Fundición a presión vs. Fundición a la cera perdida: ¿Cuál es la diferencia?
Desde la década de 1890, la fundición ha sido una técnica de fabricación fundamental. En la actualidad, la fundición a presión y la fundición a la cera perdida son las dos tecnologías de fundición más extendidas. Aunque comparten principios fundamentales, sus diferencias específicas son notables.
La fundición a presión consiste en inyectar metal fundido en cavidades frías a alta presión. En cambio, la fundición a la cera perdida requiere inyectar cera en una cavidad de aluminio. La fundición a la cera perdida suele utilizar moldes para múltiples ciclos de reutilización con el fin de crear piezas metálicas con acabados superficiales excepcionales. La fundición a presión, sin embargo, es económica para grandes volúmenes de producción y piezas no ferrosas.
Comprender los distintos métodos de fundición es crucial, tanto si trabaja en la fabricación de piezas nuevas como en el aumento de la producción. Este conocimiento le guiará en la selección del método de fundición adecuado para aplicaciones específicas. En este artículo, exploraremos las diferencias y similitudes entre la fundición a presión y la fundición a la cera perdida para mejorar su comprensión de las opciones de producción.
¿Qué es la fundición a presión?
La fundición a presión es una técnica de fabricación que consiste en fundir e inyectar aleaciones no ferrosas en moldes utilizando una máquina de fundición a presión. Una característica única de la fundición a presión es la permanencia del molde, lo que significa que no hay que rehacerlo en cada ciclo. Es uno de los métodos más eficaces para fabricar piezas de metales no férreos.
Tipos de fundición a presión
Existen dos tipos de fundición a presión: en cámara caliente y en cámara fría.
Fundición en cámara caliente
Se utiliza para aleaciones metálicas con puntos de fusión bajos. El metal se funde en un horno, normalmente acoplado a una máquina, y luego se inyecta a alta presión en la matriz mediante un sistema hidráulico. Este proceso es rápido, y el ciclo varía en función del tamaño y el peso de la pieza. Es el más adecuado para metales de bajo punto de fusión, como el plomo, el zinc, el magnesio y las aleaciones de estaño.
Fundición a presión en cámara fría
Aquí, el metal fundido se transfiere a la cámara fría antes de ser inyectado en la matriz. La presión aumenta considerablemente y el metal fundido se solidifica rápidamente, formando la pieza de fundición final. Este método es ideal para diversas aplicaciones por su flexibilidad en cuanto a peso y tamaño.
Operaciones de fundición a presión
La principal diferencia entre los métodos de cámara caliente y fría radica en el metal, la maquinaria y la ubicación del horno. Los metales de alto punto de fusión requieren más energía y un horno robusto. Por lo demás, el proceso de fundición es similar.
El proceso de fundición a presión implica un molde de acero que contiene el patrón utilizado para crear una pieza. Los moldes, normalmente creados en dos o más secciones, se montan en una máquina y se mantienen unidos firmemente. El metal fundido se introduce en la matriz y, una vez enfriado, se expulsa el molde. Este proceso se repite para crear tantas piezas como sean necesarias.
Industria de fundición a presión
La fundición a presión se utiliza ampliamente en diversos sectores, como la automoción, el paisajismo, el ocio y la sanidad. Su flexibilidad de diseño y opciones de metal la convierten en una opción favorable en todo el mundo:
Industria automovilística para la transmisión de vehículos, carcasas de sistemas de entretenimiento y componentes del motor a su GPS
Industria paisajística y recreativa para crear cajas de cambios fueraborda, chasis de vehículos recreativos, bajos marinos y ejes hidrostáticos para equipar sus productos.
La industria sanitaria suministra controles de equipos hospitalarios, máquinas de análisis de sangre, bombas peristálticas y dispositivos quirúrgicos.
Ventajas de la fundición a presión
Algunas de las principales ventajas del proceso de fundición a presión son las siguientes;
Alta tasa de producción: La fundición a presión es una de las mejores formas de producir piezas consistentes y fiables con rapidez.
Precisión dimensional: La fundición a presión produce piezas que pueden mantener la precisión dimensional durante mucho tiempo. Esto eliminará la necesidad de un mecanizado posterior.
Capacidad para producir formas complejas: La fundición debida puede crear piezas de forma casi neta con pocas máquinas secundarias.
Buen acabado superficial: La fundición a presión tiene superficies lisas y finamente cristalinas que ayudan a reducir el tiempo total de su ciclo.
Consistencia en las propiedades: Cuando se trata de propiedades, la fundición a presión tiene propiedades rígidas, finas y duraderas consistentes.
Rentabilidad relativa: La fundición a presión es rentable en grandes volúmenes.
Desventajas de la fundición a presión
Riesgo de porosidad e inclusiones
Limitaciones del tamaño de las piezas grandes
Limitaciones del grosor de las piezas
Menor resistencia a la corrosión
Limitaciones microestructurales
Menor resistencia a la tracción en comparación con otros métodos
¿Qué es la fundición a cera perdida?
La fundición a la cera perdida, también conocida como fundición de precisión o a la cera perdida, utiliza el metal para producir piezas específicas con excelentes acabados, minimizando el desperdicio de material.
Pasos de la operación de fundición a la cera perdida
Para comprender la singularidad de la fundición a la cera perdida, a continuación se describe detalladamente el proceso de fundición;
1.Diseñar un patrón de cera
Puede diseñar la pieza deseada construyendo un troquel de inyección de cera o utilizando la impresión 3D. Si utiliza un troquel de inyección de cera, el troquel metálico debe ser de aluminio. Si utiliza la impresión 3D, necesitará un modelo CAD para enviar las especificaciones del producto a la impresora para su impresión.
2.Montaje de la cera
Aquí, los patrones de cera se fijan a un bebedero antes de construir el árbol. También se eliminan las imperfecciones de la cera para que se parezca a la pieza acabada.
3.Revestimiento cerámico
En este punto, el patrón de cera se sumerge en una lechada cerámica para crear una cáscara alrededor de la cera. En la fase inicial, se utiliza material fino para preservar los detalles más pequeños del patrón antes de utilizar posteriormente materiales cerámicos gruesos que proporcionan resistencia y dureza al molde. Cuando el molde alcanza el grosor deseado, se deja fraguar y endurecer.
4.Desparafinado
Aquí, el molde de cerámica se coloca boca abajo en un horno para permitir que la cera de su estado inicial se funda y se evapore. En esta fase hay que tener especial cuidado para que la tensión adicional del calor no afecte al molde.
5.Reparto
La fundición consiste en verter el metal en el molde para crear la pieza fundida. A continuación, se deja reposar el molde con el metal fundido hasta que se solidifica.
6.Desinversión
Aquí, la célula cerámica se retira y se limpia hasta que no queda rastro del proceso de fundición. Esto puede hacerse mediante vibración, chorreado de medios, expulsión de agua o vibración.
7.Acabado
En esta fase se eliminan las impurezas mediante herramientas manuales o soldadura.
8.Pruebas
En esta etapa final, las piezas se inspeccionan utilizando tanto inspecciones visuales como de penetración fluorescente que pueden identificar defectos superficiales o subsuperficiales. A continuación, se repite todo el proceso para incluir piezas adicionales.
Industrias de aplicación de la fundición a cera perdida
Muchas industrias utilizan el proceso de fundición a la cera perdida. Algunas de estas industrias son;
Industria de armas de fuego que produce gatillos, martillos y otras piezas de precisión.
La industria aeroespacial y de generación de energía produce complejos sistemas de refrigeración y álabes de turbina con formas intrincadas.
Industria del petróleo y el gas que crea componentes de seguridad y alivio de presión para sus equipos.
Ventajas de la fundición a cera perdida
A continuación se enumeran algunas de las ventajas de la fundición a la cera perdida;
Alta precisión: Las piezas y componentes de la fundición a la cera perdida tienen una alta tolerancia.
Capacidad para producir formas complejas: es adecuada para piezas y componentes de geometría compleja.
Amplia gama de materiales: Está diseñada para metales férricos y no férricos.
Desventajas de la fundición a cera perdida
Mayor coste en comparación con otros métodos
Limitaciones de tamaño y grosor de las piezas
Mecanizado posterior al vertido limitado
Desperdicio de material de fundición
¿Cuál es la diferencia entre la fundición a cera perdida y la fundición a presión?
Una comparación detallada entre la fundición a presión y la fundición a la cera perdida revela diferencias en los procesos de fundición, los materiales utilizados, la complejidad del diseño, el tamaño de los componentes, el acabado superficial, el volumen de producción, la tolerancia y el tiempo de producción. La tabla siguiente resume estos aspectos.
| Fundición a presión | Fundición a la cera perdida | |
|---|---|---|
| Proceso de fundición | El metal fundido se aplica a la cavidad de la matriz a alta presión | Los moldes se crean utilizando lechada cerámica líquida |
| Materiales utilizados | Metal no ferroso | Metales ferrosos y no ferrosos |
| Complejidad del diseño | Gran flexibilidad | Gran flexibilidad de diseño |
| Tamaño de los componentes | Piezas grandes | Piezas pequeñas o medianas |
| Acabado superficial | Buen acabado superficial | Excelente acabado superficial |
| Volumen de producción | Más de 10.000 unidades | Menos de 10.000 unidades |
| Tolerancia | tolerancia estándar de +/-0,010 pulgadas y tolerancia de precisión de aproximadamente +/-0,002 pulgadas | +/-0,005 pulgadas |
| Tiempo de producción | Al menos 100 disparos por minuto | Horas de reparto |
Fundición a presión vs. Fundición a la cera perdida: Diferencia de etapas
A continuación, explicaremos en detalle sus diferencias:
1.Proceso de fundición
El proceso de fundición a presión suele empezar con la inyección a alta presión de metal líquido en la cavidad, normalmente con una forma similar a la del producto deseado. El metal fundido se coloca en un manguito y se introduce a presión en la cavidad de la matriz mediante un pistón. En cuanto el metal se enfría, se retira su componente para proporcionar un acabado completo.
El proceso de fundición a la cera perdida, en cambio, comienza con el diseño de un patrón de cera que pueda producir el producto final deseado. Este patrón se adhiere sistemáticamente a fondos de bebedero y se sumerge en un molde de cerámica. En cuanto la cerámica se endurece y adopta la forma de fundición, el molde se calienta para fundir la cera. A continuación, el molde se llena con la cavidad de metal hasta que se enfría y solidifica. Al final, se rompe el molde y se extrae la pieza fundida.
2.Materiales utilizados
Para la fundición a presión se utilizan sobre todo metales no férreos. Entre ellos están el aluminio, el cobre, las aleaciones de magnesio, el zinc y el plomo. La fundición a presión utiliza tanto metales férreos como no férreos, como acero inoxidable, zinc, aluminio, etc. En general, la fundición a la cera perdida ofrece más opciones de materiales que la fundición a presión.
3.Complejidad del diseño
La fundición a presión ofrece una mayor producción de componentes con buenos resultados dimensionales; sin embargo, la fundición a la cera perdida le ayuda a conseguir dimensiones más precisas, geometrías complejas y componentes de paredes finas.
4.Tamaño de los componentes
La fundición a presión permite fabricar componentes y tiene una pequeña limitación de tamaño. Sin embargo, la fundición a la cera perdida sólo admite componentes de 0,02 kg a 100 kg. Mientras que con la fundición a presión puede conseguir cualquier tamaño pasado, la fundición a la cera perdida tiene algunas limitaciones en cuanto al tamaño de las piezas.
5.Acabado superficial
El acabado superficial de la fundición a presión es suficientemente bueno, pero puede requerir un mecanizado adicional para obtener el resultado deseado. Sin embargo, el acabado superficial de la fundición a la cera perdida es mejor, con una tolerancia precisa y unos 125 microacabados. Es posible que no necesite ningún mecanizado secundario con la fundición a presión.
6.Volumen de producción
Si trabaja en proyectos de gran volumen con una producción de unas 10.000 piezas o más, debería recurrir a la fundición a presión. Esto se debe a que el proceso ofrece consistencia y puede producir de 100 a 2.000 piezas en una hora. La fundición a presión, por el contrario, es más adecuada para series cortas de menos de 10.000 piezas.
7.Tolerancias
Tanto la fundición a presión como la de precisión ofrecen una tolerancia ajustada y buena; sin embargo, esto depende del material utilizado y de la forma de las piezas. La fundición a presión es la mejor opción para piezas grandes porque ofrece una tolerancia estándar de +/-0,010 pulgadas y una tolerancia de precisión de aproximadamente +/-0,002 pulgadas. La fundición a la cera perdida es adecuada para componentes más pequeños de aproximadamente +/-0,005 pulgadas.
8.Tiempo de producción
La fundición a presión puede producir de 3 a 4 disparos en un minuto y de 45 a 100 disparos por minuto para componentes más pequeños. En cambio, la fundición a la cera perdida lleva mucho tiempo y requeriría horas de fundición con mano de obra adicional.
Cómo elegir el mejor método de fundición para su aplicación
Seleccionar el mejor método de fundición depende de factores como el coste, la cantidad de producto, el acabado superficial, el tiempo de fabricación y la velocidad de realización, la forma y el tamaño, y la resistencia. Una cuidadosa consideración de estos aspectos le guiará en la consecución de los resultados deseados.
Coste: La fundición a presión suele ser más económica para grandes volúmenes de producción, ya que es un proceso más rápido y los moldes son permanentes. En cambio, la fundición a la cera perdida puede suponer costes más elevados, sobre todo para pequeñas series de producción. El método implica crear nuevos moldes para cada ciclo, y el proceso requiere más mano de obra.
Cantidad de producto: Si va a producir una gran cantidad de piezas, la fundición a presión suele ser más adecuada. Está diseñada para altos índices de producción, y la maquinaria puede producir cientos o incluso miles de piezas en una hora. La fundición a la cera perdida se utiliza normalmente para volúmenes más bajos y pequeñas series de producción, en las que la complejidad y la precisión superan la necesidad de rapidez.
Acabado superficial: La fundición a la cera perdida ofrece un acabado superficial excepcional y es capaz de mantener detalles intrincados. Esto la hace adecuada para piezas que requieren un alto nivel de precisión y calidad estética. La fundición a presión también ofrece un buen acabado superficial, pero puede requerir un mecanizado o tratamiento adicional para alcanzar el nivel de detalle deseado.
Tiempo y rapidez: La fundición a presión es un método más rápido, capaz de producir muchas piezas rápidamente. Es ideal para aplicaciones en las que el tiempo es un factor crítico. La fundición a la cera perdida es un proceso más lento y deliberado. Implica varias etapas, como el diseño de un patrón de cera, la creación de un molde de cerámica y el vertido cuidadoso del metal. Este método es el más adecuado cuando la calidad y la precisión priman sobre la rapidez.
Forma y tamaño: La fundición a presión permite una flexibilidad considerable en cuanto a forma y tamaño y se utiliza para piezas grandes. En cambio, la fundición a la cera perdida destaca por sus formas pequeñas y complejas. Este proceso permite crear características complejas que podrían resultar difíciles o imposibles con la fundición a presión.
Resistencia: Ambos métodos ofrecen una resistencia fiable, pero los requisitos específicos del componente pueden favorecer a uno sobre el otro. La fundición a presión se utiliza con metales no férreos y ofrece una rigidez y durabilidad constantes. La fundición a la cera perdida permite utilizar tanto metales férreos como no férreos y puede satisfacer necesidades específicas de resistencia y dureza.
Necesidades específicas de la aplicación: Comprender la aplicación final de la pieza es crucial. Si la pieza requiere un diseño complejo con detalles finos, la fundición a la cera perdida puede ser la mejor opción. Si la aplicación requiere grandes cantidades con una buena relación coste-eficacia, la fundición a presión puede ser más adecuada.
En conclusión, la decisión entre la fundición a presión y la fundición a la cera perdida es polifacética y debe tomarse teniendo muy en cuenta los factores mencionados. Alinear el método elegido con los requisitos y limitaciones específicos del proyecto garantiza que el proceso de fabricación sea eficiente y eficaz para alcanzar los resultados deseados.
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