El proceso de fundición por inversión, también conocido como fundición de precisión o fundición a la cera perdida, implica la formación de un molde de cerámica a partir de un patrón de cera. Los patrones de cera se fabrican en la forma exacta del artículo a fundir. Se utiliza cerámica refractaria para recubrir este patrón. Una vez que el material cerámico endurecido ha sido invertido, la cera se derrite y se drena. Las cáscaras cerámicas endurecidas se convierten en moldes de inversión desechables. El metal fundido se vierte en el molde y se deja enfriar. La pieza fundida se retira del molde agotado. El proceso de “invertir” (encerrar) un patrón con materiales refractarios se llama fundición por inversión. Las ventajas de la fundición por inversión sobre otros métodos de moldeo incluyen detalles finos y excelentes acabados superficiales en estado fundido. También es posible realizar fundiciones con paredes delgadas y pasajes internos complejos. La fundición por inversión no requiere desmoldeo, a diferencia de la fundición en arena.

La calidad del proceso puede producir piezas con forma neta o casi neta, lo que resulta en importantes ahorros en materiales, mano de obra y costos de mecanizado para el cliente. Puede hacerse con la mayoría de los metales comunes, como aluminio, bronce, magnesio, acero al carbono y acero inoxidable. Palas de turbinas, equipos médicos, componentes de armas de fuego, engranajes, joyas, cabezas de palos de golf y muchos otros componentes complejos de maquinaria se fabrican mediante fundición por inversión.

Descripción del Proceso de Fundición por Inversión

Hay varios pasos involucrados en el proceso de fundición por inversión: construcción del molde, fabricación del patrón de cera, creación del molde cerámico, vertido, solidificación, extracción y limpieza.

Construcción del Molde Metálico

En la fundición por inversión, el patrón de cera y el molde cerámico se destruyen, por lo que cada fundición requiere un nuevo patrón de cera. Los patrones de cera deben fabricarse a partir de moldes o matrices, a menos que la fundición por inversión se utilice para producir un volumen muy pequeño (como para trabajos artísticos o joyería original).

Al calcular el tamaño del molde maestro, es importante tener en cuenta la contracción del patrón de cera, la contracción del material cerámico invertido sobre el patrón de cera y la contracción de la fundición metálica en sí.

Producción del Patrón de Cera

Siempre es necesario un patrón de cera para cada fundición; cada fundición necesita un patrón de cera.

El molde o la matriz se llena con cera caliente y se deja solidificar. Las características internas pueden requerir núcleos. El patrón de cera es una réplica exacta de la pieza a fabricar. La cera se utiliza en lugar del metal fundido en este método, que es similar a la fundición a presión.

Creación del Molde

El molde de cera se equipa con un sistema de colada (canal, barras de colada y respiraderos). Varios patrones de cera se adhieren a un sistema de colada central de cera para formar un ensamblaje en forma de árbol para las fundiciones más pequeñas. Para introducir el metal fundido en el molde, normalmente se adjunta una copa de colada al extremo de las barras de colada.

Un “árbol de patrones” ensamblado se sumerge en una mezcla de sílice de grano fino. Cada vez que se sumerge, se añade más mezcla refractaria. A medida que el recubrimiento refractario alcanza el grosor deseado, se deja secar y endurecer; el recubrimiento seco forma una concha cerámica alrededor de los patrones y el sistema de colada.

Esto está determinado por el tamaño y el peso de la pieza fundida, así como por la temperatura de colada del metal. Las paredes tienen generalmente un grosor de 0,375 pulgadas (9,525 mm). El molde cerámico endurecido se coloca en un horno y se calienta hasta que la cera se derrite y se drena. Como resultado, se crea una cáscara cerámica hueca.

Vertido

Un molde cerámico se calienta entre 1000°F y 2000°F (550°C y 1100°C). El calentamiento refuerza aún más el molde, elimina cualquier cera o contaminantes restantes y evapora el agua del material del molde.

Mientras aún está caliente, se vierte metal fundido en el molde: el metal líquido fluye hacia la copa de colada, a través del sistema de colada central y en cada cavidad del molde. El metal fluye fácilmente a través de secciones delgadas y detalladas debido al molde precalentado. A medida que el molde y la fundición se enfrían y se contraen juntos, la fundición tiene una mejor precisión dimensional.

Enfriamiento

Después de que el metal ha sido vertido en el molde, se enfría y se solidifica. El tiempo que tarda un molde en enfriarse hasta un estado sólido depende del material utilizado y del grosor de la fundición.

Extracción

A medida que la fundición se solidifica, los moldes de cerámica se descomponen y la fundición puede ser retirada. Normalmente, los moldes de cerámica se rompen manualmente o con chorros de agua. Usando métodos como impacto manual, sierra, corte, quema o ruptura en frío con nitrógeno líquido, las fundiciones individuales se separan de su árbol de sistema de colada.

Acabado

Las operaciones de molienda o chorro de arena se utilizan generalmente para alisar la pieza en los puntos de colada y eliminar imperfecciones. Dependiendo del metal del que se vertió la fundición, puede emplearse un tratamiento térmico para endurecer el producto final.

El Mejor Momento para Utilizar la Fundición por Inversión

Debido a su complejidad y requisitos de mano de obra, la fundición por inversión es un proceso relativamente costoso, aunque los beneficios a menudo superan los costos. Casi cualquier metal puede ser fundido por inversión. Típicamente, las piezas fundidas por inversión son pequeñas, pero el proceso puede aplicarse efectivamente a piezas que pesen 75 libras o más.

La fundición por inversión puede producir piezas complejas con excelentes acabados superficiales. Dado que las cáscaras cerámicas se rompen de la pieza al enfriarse, las fundiciones por inversión no requieren un desmoldeo para retirar los componentes de sus moldes. Con esta característica de producción, las fundiciones con ángulos de 90 grados pueden diseñarse sin margen de contracción y sin necesidad de mecanizado adicional. La fundición por inversión produce piezas con una precisión dimensional superior; las piezas con forma neta a menudo pueden ser producidas, y las formas terminadas generalmente no requieren mecanizado secundario. Para producir patrones de cera, cada serie de fundición única requiere un nuevo molde. Las herramientas de fundición por inversión pueden ser bastante caras; los costos de herramientas pueden variar de 1000 a 10 000 dólares, dependiendo de su complejidad.

Para pedidos de gran volumen, el tiempo y la mano de obra ahorrados al eliminar o reducir el mecanizado secundario compensan fácilmente el costo de las nuevas herramientas. Las inversiones en pequeñas series de fundición son menos propensas a ser recuperadas. Si necesitas fabricar más de 25 piezas, la fundición por inversión es una opción lógica.

Por lo general, se necesitan 7 días para que un patrón de cera se convierta en una fundición completa; la mayor parte de ese tiempo se dedica a crear y secar el molde de cáscara cerámica. Las fundiciones pueden producirse más rápidamente en algunas fundiciones que tienen instalaciones de secado rápido. La naturaleza laboriosa de la fundición por inversión afecta más que solo el costo. Debido a que las fundiciones por inversión tienen equipos y capacidad de producción limitados, los tiempos de entrega suelen ser largos.