Moldeo de conchas: Funcionamiento y aplicaciones
Si trabaja con fundición de metales, sabe lo importante que es conseguir piezas suaves y precisas al tiempo que se mantiene la eficiencia de la producción. El moldeo en coquilla es un método que ayuda a conseguir una gran precisión y consistencia en la fabricación.
En esta guía aprenderá qué es el moldeo de conchas, cómo funciona, sus aplicaciones y mucho más.
¿Qué es el moldeo de conchas?
El moldeo en coquilla es un proceso de fundición que utiliza una fina capa de arena endurecida para formar el molde.
A diferencia de la fundición en arena tradicional, en la que el molde está hecho enteramente de arena compactada, el moldeo en coquilla utiliza una mezcla de arena recubierta de resina que crea un molde más liso y preciso. El resultado son piezas con un mejor acabado superficial y tolerancias más estrictas.
El papel del moldeo de coquillas en la fabricación
El moldeo en coquilla le ayuda a fabricar piezas metálicas más precisas y lisas que el moldeo en arena normal. Este proceso ofrece una producción rápida con menos trabajo manual.
Si necesita piezas de alta precisión, como árboles de levas, el moldeo en coquilla es una mejor opción porque el moldeo en arena no es lo bastante preciso.
Ventajas e inconvenientes del moldeo de conchas
Si automatiza el moldeo de conchas, puede ahorrar dinero en mano de obra. Otras ventajas son:
- Superficies lisas y formas precisas para reducir el trabajo de acabado.
- El aglutinante de resina se quema durante la fundición, por lo que retirar la pieza final es fácil.
- Funciona bien para hacer formas complejas.
- Puedes reutilizar la mezcla de arena y resina.
- Las herramientas utilizadas son baratas y la producción puede empezar rápidamente.
- Puede utilizar este proceso tanto para metales férreos como no férreos.
Para que el proceso de fundición funcione bien, a menudo se necesitan sistemas de compuerta especiales, pero cuestan mucho y generan residuos adicionales. Otros inconvenientes son:
- La resina fenólica utilizada es cara, aunque sólo se necesita una pequeña cantidad.
- El equipo cuesta mucho por adelantado.
- La pieza final puede tener pequeñas bolsas de aire o encogimiento.
- Incluso con un acabado liso, es posible que algunas piezas necesiten más trabajo.
- Si no se automatiza el proceso, puede requerir mucho trabajo manual.
¿Cómo funciona el moldeo de conchas?
En primer lugar, se crea el molde cubriendo un patrón calentado con una mezcla de arena y resina. Esta mezcla se endurece y forma una cáscara. El molde suele tener dos mitades.
Una vez retirado el proceso, se sujetan las dos mitades y se vierte metal fundido en el interior. Cuando el metal se enfría y endurece, se rompe el molde para extraer la pieza acabada.
Proceso paso a paso del moldeo de conchas
El moldeo de conchas sigue seis pasos principales:
1. Crear el patrón
En primer lugar, hay que hacer un patrón metálico que se ajuste a la forma de la pieza final. Este patrón suele estar hecho de acero o hierro.
Si trabaja con metales reactivos, puede que necesite utilizar grafito en su lugar. Cada patrón suele representar la mitad de la pieza, por lo que necesitará dos patrones para formar un molde completo.
2. Hacer el molde
Puedes reutilizar el mismo patrón para crear varios moldes. Empiece recubriendo el patrón con un lubricante, como estearato de calcio. A continuación, caliéntelo a 175-370°C (350-700°F).
A continuación, coloca el patrón sobre una caja llena de una mezcla de arena y resina. Da la vuelta a la caja para que la arena y la resina se adhieran al patrón calentado, formando una cáscara. El calor cura la resina y endurece la cáscara.
3. Montar el molde
Una vez que la concha se haya enfriado, retírela del molde. A continuación, una las dos mitades del molde de concha dentro de un recipiente llamado matraz.
Para mantener el molde estable, rellene el espacio entre la cáscara y las paredes del matraz con una granalla metálica. Sujete bien las mitades del molde para evitar fugas.
4. Verter el metal fundido
A continuación, vierta el metal fundido en el molde. Esto puede hacerse manualmente o con una máquina de colada automática.
5. Dejar enfriar el metal
El metal fundido necesita tiempo para enfriarse y solidificarse. Deje que se enfríe de forma natural a temperatura ambiente; el uso de refrigerantes líquidos o el enfriamiento forzado pueden alterar la estructura y las propiedades del metal.
El tiempo exacto de enfriamiento depende del tipo y el tamaño de la pieza metálica.
6. Retire el molde
Una vez que el metal se haya enfriado por completo, desmolde la pieza. Puede hacerlo separando las dos mitades del molde o rompiendo el molde.
Si el patrón se lubricó correctamente antes del vertido, el material del molde se desprenderá fácilmente.
¿Qué metales se utilizan en el moldeo de coquillas?
Se pueden utilizar muchos tipos de metales en el moldeo de conchas y a continuación se indican algunos de los más comunes.
Aleación de aluminio
Aleaciones de aluminio como ASTM A356, ASTM A413 y ASTM 360 se utilizan cuando se necesitan materiales ligeros en lugar de acero pesado. El aluminio también conduce bien el calor y la electricidad.
Sin embargo, no es tan resistente como el acero y su producción genera más gases de efecto invernadero, por lo que es menos respetuoso con el medio ambiente.
Acero inoxidable
El acero inoxidable contiene al menos 10,5% de cromo, por lo que es muy resistente a la oxidación y la corrosión. Existen distintos tipos de acero inoxidable: ferrítico, martensítico, austenítico, endurecido por precipitación y dúplex.
Aunque el acero inoxidable es menos duradero, es más quebradizo y tiene menos resistencia a la tracción que el acero al carbono.
Cobre
Cobre es un metal blando y ligero que ofrece una gran conductividad, maquinabilidad y resistencia a la corrosión. La mayoría de las aleaciones de cobre funcionan bien en el moldeo de casquillos, excepto el latón.
El inconveniente es que las aleaciones de cobre pueden ser caras y no son tan resistentes como el acero.
Acero dulce
El acero dulce es un acero con bajo contenido en carbono, resistente, asequible y fácil de trabajar. Se suele utilizar en el moldeo de cascos porque es dúctil, soldable y resistente a los impactos.
Sin embargo, se oxida fácilmente si no se protege con revestimientos o tratamientos.
Acero aleado
Acero aleado contiene diferentes metales para mejorar la resistencia, la durabilidad y la resistencia a la temperatura. Los grados más comunes utilizados en el moldeo de casquillos son 20Mn, 45Mn, 40Cr, 42CrMo y 20CrNiMo.
Cada aleación tiene propiedades diferentes, por lo que puede elegir una en función del coste, la solidez o la resistencia a la corrosión.
Hierro fundido
El hierro fundido solía ser el metal más común para la fundición debido a sus fuertes propiedades. Aún hoy se utiliza mucho en muchas industrias.
Los tipos de fundición más comunes para el moldeo de coquillas son la fundición gris, la fundición nodular, la fundición blanca, la fundición maleable y la fundición aleada.
Moldeo en coquilla frente a otros procesos de fundición
El moldeo en coquilla es sólo un tipo de fundición. A continuación le mostramos cómo se compara con otros tipos:
Moldeo en coquilla frente a fundición a presión
Tanto la fundición a presión como el moldeo en coquilla producen piezas metálicas, pero sus moldes son muy diferentes. La fundición a presión utiliza un molde metálico permanente, también llamado matriz, e inyecta metal fundido a alta presión.
El moldeo en coquilla, sin embargo, utiliza un molde desechable de arena y resina y se basa en la fuerza del molde para la precisión en lugar de la presión. La fundición a presión es un proceso mucho más rápido, pero solo funciona con metales con puntos de fusión bajos y piezas de formas sencillas.
Moldeo en coquilla frente al moldeo por inyección
El moldeo por inyección es otro método de moldeo preciso, pero se utiliza para plásticos en lugar de metales. En el moldeo por inyección, el plástico fundido se introduce a presión en un molde de metal sólido.
El moldeo en coquilla, por su parte, vierte metal fundido en un molde de arena provisional. La mayor diferencia entre ambos procesos es el material: el moldeo en coquilla es para metales, mientras que el moldeo por inyección es para plásticos.
Moldeo en coquilla vs. Fundición a la cera perdida
La fundición a la cera perdida funciona de forma diferente al moldeo en coquilla. Comienza con un patrón de cera, que se recubre de cerámica para crear el molde. A continuación, la cera se funde, dejando una cavidad para el metal fundido.
En cambio, en el moldeado de conchas no se utiliza cera. En su lugar, se forma un molde directamente a partir de un patrón de metal y arena. La fundición a la cera perdida produce el acabado superficial más liso, a veces tan fino como 1,3 micras, pero es un proceso más complejo y caro que el moldeo en coquilla.
Aplicaciones del moldeo en coquilla
Éstas son algunas aplicaciones comunes del moldeo en cáscara en diferentes industrias:
Automóvil: Se utiliza para fabricar bloques de motor, culatas, árboles de levas, cigüeñales y cárteres de transmisión.
Aeroespacial: Común para álabes de turbinas y carcasas de engranajes.
Maquinaria industrial: Se utiliza para engranajes, válvulas, carcasas de bombas y brazos de palanca.
Equipo eléctrico: Ayuda a producir carcasas y componentes para sistemas eléctricos.
Petróleo y gas: Se utiliza para cuerpos de válvulas y componentes de precisión personalizados.
¿Cuánto cuesta el moldeo de conchas?
El moldeo en coquilla suele costar entre $0,25 y $0,30 por kilogramo. Es más caro que el moldeo en arena normal porque la arena con infusión de resina cuesta más que la arena de moldeo normal.
Además, se necesita equipo adicional para calentar y curar la mezcla de resina y arena, lo que aumenta el coste total de producción. Para pequeñas series de producción, el moldeo en coquilla suele ser más barato que la fundición a presión porque utiliza un molde más sencillo hecho de arena y resina.
Sin embargo, el moldeo en coquilla es más caro que la fundición a presión cuando se produce un gran número de piezas porque el moldeo en coquilla siempre requiere arena y resina nuevas para cada lote.
¿Cuál es la calidad de los productos de moldeo de conchas?
El moldeo en coquilla crea acabados de alta calidad y dimensiones precisas en comparación con otros métodos de fundición. El acabado liso de la superficie de los productos moldeados en coquilla reduce defectos como grietas y corrosión.
La durabilidad, resistencia al desgaste y resistencia al calor de los productos moldeados en concha dependen sobre todo del tipo de metal utilizado en el proceso.
Conclusión
El moldeo en coquilla es un método de fundición fiable que ofrece alta precisión, superficies lisas y una producción eficaz para una amplia gama de piezas metálicas.
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