Moldeo de concha

El moldeo en cáscara , también conocido como fundición en molde de cáscara , ^[1] es un proceso de fundición en molde desechable que utiliza arena cubierta de resina para formar el molde . En comparación con la fundición en arena , este proceso tiene una mejor precisión dimensional, una mayor tasa de productividad y menores requisitos de mano de obra. Se utiliza para piezas pequeñas a medianas que requieren alta precisión. ^[2] El moldeo en cáscara se desarrolló como un proceso de fabricación a mediados del siglo XX en Alemania. Fue inventado por el ingeniero alemán Johannes Croning. ^{[3] [4]} La fundición en molde de cáscara es un proceso de fundición de metal similar a la fundición en arena, en el que el metal fundido se vierte en un molde desechable. Sin embargo, en la fundición en molde de cáscara, el molde es una cáscara de paredes delgadas creada a partir de la aplicación de una mezcla de arena y resina alrededor de un patrón. El patrón, una pieza de metal con la forma de la pieza deseada, se reutiliza para formar múltiples moldes de cáscara. Un patrón reutilizable permite tasas de producción más altas, mientras que los moldes desechables permiten fundir geometrías complejas. Para la fundición en molde se requiere el uso de un patrón de metal, un horno, una mezcla de arena y resina, una caja de descarga y metal fundido.

La fundición en molde permite el uso de metales ferrosos y no ferrosos, siendo más común el uso de hierro fundido, acero al carbono, acero aleado, acero inoxidable, aleaciones de aluminio y aleaciones de cobre. Las piezas típicas son de tamaño pequeño a mediano y requieren alta precisión, como las cajas de engranajes, las culatas, las bielas y los brazos de palanca.

El proceso de fundición en molde de cáscara consta de los siguientes pasos:

Creación de patrones: se crea un patrón de metal de dos piezas con la forma de la pieza deseada, generalmente de hierro o acero. A veces se utilizan otros materiales, como aluminio para la producción en serie o grafito para la fundición de materiales reactivos.

Creación del molde: primero, cada mitad del modelo se calienta a 175–370 °C (347–698 °F) y se recubre con un lubricante para facilitar su extracción. A continuación, el modelo calentado se sujeta a una caja de descarga, que contiene una mezcla de arena y un aglutinante de resina. La caja de descarga se invierte, lo que permite que esta mezcla de arena y resina cubra el modelo. El modelo calentado cura parcialmente la mezcla, que ahora forma una cáscara alrededor del modelo. Cada mitad del modelo y la cáscara circundante se curan por completo en un horno y luego la cáscara se expulsa del modelo.

Ensamblaje del molde: las dos mitades de la carcasa se unen y se sujetan firmemente para formar el molde de carcasa completo. Si se requieren núcleos, se insertan antes de cerrar el molde. Luego, el molde de carcasa se coloca en un matraz y se sostiene con un material de soporte.

Vertido: el molde se sujeta firmemente mientras el metal fundido se vierte desde un cucharón hacia el sistema de compuertas y llena la cavidad del molde.

Enfriamiento: Una vez llenado el molde, se deja que el metal fundido se enfríe y se solidifique hasta adquirir la forma de la pieza final.

Retirada de la pieza fundida: una vez que el metal fundido se ha enfriado, se puede romper el molde y retirar la pieza fundida. Se requieren procesos de recorte y limpieza para eliminar el exceso de metal del sistema de alimentación y la arena del molde.

Entre los ejemplos de artículos moldeados en carcasa se incluyen cajas de engranajes , culatas y bielas. También se utiliza para fabricar núcleos de moldeo de alta precisión.

El proceso de creación de un molde de concha consta de seis pasos: ^{[2] [5]}

1. Se vierte, se sopla o se proyecta arena de sílice fina recubierta de una resina fenólica termoendurecible delgada (3-6 %) y un catalizador líquido sobre un patrón caliente . El patrón suele estar hecho de hierro fundido y se calienta a una temperatura de entre 230 y 260 °C (446 y 500 °F). Se deja reposar la arena sobre el patrón durante unos minutos para que se endurezca parcialmente.
2. A continuación, se invierte el patrón y la arena para que el exceso de arena se desprenda del patrón y quede únicamente la "cáscara". Según el tiempo y la temperatura del patrón, el grosor de la cáscara es de entre 10 y 20 mm (0,4 y 0,8 pulgadas).
3. El patrón y la carcasa se colocan juntos en un horno para terminar de curar la arena. La carcasa ahora tiene una resistencia a la tracción de 350 a 450 psi (2,4 a 3,1 MPa).
4. A continuación se retira la cáscara endurecida del patrón.
5. A continuación, se unen dos o más carcasas mediante sujeción o pegado con un adhesivo termoendurecible para formar un molde. Este molde terminado puede utilizarse inmediatamente o almacenarse casi indefinidamente.
6. Para la fundición, el molde de la cáscara se coloca dentro de un matraz y se rodea con granalla , arena o grava para reforzar la cáscara. ^[6]

La máquina que se utiliza para este proceso se llama máquina de moldeo de conchas . Calienta el patrón, aplica la mezcla de arena y hornea la concha.

La preparación y producción de los patrones de moldes de concha lleva semanas, después de lo cual se puede alcanzar una producción de 5 a 50 piezas/hora de molde. ^[7] Los materiales comunes incluyen hierro fundido , aluminio y aleaciones de cobre . ^[1] Los productos de aluminio y magnesio promedian alrededor de 13,5 kg (30 lb) como límite normal, pero es posible fundir artículos en el rango de 45 a 90 kg (100 a 200 lb). ^{[ cita requerida ]} El extremo pequeño del límite es 30 g (1 oz). Dependiendo del material, la sección transversal más delgada moldeable es de 1,5 a 6 mm (0,06 a 0,24 in). El ángulo de inclinación mínimo es de 0,25 a 0,5 grados. ^[1]

Las tolerancias típicas son de 0,005 mm/mm o in/in porque el compuesto de arena está diseñado para que apenas se encoja y se utiliza un patrón de metal. El acabado de la superficie de la fundición es de 0,3 a 4,0  micrómetros (50 a 150 μin) porque se utiliza una arena más fina. La resina también ayuda a formar una superficie muy lisa. El proceso, en general, produce piezas fundidas muy consistentes de una fundición a la siguiente. ^[5]

La mezcla de arena y resina se puede reciclar quemando la resina a altas temperaturas. ^[6]

Ventajas

• Piezas muy grandes
• Formas complejas y precisas con finos detalles y buenos acabados superficiales.
• Costes de mecanizado reducidos
• El moldeo de carcasas se puede automatizar completamente para la producción en masa . ^[2]
• Alta tasa de producción, bajos costos laborales si se automatiza.
• Posibilidad de plazo de entrega corto.
• Muchas opciones de materiales.
• Bajos costos de herramientas y equipos.
• Los problemas con los gases son mínimos, ya que no hay humedad en la carcasa y el poco gas que queda se escapa fácilmente a través de la fina carcasa. Cuando se vierte el metal, parte del aglutinante de resina se quema en la superficie de la carcasa, lo que facilita su extracción. ^{[1] [5]}

Desventajas

• El sistema de compuerta debe ser parte del patrón porque todo el molde se forma a partir del patrón, lo que puede resultar costoso.
• La resina para la arena es cara, aunque no se requiere mucha porque sólo se forma una cáscara. ^[5]
• Pobre resistencia del material.
• Posibilidad de alta porosidad.
• A menudo se requiere mecanizado secundario.
• Alto costo de mano de obra si se hace manualmente.

Culata, biela, bloques de motor y colectores, bases de máquinas.

• Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003). Materiales y procesos en la fabricación (novena edición). Wiley. ISBN 0-471-65653-4.
• Todd, Robert H.; Dell K. Allen; Leo Alting (1994). Guía de referencia de procesos de fabricación. Industrial Press Inc. ISBN 0-8311-3049-0.