La fundición es un proceso de fabricación en el que un material líquido se vierte generalmente en un molde , que contiene una cavidad hueca de la forma deseada, y luego se deja solidificar. La parte solidificada también se conoce como fundición, que se expulsa o se rompe fuera del molde para completar el proceso. Los materiales de fundición suelen ser metales o diversos materiales de fraguado temporal que se curan después de mezclar dos o más componentes; algunos ejemplos son el epoxi , el hormigón , el yeso y la arcilla . La fundición se utiliza con mayor frecuencia para hacer formas complejas que de otro modo serían difíciles o poco económicas de hacer con otros métodos. Los equipos pesados, como las plataformas de las máquinas herramienta, las hélices de los barcos, etc., se pueden fundir fácilmente en el tamaño requerido, en lugar de fabricarlos uniendo varias piezas pequeñas. [1] La fundición es un proceso de 7000 años de antigüedad. La fundición más antigua que sobrevive es una rana de cobre del 3200 a. C. [2]
A lo largo de la historia, la fundición de metales se ha utilizado para fabricar herramientas, armas y objetos religiosos. La historia y el desarrollo de la fundición de metales se remontan al sur de Asia (China, India, Pakistán, etc.). [3] Las tradiciones y religiones del sur de Asia dependían en gran medida de la fundición de estatuas y reliquias. [4] Estos artículos se fabricaban con frecuencia a partir de una aleación de cobre mezclada con plomo. [5] Desde el comienzo de la metalurgia, la mayoría de las fundiciones eran simples moldes de una o dos piezas fabricados a partir de piedra o cerámica. Sin embargo, hay evidencia de fundiciones a la cera perdida en numerosas civilizaciones antiguas. [4]
El proceso de cera perdida se originó en la antigua Mesopotamia . El registro más antiguo conocido de fundición a la cera perdida es una tablilla de arcilla escrita en cuneiforme en la antigua ciudad de Esparta, Babilonia, que registra específicamente cuánta cera se necesita para fundir una llave. [6] Las fundiciones más antiguas conocidas en el registro arqueológico mundial se realizaron en moldes de piedra abiertos. [7] Hay dos tipos de métodos de cera perdida, el método de cera perdida directa y el método de cera perdida indirecta. El método de moldeo directo consiste en hacer el material de cera en el mismo molde de cera que la fundición a mano u otras herramientas; el método de moldeo indirecto consiste en hacer el molde de cera a través del molde. El método de moldeo directo requiere que los artesanos tengan un alto nivel técnico, de lo contrario no se puede garantizar la calidad de las fundiciones. Sin embargo, la limitación del moldeo directo manual es que su eficiencia es demasiado baja para lograr una producción en masa. En este sentido, el moldeo indirecto tiene ventajas. En el moldeo indirecto, los artesanos suelen hacer moldes de piedra, madera, arcilla u otros materiales plásticos. [8]
Las civilizaciones antiguas descubrieron que el plomo ayudaba a la fluidez del cobre fundido, lo que les permitía crear diseños más intrincados. Por ejemplo, la bailarina de Mohenjo-Daro es una fundición de aleación de cobre que probablemente utiliza la técnica de la cera perdida. [4] La fundición a la cera perdida se remonta al 4000 a. C. o al período Calcolítico. [4] Uno de los ejemplos estudiados más antiguos de esta técnica es un amuleto de 6000 años de antigüedad de la civilización del valle del Indo . [9]
Se considera que la India fue una de las primeras civilizaciones en utilizar métodos de fundición para producir monedas en masa. Hacia mediados del primer milenio a. C. (1000 a. C. - 1 a. C.), las monedas utilizadas se fabricaban con plata, pero a medida que avanzaba el milenio, se pasó a utilizar una aleación de cobre fundido. [4] Se desarrolló una nueva tecnología para producir en masa las nuevas monedas de cobre. Se introdujo un molde de plantilla de monedas apilable de varias piezas. Se colocaron varios moldes uno sobre otro en un cilindro de arcilla para poder verter el metal fundido en el centro, llenando y solidificando los espacios abiertos. [4] Este proceso permitió producir cien monedas simultáneamente. [4]
En Oriente Medio y África occidental, la técnica de la cera perdida se utilizó muy temprano en sus tradiciones metalúrgicas, mientras que China la adoptó mucho más tarde. En Europa occidental, se considera que las técnicas de la cera perdida apenas se utilizaron, especialmente en comparación con las de la civilización del valle del Indo. [4] No se encontraron piezas de cera perdida en la capital de Anyang durante la dinastía Shane (1600-1040 a. C.), mientras que se encontró una gran cantidad (100 000 piezas) de fragmentos de moldes de piezas. Esto llevó a la conclusión de que la cera perdida no se practicaba en la capital durante esta dinastía. Sin embargo, el descubrimiento de una máscara hecha con el molde de cera perdida que data de alrededor de 1300 a. C. indicó que la técnica de la cera perdida puede haber influido en otras regiones de China. [10]
Los historiadores debaten el origen del desarrollo del cañón, pero la mayoría de las evidencias apuntan a Turquía y Asia Central en los siglos XVIII y XIX. El proceso de fundición de un cañón es un poco más complejo, ya que se utiliza un núcleo de arcilla, una plantilla a la que se le moldea arcilla y luego se rompe, seguido de un ensamblaje en un pozo de fundición que implica unir la pieza fundida con bandas de hierro. [4]
En la metalistería, el metal se calienta hasta que se vuelve líquido y luego se vierte en un molde. El molde es una cavidad hueca que incluye la forma deseada, pero el molde también incluye canales y elevadores que permiten que el metal llene el molde. Luego, el molde y el metal se enfrían hasta que el metal se solidifica. La pieza solidificada (la pieza fundida) se recupera del molde. Las operaciones posteriores eliminan el exceso de material causado por el proceso de fundición (como los canales y los elevadores).
El yeso y otros materiales de curado químico, como el hormigón y la resina plástica, se pueden moldear utilizando moldes de desechos de un solo uso , como se indicó anteriormente, moldes de "piezas" de usos múltiples o moldes hechos de pequeñas piezas rígidas o de material flexible, como caucho de látex (que a su vez está sostenido por un molde exterior). Al moldear yeso u hormigón, la superficie del material es plana y carece de transparencia. A menudo se aplican tratamientos tópicos a la superficie. Por ejemplo, se puede utilizar pintura y grabado de manera que dé la apariencia de metal o piedra. Alternativamente, el material se altera en su proceso de moldeo inicial y puede contener arena coloreada para darle una apariencia de piedra. Al moldear hormigón, en lugar de yeso, es posible crear esculturas, fuentes o asientos para uso en exteriores. Se puede hacer una simulación de mármol de alta calidad utilizando ciertas resinas plásticas fraguadas químicamente (por ejemplo, epoxi o poliéster , que son polímeros termoendurecibles ) con piedra en polvo agregada para colorear, a menudo con múltiples colores trabajados. Este último es un medio común para hacer lavabos, tapas de lavabos y cabinas de ducha, con el trabajo experto de múltiples colores que da como resultado patrones de tinción simulados como los que se encuentran a menudo en el mármol natural o el travertino .
Las piezas fundidas en bruto a menudo contienen irregularidades causadas por costuras e imperfecciones en los moldes, [10] así como puertos de acceso para verter material en los moldes. [11] El proceso de cortar, moler, afeitar o lijar estos trozos no deseados se llama "desbarbado" en inglés del Reino Unido. [12] [13] En los tiempos modernos, se han desarrollado procesos robóticos para realizar algunas de las partes más repetitivas del proceso de desbarbado, [14] pero históricamente los desbarbadores realizaban este arduo trabajo manualmente, [5] y a menudo en condiciones peligrosas para su salud. [15] El desbarbado puede aumentar significativamente el costo del producto resultante, y los diseñadores de moldes buscan minimizarlo a través de la forma del molde, el material que se está fundiendo y, a veces, incluyendo elementos decorativos. [16] [10]
La simulación del proceso de fundición utiliza métodos numéricos para calcular la calidad de los componentes fundidos teniendo en cuenta el llenado del molde, la solidificación y el enfriamiento, y proporciona una predicción cuantitativa de las propiedades mecánicas de la fundición, las tensiones térmicas y la distorsión. La simulación describe con precisión la calidad de un componente fundido por adelantado, antes de que comience la producción. El aparejo de fundición se puede diseñar con respecto a las propiedades requeridas del componente. Esto tiene beneficios más allá de una reducción en el muestreo previo a la producción, ya que la disposición precisa del sistema de fundición completo también conduce a ahorros de energía , material y herramientas.
El software ayuda al usuario en el diseño de componentes, la determinación de la práctica de fundición y el método de fundición hasta la fabricación de patrones y moldes, el tratamiento térmico y el acabado. Esto ahorra costos a lo largo de todo el proceso de fabricación de piezas fundidas.
La simulación del proceso de fundición se desarrolló inicialmente en universidades a principios de los años 70 , principalmente en Europa y en los EE. UU ., y se considera la innovación más importante en tecnología de fundición de los últimos 50 años. Desde finales de los años 80 , existen programas comerciales (como PoligonSoft, AutoCAST y Magma) que permiten a las fundiciones obtener nuevos conocimientos sobre lo que sucede dentro del molde o la matriz durante el proceso de fundición. [17]
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