Moldeo en coquilla y fundición a presión

1.- MOLDEO EN COQUILLA

Coquilla es un molde metálico que se utiliza para obtener un gran número de piezas idénticas. Tiene dos partes: el cuerpo del molde que reproduce la pieza y los machos o núcleos, que nos permiten obtener las cavidades o entrantes de las piezas. El cuerpo siempre es metálico y los machos pueden serlo o no.

El cuerpo metálico más sencillo estaría formado por dos partes denominadas placas. Puede que necesitemos otra placa horizontal denominada pedestal o plantilla, que sirve de soporte y cierra una parte del molde además de impedir los movimientos de las otras placas. Las placas y el pedestal se van a unir mediante clavijas. Si la pieza es compleja puede que se necesiten más placas superpuestas en pisos.

Determinar la composición, la fuerza y el número de placas es técnica e ingenio.

El espesor de las paredes del molde depende del tamaño de la pieza, pero si las hacemos demasiado grande nos vamos a encontrar con una gran inercia térmica, que retrasará el enfriamiento y el calentamiento. El tamaño lógico es que queda comprendido entre 3 y 4 veces el grueso de la pieza, con unos límites por abajo y por arriba (40 mm y 60 mm respectivamente).

1.1.- NÚCLEOS DE LAS COQUILLAS

Son los elementos que van a reproducir las cavidades. Pueden ser metálicos o de arena. En un molde puede haber varios núcleos y, a su vez, puedes ser metálicos o de arena.

Los núcleos metálicos tienen que tener una forma ligeramente cónica para facilitar su extracción. También tienen que tener un cierto juego con relación al asiento del molde porque el núcleo se ha de calentar previamente. Las cabezas de los núcleos suelen tener un saliente que hace de tope, incluso un segundo saliente que hace de ajuste.

Como consecuencia de esto, la forma de los núcleos es muy variada. En las coquillas de gran tamaño, muy complicadas,…, la operación de extraer los núcleos de ellas suele hacerse mecánicamente.

Estos núcleos son de acero semiduro (0’5% C). Cuando los núcleos son de gran tamaño se pueden hacer de fundición e, incluso, pueden ser huecos.

En cualquier caso se les debe de dar una estabilización sometiéndolos a un tratamiento de homogeneización (como un recocido).

Cuando tenemos un núcleo que presenta gran dificultad para hacerlo en metal, cuando el metal con el que se va a construir sea muy frágil al calor (grietas), entonces se usan de arena, vigilando la formación y salida de los gases y el desprendimiento de granos.

Los órganos de maniobra son aquellos que, no siendo partes fundamentales, sirven para apretar, abrir, facilitar el desmoldeo,… Suelen ser pinzas, tornillos, ganchos,…

1.2.- COLADA DE METAL EN COQUILLA

Podemos hacerla de tres formas distintas:

·        Directa: se emplea cuando la altura de la pieza es pequeña. El metal debe dejarse caer suavemente y sobre la pared del molde. Se debe tener la coquilla inclinada para que el metal se deslice.

·        En fuente: se emplea cuando la pieza tiene una sección decreciente o cuando los llenados hay que hacerlos con rapidez.

·        Por el costado: es muy empleada. Es una colada tranquila y se facilita cuando se hace un bebedero inclinado. También se puede hacer un bebedero en sifón o con varios bebederos, llamándose ramificado.

A veces esa operación de colada es más compleja y, a medida que se va llenando el molde, este va cambiando de movimiento.

También se puede poner una bomba en el fondo que succione el metal, haciéndolo llegar con garantías a zonas de difícil acceso.

1.3.- LUBRICACIÓN DE LAS COQUILLAS

Para proteger los moldes de la abrasión del metal fundido y facilitar su paso, se emplean lubricantes, que pueden ser de diversos tipos, empleándose unos u otros dependiendo del tipo de metal o aleación que se cuele.

1.4.- CALENTAMIENTO

Es una solución con la que tratamos de evitar la aparición de grietas en la coquilla calentándola previamente.

1.5.- ENFRIAMINETO DE LOS NÚCLEOS

A veces es aconsejable enfriar los núcleos, para ello se sumergen en agua destilada. La cantidad de agua estará en relación con el tamaño de los núcleos, intentando que esta no hierva.

1.6.- CONDICIONES DE USO DE LAS COQUILLAS

En el proyecto, antes de fabricarse la coquilla, ha de concretarse la manera en la que ha de utilizarse la coquilla a modo de instrucciones de uso.

En ese sentido, hay que dar los siguientes datos:

·        Qué lubricante se debe emplear

·        A qué temperatura se hace la colada

·        A qué temperatura se debe mantener la coquilla

·        A qué velocidad ha de hacerse la colada

·        En que orden se desmolda

·        Cómo han de enfriarse, en su caso, los núcleos.

1.7.- VENTAJAS

·        Se consigue una precisión de cotas muy buena y siempre mejores que en el moldeo en arena

·        Las contracciones son inferiores

·        La inserción de núcleos es mucho más fácil

·        Necesita poco espacio y menos materiales

·        Es más económica para fabricar piezas en cantidades superiores a 500 o 1000 piezas.

2.- FUNDICIÓN A PRESIÓN

La diferencia fundamental respecto a otras fundiciones es que la colada no se hace por gravedad, sino que el metal es inyectado en el molde con una presión que puede imprimirse por un movimiento centrífugo o por una fuerza exterior.

2.1.- PRESIÓN POR FUERZA CENTRÍFUGA

En el caso de utilizar la fuerza centrífuga se llama fundición centrifugada. Consiste en hacer girar el molde alrededor de un eje. De esta forma, el metal irá ocupando la zona externa del molde y llenándose hacia el centro. A veces no de forma total, dando lugar a la formación de cuerpos huecos. La velocidad de giro de los moldes se deduce aplicando una fórmula empírica que parte de la presión que hay en el interior del molde.

Este tipo de fundición presenta las siguientes ventajas:

·        Al aplicar la fuerza centrífuga es como si la fluidez del metal aumentase

·        Se obtienen piezas muy perfectas, sin defectos ni sopladuras

·        Los granos del metal puede ser mayor

            Los inconvenientes de la fundición centrifugada son:

·        Si la presión es muy elevada, el molde es muy costoso

·        No podemos moldear todas las aleaciones

2.2.- FUNDICIÓN POR FUERZA EXTERNA

Es la que se consigue inyectando el metal con una presión dentro del molde. Mediante esta fundición se van a conseguir piezas prácticamente sin límites en sus formas, con aristas vivas, con entrantes y salientes,… y, además, no sólo la geometría de la pieza es compleja, sino que la pieza es conseguida sin defectos, sin sobre espesores, limpias,... y esto hace que las propiedades mecánicas sean un 30 o 40% mejores que en otro tipo de fundición.

2.3.- MATRICES

Son los moldes que se utilizan en estas fundiciones. Son siempre metálicos, similares a los utilizados en el moldeo en coquilla, diferenciándose en su mayor robustez.

            Las matrices constan de los elementos siguientes:

·        Matriz fija de cubierta. Es un bloque de acero normalmente rectangular que se fija a la mesa de la prensa y el bebedero que lleva incorporado debe coincidir con la bocana por donde entra el metal a presión. Esta matriz puede llevar una o varias caras exteriores de la pieza, pero nunca los machos, que se pondrán siempre en la matriz móvil. Otros elementos son los taladros de acoplamiento y los conductos de refrigeración.

·        Matriz móvil de eyección. Va sujeta, normalmente, al carro que tiene la máquina y es extraída por las barras de eyección. También tiene unos orificios de refrigeración y una serie de canales por donde entra el metal a la zona del molde.

·        Placa de eyección. Es una placa en la que se contienen los dispositivos de extracción por tope.

·        Machos. En este tipo de fundición el macho tiene que liberarse de forma automática de la matriz móvil por las barras de eyección.

Para los bebederos y los conductos puede haber varios sistemas. Puede haber una colada por inyección directa o mediante el empleo de un núcleo deflector, que es lo que se llama colada indirecta. Existe la necesidad de tener un canal por donde evacuar el aire y que, para evitar obstrucciones, tiene unos pozos de desborde donde se depositan las impurezas. Entre la barra de eyección y su alojamiento, existe un hueco por donde también se escapa el aire. La refrigeración necesaria se lleva a cabo por medio de la circulación de agua, teniendo cada matriz los conductos necesarios para tal fin. El agua llegará a la matriz a través de unos conductos flexibles.

Las matrices se elaboran en acero, ya que nos garantiza la resistencia de las presiones que se utilizan y, además, aguantan los esfuerzos de contracción, dilatación y fricción de los metales fundidos. Cuando se utiliza para aleaciones de estaño o plomo, las matrices son de aceros al manganeso.

2.4.- MÁQUINAS PARA LA FUNDICIÓN A PRESIÓN

Estas máquinas tienen que hacer de forma automática una serie de operaciones, como son abrir y cerrar las matrices, inyectar el metal con la presión necesaria, extraer los machos, desmoldar.

            Existen dos tipos de máquinas: 

·        De cámara caliente: se llaman así porque están situadas en el horno. Por medio de un sistema que se ajusta a la embocadura del bebedero se lleva el metal fundido hasta la matriz para inyectarlo. La inyección puede hacerse por la acción de un émbolo o bien mediante la acción de aire comprimido.

·        De cámara fría: se llama así por estar separada del horno. El metal es conducido hasta la zona de inyección por un transporte específico. La presión se transmite por la acción de un émbolo. Las diversas operaciones están diferenciadas y componen un ciclo de automatismo.

2.5.- ALEACIONES

Normalmente se utilizan aleaciones no férreas, es decir, estaño, aluminio y magnesio por su bajo punto de fusión que facilota la inyección.

2.6.- LAS INSERCIONES

A veces una pieza necesita que una zona de ella tenga una peculiaridad como puede ser mayor dureza, otros constituyentes,…, que se resuelve insertando en el molde piezas con el metal adecuado y, una vez conformada la pieza, queda insertada en ella. Es una operación previa.

2.7.- VENTAJAS E INCONVENIENTES

            Ventajas:

·        Obtención de piezas sin defectos

·        Máxima precisión de cotas

·        Piezas que pueden ser destinadas a repuestos

·        Mejora de las cualidades mecánicas de las piezas

·        Costes de producción competitivos para grandes series

            Inconvenientes:

·        Matrices muy costosas que necesitan mucho tiempo para estar acabadas

·        El tamaño de las piezas no puede ser muy elevado ya que hay que garantizar una presión uniforme en toda la pieza.