundición de acero usará un EAF o un horno de inducción. Las fundiciones de bronce o latón utilizan hornos de crisol o hornos de inducción. La mayoría de las fundiciones de aluminio utilizan hornos de crisol de resistencia eléctrica o de gas o hornos de reverberación.

Desgasificación

La desgasificación es un proceso que puede ser necesario para reducir la cantidad de hidrógeno presente en un lote de metal fundido. Los gases se pueden formar en las piezas de fundición de metal de dos formas:

  1. por atrapamiento físico durante el proceso de fundición o
  2. por reacción química en el material fundido.

El hidrógeno es un contaminante común para la mayoría de los metales fundidos. Se forma como resultado de las reacciones de los materiales o del vapor de agua o de los lubricantes de las máquinas. Si la concentración de hidrógeno en la masa fundida es demasiado alta, la pieza fundida resultante será porosa; el hidrógeno saldrá de la solución fundida, dejando minúsculas bolsas de aire, a medida que el metal se enfría y solidifica. La porosidad a menudo deteriora seriamente las propiedades mecánicas del metal.

Una forma eficaz de eliminar el hidrógeno de la masa fundida es hacer burbujear un gas insoluble y seco a través de la masa fundida mediante purga o agitación. Cuando las burbujas suben en la masa fundida, atrapan el hidrógeno disuelto y lo llevan a la superficie. El cloro, nitrógeno, helio y argón se utilizan a menudo para desgasificar metales no ferrosos. El monóxido de carbono se usa típicamente para hierro y acero.

Existen varios tipos de equipos que pueden medir la presencia de hidrógeno. Alternativamente, la presencia de hidrógeno se puede medir determinando la densidad de una muestra de metal.

En los casos en los que la porosidad aún permanece presente después del proceso de desgasificación, el sellado de la porosidad se puede lograr mediante un proceso llamado impregnación de metales .

Fabricación de moldes

Diagramas de dos tipos de patrones
Un diagrama de borrador en un patrón.

En el proceso de fundición, se hace un patrón con la forma de la pieza deseada. Los diseños simples se pueden hacer en una sola pieza o en un patrón sólido. Los diseños más complejos se hacen en dos partes, llamadas patrones divididos. Un patrón dividido tiene una sección superior o superior, denominada cofia, y una sección inferior o inferior denominada arrastre. Tanto los patrones sólidos como los divididos pueden tener núcleos insertados para completar la forma de la pieza final. Los núcleos se utilizan para crear áreas huecas en el molde que de otro modo serían imposibles de lograr. Donde se separan la capa y el arrastre se llama línea de separación .

Al hacer un patrón, es mejor afilar los bordes para que el patrón se pueda quitar sin romper el molde. A esto se le llama borrador . Lo opuesto a la corriente es un socavado donde hay parte del patrón debajo del material del molde, lo que hace imposible quitar el patrón sin dañar el molde.

El patrón está hecho de cera, madera, plástico o metal. Los moldes se construyen mediante varios procesos diferentes que dependen del tipo de fundición, el metal que se va a verter, la cantidad de piezas que se van a producir, el tamaño de la pieza fundida y la complejidad de la pieza fundida. Estos procesos de molde incluyen:

Torrencial

Bronce vertido de un crisol en un molde, utilizando el proceso de fundición a la cera perdida.

En una fundición, el metal fundido se vierte en moldes . El vertido se puede realizar por gravedad, o puede ser asistido con vacío o gas presurizado. Muchas fundiciones modernas utilizan robots o máquinas de vertido automático para verter metal fundido. Tradicionalmente, los moldes se vertían a mano utilizando cucharones .

Sacudir

A continuación, el componente de metal solidificado se retira de su molde. Cuando el molde sea a base de arena, esto se puede hacer agitando o volteando. Esto libera la pieza de fundición de la arena, que todavía está unida a las guías y compuertas de metal, que son los canales a través de los cuales viajó el metal fundido para llegar al componente en sí.

Degating

Degating es la eliminación de las cabezas, corredores, puertas y contrahuellas del lanzamiento. Los corredores, las puertas y las contrahuellas se pueden quitar con sopletes de corte , sierras de cinta o cuchillas de corte de cerámica. Para algunos tipos de metal, y con algunos diseños de sistemas de compuerta, el bebedero, los canales y las compuertas se pueden quitar separándolos de la pieza fundida con un mazo o maquinaria extraíble especialmente diseñada. Las contrahuellas generalmente se deben quitar usando un método de corte (ver arriba), pero algunos métodos más nuevos de remoción de contrahuellas usan maquinaria de imitación con diseños especiales incorporados en la geometría del cuello de la contrahuella que permiten que la contrahuella se rompa en el lugar correcto.

El sistema de compuerta requerido para producir piezas fundidas en un molde produce restos de metal, incluidos cabezales, elevadores y bebederos (a veces llamados colectivamente bebederos), que pueden exceder el 50% del metal requerido para verter un molde completo. Dado que este metal debe volver a fundirse como recuperación, el rendimiento de una configuración de compuerta particular se convierte en una consideración económica importante al diseñar varios esquemas de compuerta, para minimizar el costo del exceso de bebedero y, por lo tanto, los costos generales de fusión.

Tratamiento térmico

El tratamiento térmico es un grupo de procesos industriales y metalúrgicos que se utilizan para alterar las propiedades físicas y, a veces, químicas de un material. La aplicación más común es la metalúrgica. Los tratamientos térmicos también se utilizan en la fabricación de muchos otros materiales, como el vidrio. El tratamiento térmico implica el uso de calentamiento o enfriamiento, normalmente a temperaturas extremas, para lograr un resultado deseado, como el endurecimiento o ablandamiento de un material. Las técnicas de tratamiento térmico incluyen recocido, endurecimiento por cementación, fortalecimiento por precipitación, revenido y temple. Aunque el término "tratamiento térmico" se aplica solo a los procesos en los que el calentamiento y el enfriamiento se realizan con el propósito específico de alterar las propiedades intencionalmente, el calentamiento y el enfriamiento a menudo ocurren de manera incidental durante otros procesos de fabricación como el conformado en caliente o la soldadura.

Limpieza de superficies

Después de desgarrar y tratar térmicamente, la arena u otros medios de moldeo pueden permanecer adheridos a la pieza fundida. Para eliminar los restos de moho, la superficie se limpia mediante un proceso de granallado. Esto significa que se impulsará un medio granular contra la superficie de la pieza fundida para eliminar mecánicamente la arena adherida. El medio se puede soplar con aire comprimido o se puede lanzar con una rueda de granalla. El medio de limpieza golpea la superficie de fundición a alta velocidad para desalojar los restos de molde (por ejemplo, arena, escoria) de la superficie de fundición. Se pueden usar numerosos materiales para limpiar superficies fundidas, incluidos acero, hierro, otras aleaciones metálicas, óxidos de aluminio, perlas de vidrio, cáscaras de nuez, polvo de hornear y muchos otros. El medio de granallado se selecciona para desarrollar el color y la reflectancia de la superficie del molde. Los términos utilizados para describir este proceso incluyen limpieza, granallado y granallado . El granallado se puede utilizar para endurecer aún más y terminar la superficie.

Refinamiento

Fundición moderna (hacia 2000)

El paso final en el proceso de fundición generalmente implica esmerilar, lijar o mecanizar el componente para lograr la precisión dimensional, la forma física y el acabado de la superficie deseados.

Quitar el material restante de la puerta, llamado talón de la puerta, generalmente se hace con una amoladora o lijadora . Estos procesos se utilizan porque sus tasas de eliminación de material son lo suficientemente lentas como para controlar la cantidad de material que se elimina. Estos pasos se realizan antes de cualquier mecanizado final.

Después del rectificado, se mecanizan todas las superficies que requieren un control dimensional estricto. Muchas piezas de fundición se mecanizan en centros de fresado CNC . La razón de esto es que estos procesos tienen mejor capacidad dimensional y repetibilidad que muchos procesos de fundición. Sin embargo, hoy en día no es infrecuente que las piezas fundidas se utilicen sin mecanizar.

Algunas fundiciones brindan otros servicios antes de enviar productos fundidos a sus clientes. Es común pintar piezas fundidas para prevenir la corrosión y mejorar el atractivo visual. Algunas fundiciones ensamblan piezas fundidas en máquinas completas o subconjuntos. Otras fundiciones sueldan múltiples piezas fundidas o metales forjados para formar un producto terminado.

Cada vez más, los procesos de acabado se realizan mediante máquinas robóticas, que eliminan la necesidad de que un humano triture o rompa físicamente las líneas de separación, el material de compuertas o los alimentadores. Las máquinas pueden reducir el riesgo de lesiones a los trabajadores y reducir los costos de los consumibles, al mismo tiempo que aumentan la productividad. También limitan el potencial de error humano y aumentan la repetibilidad en la calidad del rectificado.

Ver también

Referencias

enlaces externos