1. Fundición a la cera perdida
Autor: Manuel de la Fuente
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2. Presentación del curso
La fundición a la cera perdida es un técnica o proceso que se emplea para
obtener piezas de configuración complicadas con un espesor de la pared de hasta
0.5 mm de aleación de acero, hierro y metales no ferrosos, esta tecnología es muy
empleada en joyería, fundición artística y otras ya que en una serie de casos
elimina el labrado por corte.
En este curso aprenderemos los materiales para la confección de modelos en la fundición a la c
fundición a la cera perdida, la obtención de los modelos en cera, la preparación de
la mezcla refractaria líquida y otras cuestiones relacionadas con la fundición a la
cera perdida.
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3. 1. Fundición a la cera perdida. Nociones generales
La esencia de la fundición a la cera perdida consiste en que el modelo se elabora de
un material especial, el cual sin destruir el molde puede ser fundido, quemado o
disuelto y obtener un molde enterizo, lo que asegura una alta presición geométrica
de las piezas. Con más frecuencia para el modelo se utiliza una pasta de fácil fusión
en forma de cera.
El proceso de fundición a la cera perdida se emplea para obtener piezas de
configuración complicadas con un espesor de la pared de hasta 0.5 mm de aleación
de acero, hierro y metales no ferrosos, esta tecnología es muy empleada en joyería,
fundición artística y otras ya que en una serie de casos elimina el labrado por corte.
La fundición a la cera perdida se utiliza para la producción unitaria, en serie y en
gran escala. Los índices económicos de este procedimiento y la racionalidad de su
empleo dependen de la nomenclatura de las piezas.
Para obtener una pieza por medio de la fundición a la cera perdida lo primero que
se debe hacer es seleccionar los materiales para la confección de los modelos, o
sea, la pieza a obtener.
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4. 2. Materiales para la confección de los modelos.
Fundición a la cera. Propiedades
Parafina.1.
Estearina.2.
Cera de carbón lignitoso.3.
Alquitrán de turba.4.
Colofonia.5.
Poliestireno.6.
Etilcelulosa.7.
Ácidos grasos.8.
Aceite para transformadores.9.
Aceite de resino y alcohol etílico en proporción (1 – 1)10.
Propiedades de los materiales utilizados para la confección de los modelos.
Temperatura de fusión 60 – 100 oc.1.
Temperatura de comienzo de reblandecimiento superior a la temperatura de
desplazamiento de trabajo en 35 – 45 oc.
2.
Contracción mínima y estable.3.
Separación lineal y volumétrica mínima.4.
Buena fluidez.5.
Contenido mínimo de cenizas.6.
Que no se adhiera a la superficie del molde a las herramientas y las manos del
operario.
7.
Deben ser químicamente inertes con respecto a los materiales del molde y los
revestimientos refractarios.
8.
No desprender vapores nocivos al calentarse y quemarse.9.
Posibilidad de un empleo múltiple.10.
Buena humectabilidad con la composición del revestimiento.11.
Los materiales iniciales deben ser baratos.12.
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5. 3. Elaboración de los moldes para la obtención de los
modelos
A partir de la pieza original se hace el molde para la obtención de los modelos en
yeso, goma, latex, silicona o combinación de estos, cera, también pueden ser
metálicos Pb, Sb, Al, etc.
Materiales necesarios para la elaboración de los moldes para los modelos.
Plantilla o pieza original.1.
Goma laca para pintar las plantillas o piezas.2.
Plastilina.3.
Goma latex.4.
Silicona.5.
Yeso.6.
Limas, fresas y todo el herramental necesario para preparar las plantillas o
piezas originales.
7.
Papel de lija.8.
Brochas.9.
Hilo para ensartar.10.
Mesa de trabajo.11.
Caja para el moldeo del molde.12.
Espátulas.13.
Cuchilla.14.
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6. 4. Obtención de los modelos en cera y materiales
necesarios
Para obtener los moldes en cera de la pieza a obtener, se procede de la siguiente
forma.
Fundir la mezcla de cera (80 – 85ºC) y esperar un tiempo para que sedimente
las suciedades.
1.
Con una brocha pintar los moldes con aceite de transformador o aceite de
resino y verter en ellos la cera fundida, esperar que solidifique y extraer el
modelo.
2.
Si es necesario fundir a parte el sistema de alimentación y después pegar a los
modelos, retocar y reparar los modelos.
3.
Materiales necesarios.
Mechero de gas o plancha eléctrica.1.
Espátulas.2.
Luego de tener el modela en cera de la pieza se prepara la mezcla refractaria líquida
que utilizaremos para formar la cáscara del molde donde se verterá el metal.
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7. 5. Preparación de la mezcla refractaria líquida
Al silicato de sodio de 42º Be (1.41 kg/dm3) se le baja la densidad hasta 33º Be
(1.33 kg/dm3) con agua batiéndolo durante 30 min (por cada dm3 de silicato se le
añade 335 cm3 de agua).
Luego se prepara una solución de cloruro de amonio en agua al 5 % y se agrega a la
solución de silicato hasta una densidad de 29º Be (1.25 kg/dm3) batiéndolo durante
20 min y dejándolo reposar por espacio de 24 horas.
Esta hidrólisis tiene que tener una densidad de 29º Be, si está por debajo se ajusta
con silicato de sodio de 41º Be, si está por encima se ajusta con agua.
Posteriormente se agita bien la hidrólisis preparada y sin dejar de agitar se le añade
polvo de cuarzo o marchalita hasta una densidad de 57 - 62º Be (1.65 – 1.76
kg/dm3), y se deja en agitación por espacio de 20 min, pasado este tiempo se
pueden comenzar los baños. (si la densidad disminuye se añade polvo y si aumente
se añade líquido, o sea, hidrólisis)
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8. 6. Materiales necesarios para la preparación de la
mezcla refractaria líquida
Silicato de sodio módulo 2.7 – 3.3; 1.41 – 1.45 g/cm3 (41 – 44ºBe).1.
Cloruro de amonio.2.
Talco de cuarzo (granulometría < 0.05 mm).3.
Aerómetro para líquidos pesados.4.
Agitador.5.
Seguidamente pasamos a formar la cáscara cerámica donde se verterá el metal.
Pasos a seguir para la formación de la cáscara cerámica refractaria en la superficie
del molde
Sumergir el molde de cera en jabalina para quitar el aceite de su superficie.1.
Sumergir el molde de cera en la mezcla refractaria líquida.2.
Espolvorear arena sílice seca (grano fino).3.
Esperar 20 – 30 min y repetir pasos 2 y 3.4.
Esperar tres horas y repetir paso 2.5.
Espolvorear arena sílice seca (grano medio).6.
Esperar tres horas y repetir paso 2.7.
Espolvorear arena sílice seca (grano grueso).8.
Esperar 24 horas.9.
Introducir la cáscara formada con el modelo de cera dentro en una estufa a
100ºC para eliminar de ella la cera, se debe disponer de una bandeja u otro
dispositivo para recoger la cera. (esta cáscara tendrá un espesor entre 3 – 5
mm y suficiente resistencia).
10.
Calcinar la cáscara a 900 – 1000ºC para corregir los defectos asociados por la
dilatación de esta con la temperatura y eliminar restos de cera que puedan
haber quedado.
11.
La cáscara obtenida aún caliente pero a una temperatura más baja se moldea
en una caja metálica con una mezcla de arena sílice gruesa y limalla de hierro y
se vierte el metal.
12.
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9. 7. Materiales necesarios para la formación de la
cáscara cerámica
Jabolina y recipiente para ella.1.
Arena sílice seca (grano fino 0.67 mm).2.
Arena sílice seca (grano medio 0.67 – 1.0 mm).3.
Arena sílice seca (grano grueso 1.0 – 3.0 mm).4.
Mallas metálicas.5.
Tres recipientes (uno para cada tipo de arena).6.
Ganchos y perchas para colgar los moldes luego de aplicarle la capa refractaria.7.
Estufa eléctrica con control de temperatura de 100 – 120ºC.8.
Horno de resistencia con control de temperatura de 900 – 1000ºC.9.
Los moldes obtenidos a partir del procedimiento antes descrito deben reunir una
serie de propiedades.
Características de los moldes para la fundición del metal.
Deben ser resistentes.1.
Compresibles.2.
Permeable al gas.3.
Inerte químicamente al metal.4.
Destruirse fácilmente después de enfriarse la pieza.5.
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10. 8. Cálculo de los sistemas de bebederos de
alimentación. Fusión y colada del metal
El cálculo de los sistemas de alimentación para las piezas a la cera perdida, está
basado en la observación del principio de solidificación sucesiva. Para obtener una
pieza de buena calidad es imprescindible que el módulo de enfriamiento de la
sección del canal vertical (relación del área al perímetro) sea mayor que el módulo
de enfriamiento del bloque de mayor grosor de la pieza. Esto asegura la
solidificación sucesiva de la pieza al canal vertical.
Fusión y colada del metal a los moldes, desmoldeo y limpieza de las piezas.
A la calidad del metal de las piezas se plantean las mismas exigencias que a las
piezas obtenidas por otros procedimientos, por eso el metal de cualquier unidad de
fusión puede ser también utilizado para la colada a la cera perdida. La fusión del
metal para la colada se realiza por la tecnología común.
El llenado del molde con metal en dependencia de las dimensiones y la masa de la
pieza, la composición de la aleación, el procedimiento de colada y los hornos
utilizados puede efectuarse por diversos métodos. El llenado puede ser libre, el
metal llena el molde sólo bajo la acción de la gravedad, en máquinas centrifugas, el
metal llena el molde y se solidifica en el campo de las fuerzas centrífugas, la colada
a baja presión.
Desmoldeo y limpieza de las piezas.
Después del enfriamiento de los moldes la caja de moldeo se gira 180º para que de
esta se vacíe la mezcla de relleno. La separación de las piezas de los bebederos se
realiza cortando esta con sierras para cortar metales, sierras de discos, con fresas y
rectificadoras, cortando las mazarotas y, a veces, el canal vertical con soplete
cortador a gas, etc.
La limpieza de las piezas de los restos del molde cerámico es una operación que
requiere mucho trabajo. Se emplean varios procedimientos de limpieza: por
vibración, a chorro de arena, a chorro de agua y arena, químico-térmico en
soluciones de álcalis y ácidos, como también en sales derretidas, etc.
Para limpiar las piezas de los restos de cáscara cerámica se emplea ampliamente la
lixiviación. En un baño calentado hasta 150ºC con una solución al 50 % de KoH se
cargan las piezas en cestas especiales; la cáscara cerámica interacciona con el
álcalis y se destruye por este durante 30 – 40 min. Luego las piezas se lavan en
agua caliente, se secan y se pasaban en una solución acuosa de sosa con 0.3 % de
nitro sódico; luego se secan.
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11. 9. Recomendación de algunas soluciones para dar
coloración a piezas de aluminio.
(Concentración en g/l).
Los reactivos se disuelven en agua.
Coloración Reactivo Cantidad en (g)
Amarillo Oro Sulfuro de potasio 25.0
Morino 1.0
Oro pardo Sulfuro de potasio 25.0
Morino 1.0
Alisarina 1.0
Pardo café Sulfuro de potasio 25.0
Dicromato de potasio 0.5
Lisarina 1.0
Morino 0.5
Rojo Sulfuro de potasio 25.0
Dicromato de potasio 0.5
Lisarina 1.0
Pardo Sulfuro de potasio 25.0
Dicromato de potasio 5.0
Lisarina 1.0
Sulfato de vanadio 1.0
Amarillo Oro Sulfuro de potasio 25.0
Morino 2.0
Sulfato de vanadio 3.0
Pardo oscuro Sulfuro de potasio 25.0
Sulfato de vanadio 1.0
Bronce Permanganato de potasio 20.0
Sulfato de cobre 5.0
Latón oscuro Permanganato de potasio 20.0
Sulfato de vanadio 5.0
Amarillo Oro Permanganato de potasio 20.0
Para dar coloración a una pieza de aluminio se puede emplear alguna de estas
soluciones. Primeramente se prepara la solución, luego se calienta la misma hasta
una temperatura de 80ºC y se introduce la pieza en la solución, permaneciendo en
estas condiciones por espacio de 30 min, luego se lava la pieza con agua y se seca.
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