La fundición por rotación , también conocida como fundición centrífuga en molde de caucho ( CRMC ), es un método que utiliza la inercia para producir piezas fundidas a partir de un molde de caucho. Normalmente, un molde en forma de disco se hace girar a lo largo de su eje central a una velocidad determinada. Luego , el material de fundición, generalmente metal fundido o plástico termoestable líquido , se vierte a través de una abertura en la parte superior central del molde. Luego, el molde lleno continúa girando mientras el metal (o plástico termoestable) se solidifica.
Las dos características que definen la fundición por rotación son los moldes de caucho semipermanentes (no fungibles) y el uso de fuerza de inercia. Esto hace que el proceso sea relativamente único en comparación con los métodos de fundición con moldes desechables y basados en troqueles mecanizados. 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 que, cuando se calienta con un horno convencional, se endurece lo suficiente como para resistir el proceso de vulcanización, produciendo un molde original donde luego se colocan los modelos. fundición para el molde de producción. Estas cualidades también alientan a los operadores a utilizar materiales de fundición especialmente formulados para viscosidades y puntos de fusión bajos . La mayor parte de la fundición por rotación se realiza con aleaciones de peltre y zinc o plásticos termoestables.
El proceso de fundición por rotación suele utilizar silicona vulcanizada o caucho orgánico como sustrato para la fabricación de moldes. La vulcanización es un paso integral que ocurre a mitad del proceso de fabricación del molde. Antes de la vulcanización, el caucho del molde es un fluido suave y maleable similar a un sólido, en muchos aspectos muy similar a 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 sea utilizable, el molde debe someterse a compuertas y ventilación. Esto implica tallar canales para garantizar un flujo adecuado de aire y material durante el proceso de fundición. La compuerta y ventilación generalmente se realiza a mano usando un cuchillo afilado o un bisturí y varía en el tiempo dependiendo de la complejidad del molde. El producto final es un molde de caucho curado, que puede soportar desde cientos hasta más de mil ciclos de fundición antes de que sea necesario reemplazarlo.
Generalmente, los materiales de fundición utilizados para procesos competitivos como la fundición a presión de metales y el moldeo por inyección son similares, pero no adecuados para la fundición por rotación. Por ejemplo, se puede utilizar una aleación típica de fundición a presión de zinc, como Zamak 3, pero se solidificará demasiado rápidamente desde un estado fundido cuando se funde con fuerza centrífuga. Por lo general, esto da como resultado un llenado incompleto del molde, así como un acabado áspero y poroso, llamado piel de naranja . Zamak 2, de una composición ligeramente diferente, se desarrolló originalmente como una aleación fundida por gravedad con mayor resistencia final, pero se descubrió que funciona bien con la fundición por rotación. Su contenido extra de cobre favorece el comportamiento eutéctico y proporciona un punto de congelación más bajo. Se le conoce como 'kirksite' y ha dado lugar a una gama de aleaciones específicas para fundición por rotación, 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 por rotación requiere materiales de fundición con las siguientes cualidades, por las siguientes razones:
Aparte de las aleaciones metálicas mencionadas anteriormente, las resinas y los plásticos termoestables funcionan bien con la fundición por rotación, ya que pueden introducirse en forma líquida y fraguar o solidificarse mientras el molde gira. En general, la fundición por rotación fomenta el uso de materiales de fundición que son líquidos al introducirse en el molde y se solidifican a un ritmo lento y uniforme durante el ciclo de rotación.
Durante el proceso de fundición, el molde terminado gira a lo largo de su eje central durante entre 30 segundos y varios minutos, dependiendo del material de fundición elegido. Internamente, una máquina de fundición por rotación o rueda giratoria consta de un motor y un sistema de sujeción a presión, que sostiene y posiciona el molde correctamente mientras gira a un ritmo constante. Estos componentes se colocan dentro del cuerpo de una máquina, que protege contra el destello de metal fundido o plástico líquido que se expulsa inadvertidamente del molde durante el proceso de hilado. Sin la contención adecuada, los tapajuntas derretidos en caliente pueden representar un peligro grave para las personas cercanas.
Las máquinas comerciales de fundición por rotación están disponibles en dos tipos diferentes: de carga frontal y de carga superior. Debido al peso y volumen de los moldes de fundición giratoria, 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 volverse bastante pesados, especialmente en diámetros más grandes y al fundir metal. Debido a que la carga y descarga de la rueda se realiza a mano, es más fácil y menos fatigante manipular el molde al nivel de la cintura con un movimiento fluido como lo permite una rueda giratoria de carga frontal. Esto es importante en la producción de fundición por rotación, para maximizar el número de ciclos de fundición por hora.
Las máquinas de carga superior tienden a ser más baratas y, en teoría, 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 por rotación. Bajo calor y presión controlados, la silicona se cura lentamente hasta formar un molde permanente, flexible y resistente al calor. La prensa vulcanizadora o vulcanizador comprime uniformemente el molde mientras lo expone al calor durante varias horas. El vulcanizador consta de un par de placas calentadas paralelas montadas en una prensa hidráulica . Los vulcanizadores más pequeños o caseros pueden comprimir el molde mediante tornillos o una abrazadera resistente en lugar de presión hidráulica. Algunas operaciones de fundición por rotación optan por renunciar a utilizar su propio vulcanizador y adquirir moldes de un proveedor.
Un horno de fusión sólo es necesario para la fundición por rotación de metal. El metal debe fundirse antes de su introducción en el molde. Es necesario que un horno de centrifugación cuente con un controlador de temperatura, ya que existe un rango óptimo para cada metal. Por ejemplo, una aleación de zinc en particular normalmente se funde entre 413 y 427 °C (775-800 °F), mientras que en realidad se funde mucho menos, 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 o 800 °F), desgastará la silicona prematuramente, acortando la vida útil del molde. Si el metal se introduce a temperaturas significativamente más bajas (por debajo de 775 °F), su tiempo de solidificación también se acortará, lo que resultará en piezas fundidas incompletas o de baja calidad. La fundición por rotación de metal requiere un horno con un control preciso de la temperatura y conocimiento de la temperatura de fundición adecuada.
La fundición por rotación es un método preferido para fabricar artículos con los materiales especificados: metales de baja temperatura y plásticos termoestables. En comparación con los dos principales procesos competidores, el moldeo por inyección y la fundición a presión (de zinc), la fundición por rotación tiene ventajas significativas en términos de coste inicial y facilidad de uso. En algunos casos, la fundición por rotación 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 prescindible.
La notable disparidad en el costo de las herramientas y el tiempo de entrega es el resultado del costoso y lento mecanizado necesario para producir los moldes metálicos de precisión (troqueles) utilizados en la fundición a presión y el moldeo por inyección de plástico. Las herramientas de precisión y la naturaleza resistente de la matriz de metal maquinada producen un molde extremadamente duradero y ligeras mejoras en las tolerancias de fundición. Los termoplásticos y las aleaciones metálicas de fundición a presión se utilizan más ampliamente que sus análogos especializados de fundición por rotación y, por lo general, son más baratos.
La fundición por rotación se utiliza comúnmente para la fabricación de los siguientes tipos de artículos:
Debido a los bajos costos iniciales y la facilidad de uso, la fundición por rotación está disponible para personas y empresas que no pueden realizar las grandes inversiones requeridas por la fundición a presión, el moldeo por inyección o procesos similares. Estos usuarios incluyen empresas más pequeñas y casas de diseño que normalmente contratarían su trabajo a talleres de producción, así como aficionados que producen artículos únicos para disfrute personal. Por lo tanto, la fundición por rotación es accesible a una gama más amplia de aplicaciones que las tecnologías de la competencia.