La fundición centrífuga , también conocida como fundición en molde de caucho centrífugo ( CRMC ), es un método que utiliza la inercia para producir piezas fundidas a partir de un molde de caucho. Normalmente, se hace girar un molde en forma de disco a lo largo de su eje central a una velocidad determinada. A continuación, se vierte el material de fundición, normalmente metal fundido o plástico termoendurecible líquido , a través de una abertura en la parte superior central del molde. A continuación, el molde lleno continúa girando a medida que el metal (o el plástico termoendurecible) se solidifica.
Las dos características definitorias de la fundición centrifugada son los moldes de caucho semipermanentes (no desechables) y el uso de fuerza inercial. Estas hacen que el proceso sea relativamente único en comparación con los métodos de fundición con moldes desechables y basados en matrices mecanizadas. Estas cualidades permiten a los operadores diseñar modelos originales utilizando medios como arcilla polimérica , que tiene una consistencia similar a la plastilina fácil de tallar y cuando se calienta utilizando un horno convencional se endurece lo suficiente como para resistir el proceso de vulcanización, produciendo un molde original donde luego se moldean los modelos para el molde de producción. [ aclaración necesaria ] Estas cualidades también alientan a los operadores a utilizar materiales de fundición especialmente formulados para puntos de fusión y viscosidades bajos . La mayor parte de la fundición centrifugada se realiza con aleaciones de peltre y zinc o plásticos termoendurecibles.
El proceso de fundición por centrifugación suele utilizar silicona vulcanizada o caucho orgánico como sustrato para la fabricación del molde. La vulcanización es un paso integral que se produce a mitad del proceso de fabricación del molde. Antes de la vulcanización, el caucho del molde es un fluido blando y maleable similar a un sólido, en muchos sentidos muy similar a la masilla Silly Putty . Debido a la naturaleza similar a la arcilla en esta etapa, el molde se corta o se le da forma fácilmente para acomodar modelos irregulares. La vulcanización tiene dos propósitos: establecer el espacio negativo dentro del molde y endurecer el caucho para que permanezca fuerte y rígido durante la fundición.
Después de la vulcanización, antes de que se pueda utilizar, el molde debe someterse a un proceso de vertido y ventilación. Esto implica la creación de canales para garantizar un flujo adecuado de aire y material durante el proceso de fundición. El proceso de vertido y ventilación se realiza normalmente a mano con un cuchillo afilado o un bisturí y el tiempo varía según la complejidad del molde. El producto final es un molde de caucho curado, que puede soportar entre cientos y más de mil ciclos de fundición antes de que sea necesario sustituirlo.
En general, los materiales de fundición que se utilizan para procesos competitivos como la fundición a presión de metales y el moldeo por inyección son similares, pero no son adecuados para la fundición por centrifugación. Por ejemplo, se puede utilizar una aleación típica de fundición a presión de zinc, como Zamak 3, pero se solidificará demasiado rápido a partir de un estado fundido cuando se la funde con fuerza centrífuga. Esto suele dar como resultado un llenado incompleto del molde, así como un acabado áspero y poroso, llamado cáscara de naranja . Zamak 2, de una composición ligeramente diferente, se desarrolló originalmente como una aleación de fundición por gravedad con mayor resistencia final, pero se descubrió que funcionaba bien con la fundición por centrifugación. Su contenido adicional de cobre fomenta el comportamiento eutéctico y proporciona un punto de congelación más bajo. Se lo conoce como "Kirksite" y ha dado lugar a una gama de aleaciones dedicadas a la fundición por centrifugación, algunas con componentes adicionales, como magnesio, para controlar el acabado de la superficie.
Para garantizar ciclos de fundición replicables de reproducciones precisas con un acabado de alta calidad, el proceso de fundición centrifugada requiere materiales de fundición con las siguientes cualidades, por las siguientes razones:
Aparte de las aleaciones de metal mencionadas anteriormente, las resinas termoendurecibles y los plásticos funcionan bien con la fundición centrifugada, ya que se pueden introducir como líquidos y se solidificarán mientras el molde gira. En general, la fundición centrifugada fomenta el uso de materiales de fundición que son líquidos al introducirlos en el molde y se solidifican a un ritmo lento y uniforme durante el ciclo de centrifugado.
Durante el proceso de fundición, el molde terminado gira a lo largo de su eje central durante un tiempo que va desde 30 segundos hasta varios minutos, según el material de fundición elegido. En su interior, una máquina de fundición por centrifugado o máquina de colada por centrifugado consta de un motor y un sistema de sujeción por presión, que sujeta y posiciona el molde correctamente mientras gira a un ritmo constante. Estos componentes se colocan dentro de un cuerpo de máquina, que protege contra el destello de metal fundido o plástico líquido que se expulsa inadvertidamente del molde durante el proceso de centrifugado. Sin la contención adecuada, el destello de metal fundido puede ser un peligro grave para las personas cercanas.
Las máquinas de colada centrifugada comerciales están disponibles en dos tipos diferentes: de carga frontal y de carga superior. Debido al peso y volumen de los moldes de colada centrifugada, las máquinas de carga frontal tienden a ofrecer varias ventajas en cuanto a facilidad de uso y ahorro de tiempo. Los moldes de caucho pueden llegar a ser bastante pesados, especialmente en diámetros mayores y al fundir metal. Debido a que la carga y descarga de la máquina de colada centrifugada se realiza a mano, es más fácil y menos fatigoso manipular el molde a la altura de la cintura en un movimiento fluido como lo permite una máquina de colada centrifugada de carga frontal. Esto es importante en la colada centrifugada de producción, para maximizar el número de ciclos de colada por hora.
Las máquinas de carga superior tienden a ser más baratas y, teóricamente, tienen menos restricciones en cuanto al espesor máximo del molde.
La vulcanización es un paso necesario para preparar el molde de silicona sin curar para la fundición centrifugada. Bajo calor y presión controlados, la silicona se cura lentamente hasta formar un molde permanente, flexible y resistente al calor. La prensa vulcanizadora o vulcanizadora comprime uniformemente el molde mientras lo expone al calor durante varias horas. La vulcanizadora consta de un par de placas calentadas paralelas montadas en una prensa hidráulica . Las vulcanizadoras más pequeñas o caseras pueden comprimir el molde mediante tornillos o una abrazadera de alta resistencia en lugar de presión hidráulica. Algunas operaciones de fundición centrifugada optan por prescindir de su propia vulcanizadora y adquirir moldes de un proveedor.
Un horno de fusión es necesario únicamente cuando se realiza una fundición de metal por centrifugación. El metal debe estar fundido antes de introducirlo en el molde. Es necesario que un horno de fundición por centrifugación tenga un controlador de temperatura, ya que existe un rango óptimo para cada metal. Por ejemplo, una aleación de zinc en particular se funde normalmente entre 413 y 427 °C (775 y 801 °F), mientras que en realidad se funde mucho más abajo, alrededor de 260 °C (500 °F). Si el metal se introduce en el molde a una temperatura más alta (en este caso, por encima de 427 °C u 801 °F), desgastará la silicona prematuramente, acortando la vida útil del molde. Si el metal se introduce a temperaturas significativamente más bajas (por debajo de 413 °C o 775 °F), su tiempo de solidificación se acortará de manera similar, lo que dará como resultado piezas fundidas incompletas o de baja calidad. La fundición de metal por centrifugación requiere un horno con un control preciso de la temperatura y conocimiento de la temperatura de fundición adecuada.
La fundición centrifugada es un método preferido para fabricar artículos en los materiales especificados: metales de baja temperatura y plásticos termoendurecibles. En comparación con los dos principales procesos de la competencia, el moldeo por inyección y la fundición a presión (de zinc), la fundición centrifugada tiene ventajas significativas en términos de costo inicial y facilidad de uso. En algunos casos, la fundición centrifugada también puede ser una alternativa a la fundición en arena , la fundición en molde de yeso o la fundición a la cera perdida. Estas tres técnicas (arena, yeso y cera perdida) no son directamente comparables, ya que cada una utiliza un molde desechable.
La notable disparidad en el costo de las herramientas y el tiempo de entrega es el resultado del costoso y lento mecanizado que se requiere para producir los moldes de metal de precisión (matrices) que se utilizan en la fundición a presión y el moldeo por inyección de plástico. La precisión de las herramientas y la naturaleza resiliente de las matrices de metal mecanizadas dan como resultado un molde extremadamente duradero y ligeras mejoras en las tolerancias de fundición. Los termoplásticos y las aleaciones de metal para fundición a presión se utilizan más que sus análogos especializados de fundición por centrifugación y, por lo general, son más económicos.
La fundición centrifugada se utiliza habitualmente para la fabricación de los siguientes tipos de artículos:
Debido a los bajos costos iniciales y la facilidad de uso, la fundición centrifugada está disponible para individuos y empresas que no pueden hacer las grandes inversiones que requieren la fundición a presión, el moldeo por inyección o procesos similares. Estos usuarios incluyen pequeñas empresas y casas de diseño que normalmente contratarían su trabajo a talleres de producción, así como aficionados que producen artículos únicos para su disfrute personal. Por lo tanto, la fundición centrifugada es accesible para una gama más amplia de aplicaciones que las tecnologías de la competencia.