Introducción al método de colada perdida

El método de fundición a la cáscara de espuma perdida es un híbrido de la fundición a la cáscara y la fundición a la cáscara. fundición a la espuma perdida (vaporización-patrón). En este proceso, un patrón de espuma expandible (normalmente EPS) se recubre con un revestimiento cerámico (refractario) resistente a altas temperaturas y se hornea para formar una cubierta rígida sobre la espuma. El patrón de espuma recubierto se coloca en una caja de molde de arena seca y se hace el vacío (presión negativa).

Antes del vertido, se enciende el patrón de espuma (normalmente en el bebedero), de modo que la espuma se quema, dejando una cáscara cerámica hueca dentro de la arena. A continuación, se vierte metal fundido en la cavidad evacuada. El resultado es una fundición de alta precisión (comparable a la fundición a la cera perdida en cuanto a la calidad de la superficie) prácticamente sin defectos relacionados con el carbono de la espuma. El proceso global -desde la fabricación del modelo hasta el vertido- es sencillo, eficaz y barato, y puede utilizar esencialmente el mismo equipo que la fundición convencional con espuma perdida. Sólo se añade un paso adicional (encender la espuma) justo antes del vertido, y no se necesitan cambios especiales en el utillaje.

Descripción del proceso

El procedimiento típico implica varios pasos clave:

Fabricación de patrones: Se fabrica un patrón de espuma con la forma y el tamaño exactos de la pieza de fundición deseada. Se aplican varias capas de pintura refractaria a la superficie del patrón y se secan (a menudo en un horno) para formar una capa fina y dura. Esta cáscara servirá como molde de fundición una vez que se retire la espuma.

Embalaje del molde: El patrón de espuma recubierto se coloca en una caja de molde de arena seca. La arena se hace vibrar o se apisona para compactarla bien alrededor del patrón. A continuación, se colocan los patrones del sistema de inyección (bebedero y elevador): se entierran en la arena de forma que su parte superior quede a la altura o justo por encima de la superficie del molde. A continuación, se cubre la caja del molde con una película de plástico (lámina de sellado) plana en la parte superior.

Instalación de compuertas y vacío: Una vez colocada la lámina, se disponen tiras de arcilla (arena adhesiva) alrededor de la abertura de la compuerta de vertido y se fija el vaso de vertido (bebedero) en el exterior. Por último, se sella la caja de arena y se conecta a una bomba de vacío, evacuando el interior a la presión negativa requerida.

Tras estos pasos, el molde envasado está listo para el vertido. El patrón de espuma (y cualquier espuma en el revestimiento) se enciende (normalmente desde el bebedero) al vacío. La espuma se quema rápidamente y el sistema de vacío extrae los gases de escape. Una vez que la espuma ha desaparecido en su mayor parte (a menudo 90% quemado), se vierte metal fundido en la cavidad. La capa de cerámica soporta el metal y la pieza se solidifica con la forma exacta del patrón de espuma original.

Ventajas y desventajas

El proceso de fundición de coquilla de espuma perdida ofrece importantes ventajas. Al eliminar el patrón de espuma antes del llenado de metal, prácticamente se eliminan los "defectos de carbono" inherentes a la fundición convencional de espuma perdida. Estos defectos (debidos al carbono dejado por la espuma) incluyen el exceso de carbono en la fundición, las inclusiones de escoria, las arrugas superficiales, la composición desigual de la aleación, los granos gruesos, las zonas duras/frágiles de la superficie y la porosidad.

Eliminando estas fuentes de carbono se obtienen excelentes piezas fundidas con una calidad interna y un acabado superficial mejorados. En la práctica, las piezas fundidas producidas por este método pueden acercarse al nivel de calidad de la fundición a la cera perdida, al tiempo que permiten geometrías grandes y complejas a un coste relativamente bajo.

Sin embargo, el método también presenta retos. El proceso es sensible a las condiciones de vacío. Debe establecerse un vacío inicial suficientemente alto (por ejemplo, >0,06 MPa de presión negativa) antes de la quema de la espuma para garantizar que quede un vacío modesto (≈0,02 MPa) después de la quema. Si el vacío inicial es demasiado bajo, el quemado de la espuma provoca una rápida pérdida de vacío y el colapso del molde.

Por el contrario, si el vacío es demasiado alto, pueden producirse otros defectos, como la adherencia de arena o porosidad en la pieza fundida. Además, cuando se consume el patrón de espuma, la película de plástico (que recubre el molde) puede quemarse en la interfaz del bebedero o la contrahuella, permitiendo la entrada de aire o arena. Esta pérdida repentina de presión ("tres fugas" de arena, aire o metal) puede provocar el colapso del molde o que la arena quede atrapada en la pieza fundida. En la práctica, estos factores pueden hacer que el proceso sea inestable si no se toman medidas adicionales.

Colapso del caparazón: Causas y análisis

Un defecto crítico en la fundición de coquilla de espuma perdida es colapso del armazón (también conocido como defecto de "sofá"). El colapso suele producirse en piezas fundidas de gran tamaño o en secciones con cavidades cerradas, normalmente durante el vertido o la solidificación. Las causas principales son:

Flujo de metal fundido. Durante el vertido, parte del metal puede desviarse bajo fuerzas externas y eludir ciertas regiones de la cavidad. En otras palabras, parte del metal fluye más allá de la zona prevista y deja parte del volumen de la cavidad sin rellenar. Este efecto de "flujo repentino" significa que la estructura de arena se carga de forma desigual, lo que aumenta el riesgo de colapso en las zonas sin carga.

Resistencia insuficiente del revestimiento. Antes del quemado, el patrón de espuma amortigua el metal entrante y protege la arena. Una vez retirada la espuma, el molde de arena debe apoyarse únicamente en el revestimiento endurecido. Si el revestimiento carece de refractariedad o de resistencia a altas temperaturas, no podrá soportar totalmente el peso y la erosión de la corriente de metal. En ese caso, el metal caliente puede erosionar y debilitar localmente la arena circundante, provocando su hundimiento. Esto es especialmente probable cerca de grandes compuertas internas o secciones delgadas, donde el armazón de soporte está sometido a una gran carga metálica.

Evolución excesiva de gas. Quemar un patrón de espuma gruesa en vacío produce un gran volumen de gas de repente. Si los orificios de ventilación del molde (y la capacidad de la bomba de vacío) no pueden hacer frente a esta rápida generación de gas, se acumulará presión. En el peor de los casos, el gas atrapado puede provocar el abombamiento o la rotura de la estructura del molde. Por tanto, una ventilación o una potencia de la bomba insuficientes pueden provocar directamente el colapso de la carcasa durante el quemado.

En la práctica, una vez que se enciende la espuma, el moldeo por vacío convencional (película de plástico que cubre una caja de vacío) tiende a fallar. A menudo, la película se quema alrededor del bebedero o el tubo ascendente, lo que provoca una caída brusca del vacío y crea un gran desequilibrio de presión entre el interior y el exterior del molde. Este aumento de presión puede colapsar fácilmente el molde. Se podría intentar compensar estableciendo un vacío inicial muy alto (por ejemplo, -0,07 MPa), pero en los experimentos esto suele introducir nuevos problemas (por ejemplo, porosidad del gas) y es difícil de controlar. En resumen, el simple ajuste del vacío ha demostrado ser poco fiable para evitar el colapso.

Método mejorado de empaquetado de patrones

Para resolver el problema del colapso, se modifica el procedimiento de empaquetado de los patrones para que el molde permanezca bien sellado incluso después de que se queme la espuma. En el método mejorado, los patrones de cierre se disponen de modo que sobresalgan a través de la película de sellado y se refuerzan con arena adhesiva. Los pasos son los siguientes:

El patrón de espuma (modelo moldeado) se entierra y compacta en arena seca como antes.

Los patrones del bebedero y de la contrahuella se colocan de modo que su parte superior sobresalir por encima de la superficie del arenero.

La película de plástico se coloca plana sobre el cajón de arena, con los patrones del bebedero y el elevador asomando a través de la película.

Un anillo de arena adhesiva se coloca alrededor de cada modelo de bebedero/prensador que sobresale por encima de la lámina y se alisa con una espátula. A continuación, se coloca el vaso vertedor sobre el bebedero.

Por último, se sella la caja de vacío y se conecta a la bomba de vacío como antes.

Esta configuración garantiza que la cavidad del molde permanezca efectivamente sellada durante el quemado y el vertido. Con el bebedero y el tubo vertical atravesando la película y unidos por la arena, la presión dentro y fuera de la cavidad se mantiene equilibrada, incluso después de que se consuma la espuma. En otras palabras, la diferencia de presión de aire a través del molde cambia muy poco durante el vertido, por lo que la lectura del vacuómetro se mantiene precisa y estable. Además, una vez que la arena de unión se endurece, mantiene la película firmemente contra las superficies del patrón, evitando las "tres fugas" (aire, arena o metal). En efecto, el molde se comporta ahora como una cáscara cerrada: la espuma se quema en una cavidad pequeña y bien ventilada en lugar de un matraz muy abierto. En la práctica, esta mejora del empaquetado elimina casi por completo el colapso de la cáscara y los defectos de fundición.

Conclusión

En resumen, la fundición de coquilla de espuma perdida es un prometedor método de fundición de precisión que combina la precisión de la fundición a la cera perdida con la sencillez y flexibilidad de los modelos de espuma perdida. Su principal ventaja es la eliminación de los defectos de carbono, con lo que se obtienen piezas de fundición de calidad superior, mientras que su principal reto ha sido evitar el colapso del molde en vacío. La técnica de empaquetado mejorada -protuberancias a través de la lámina y su refuerzo con arena adhesiva- estabiliza eficazmente la presión del molde durante el quemado. Esta innovación "supera las deficiencias originales, elimina el colapso de la caja y garantiza la calidad de la colada". Como resultado, el proceso consigue piezas de fundición fiables y de alta calidad con índices de desecho reducidos. Estos perfeccionamientos mejoran enormemente la utilidad práctica de la fundición en coquilla de espuma perdida para producir piezas complejas de paredes finas con precisión de fundición a la cera perdida.

Hangzhou Ouchen Technology Co., Ltd es un fabricante líder especializado en equipos avanzados para la industria de la fundición a la espuma perdida. Nuestros sistemas incorporan automatización PLC de última generación, supervisión remota y adaptabilidad modular, lo que los hace ideales para el proceso de fundición en coquilla de espuma perdida descrito anteriormente. Nuestras soluciones integradas eliminan los defectos de carbono y evitan el colapso de los moldes con una fiabilidad inigualable, ya se trate de aumentar la producción de grandes volúmenes o de mejorar la integridad de piezas de fundición complejas.

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