Colada Continua

Se denomina colada continua al proceso utilizado para producir perfiles laminados de acero de sección constante y en grandes cantidades.

El proceso

Inventado en 1950, el proceso consiste en colocar un molde con la forma que se requiere debajo de un repartidor o artesa, desde el que con una válvula puede ir dosificando material fundido al molde. Por gravedad el material fundido pasa por el molde, el cual está enfriado por un sistema de agua, al pasar el material fundido por el molde frío se solidifica una piel externa y adquiere la forma del molde. Posteriormente el material es conformado con una serie de rodillos que al mismo tiempo lo arrastran hacia la parte exterior del sistema.

Una vez conformado el material con la forma necesaria y con la longitud adecuada se corta y manipula. Por este medio se pueden fabricar desbastes, varillas y barras de diferentes secciones y láminas o placas de varios calibres y longitudes. La colada continua es un proceso muy eficaz y efectivo para la fabricación de varios tipos de materiales de uso comercial.

El proceso consiste en verter la cuchara del horno con un chorro en una "artesa" (es una especie de distribuidor del caldo) y de la artesa se vierte en un molde de fondo desplazable y cuya sección transversal tiene la forma de palanquilla o semiproducto que se quiera fabricar.

Se denomina continua porque el producto sale sin interrupción de la máquina, hasta que la cuchara o cucharas de alimentación se hayan agotado.

El chorro, tanto al pasar de la cuchara a la artesa como al pasar de ésta al molde, es protegido de la atmósfera con buzas sumergidas o tubos protectores los cuales evitan la reoxidacion del acero, para que el mismo no cambie su composición quimica.

Moldeo por inyección

En ingeniería, el moldeo por inyección es un proceso semicontinuo que consiste en inyectar un polímero o cerámico en estado fundido (o ahulado) en un molde cerrado a presión y frío, a través de un orificio pequeño llamado compuerta. En ese molde el material se solidifica, comenzando a cristalizar en polímeros semicristalinos. La pieza o parte final se obtiene al abrir el molde y sacar de la cavidad la pieza moldeada.

El moldeo por inyección es una técnica muy popular para la fabricación de artículos muy diferentes. Sólo en los Estados Unidos, la industria del plástico ha crecido a una tasa de 12% anual durante los últimos 25 años, y el principal proceso de transformación de plástico es el moldeo por inyección, seguido del de extrusión. Un ejemplo de productos fabricados por esta técnica son los famosos bloques interconectables LEGO y juguetes Playmobil, así como una gran cantidad de componentes de automóviles, componentes para aviones y naves espaciales.

Los polímeros han logrado sustituir otros materiales como son madera, metales, fibras naturales, cerámicas y hasta piedras preciosas; el moldeo por inyección es un proceso ambientalmente más favorable comparado con la fabricación de papel, la tala de árboles o cromados. Ya que no contamina el ambiente de forma directa, no emite gases ni desechos acuosos, con bajos niveles de ruido. Sin embargo, no todos los plásticos pueden ser reciclados y algunos susceptibles de ser reciclados son depositados en el ambiente, causando daños al medio ambiente.

La popularidad de este método se explica con la versatilidad de piezas que pueden fabricarse, la rapidez de fabricación, el diseño escalable desde procesos de prototipos rápidos, altos niveles de producción y bajos costos, alta o baja automatización según el costo de la pieza, geometrías muy complicadas que serían imposibles por otras técnicas, las piezas moldeadas requieren muy poco o nulo acabado pues son terminadas con la rugosidad de superficie deseada, color y transparencia u opacidad, buena tolerancia dimensional de piezas moldeadas con o sin insertos y con diferentes colores.

Colada a la cera perdida

El moldeo a la cera perdida es un procedimiento escultórico de tradición muy antigua que sirve para obtener figuras de metal (generalmente bronce) por medio de un molde. El cual se elabora a partir de un prototipo tradicionalmente modelado en cera de abeja. Este modelo previo es rodeado de una gruesa capa de material blando que se solidifica; una vez endurecido, se mete en un horno, que derrite la cera de la figura de cera, saliendo ésta por unos orificios creados al efecto (de ahí su denominación) y, en su lugar, se inyecta el metal fundido, que adopta la forma exacta del modelo. Para extraer la pieza final es necesario destruir el molde. Gracias a esta técnica de vaciado, es posible conseguir figuras metálicas, sólidas y duraderas, con detalles que sería imposible lograr por otros medios.

Esta forma de trabajar el metal (bronce), simplificada en el párrafo anterior, en realidad requiere un largo, costoso y complicado proceso junto con una perfecta y adecuada combinación de diversos oficios: para el proyecto general y la coordinación, los escultores; para los primeros pasos, los moldeadores; para la labor de horneado, los fundidores y para el acabado, los cinceladores y patinadores.

Colada por Gravedad sobre Moldes Permanentes

Se fabrican generalmente de acero con fundición gris. Se suelen utilizar para vaciados o coladas a temperaturas inferiores a 1000ºC.

Tienen la ventaja de poder utilizarse muchísimas veces, de forma precisa, sin deteriorarse; pero presentan el inconveniente de resultar caros, por lo que su empleo está restringido para grandes tiradas.

Se componen de dos partes que se encuentran unidas durante el proceso de colada y que posteriormente se separan para extraer la pieza.

Generalmente, antes del proceso de colada, los moldes se calientan para conseguir que el material no se enfríe con rapidez al entrar en contacto con ella, ya que tal hecho podría provocar una mala distribución del material líquido, e incluso si se trata de metales, llegar a agrietarse.

Este tipo de moldes permanentes se conocen con el nombre de coquilla.

Colada por Gravedad sobre moldes de arena

La fundición en arena requiere un modelo a tamaño natural de madera, plástico y metales que define la forma externa de la pieza que se pretende reproducir y que formará la cavidad interna en el molde.

En lo que atañe a los materiales empleados para la construcción del modelo, se puede emplear desde madera o plásticos como el uretano y el poliestireno expandido (EPS) hasta metales como el aluminio o el hierro fundido.

Para el diseño del modelo se debe tener en cuenta una serie de medidas derivadas de la naturaleza del proceso de fundición:

• Debe ser ligeramente más grande que la pieza final, ya que se debe tener en cuenta la contracción de la misma una vez se haya enfriado a temperatura ambiente. El porcentaje de reducción depende del material empleado para la fundición.

A esta dimensión se debe dar una sobremedida en los casos en el que se dé un proceso adicional de maquinado o acabado por arranque de viruta.

• Las superficies del modelo deberán respetar unos ángulos mínimos con la dirección de desmoldeo (la dirección en la que se extraerá el modelo), con objeto de no dañar el molde de arena durante su extracción. Este ángulo se denomina ángulo de salida. Se recomiendan ángulos entre 0,5º y 2º.

• Incluir todos los canales de alimentación y mazarotas necesarios para el llenado del molde con el metal fundido.

• Si es necesario incluirá portadas, que son prolongaciones que sirven para la colocación del macho.

Los moldes, generalmente, se encuentran divididos en dos partes, la parte superior denominada cope y la parte inferior denominada draga que se corresponden a sendas partes del molde que es necesario fabricar. Los moldes se pueden distinguir:

• Moldes de arena verde: estos moldes contienen arena húmeda.

• Moldes de arena fría: usa aglutinantes orgánicos e inorgánicos para fortalecer el molde. Estos moldes no son cocidos en hornos y tienen como ventaja que son más precisos dimensionalmente pero también más caros que los moldes de arena verde.

• Moldes no horneados: estos moldes no necesitan ser cocidos debido a sus aglutinantes (mezcla de arena y resina). Las aleaciones metálicas que típicamente se utilizan con estos moldes son el latón, el hierro y el aluminio.

Las etapas que se diferencian en la fabricación de una pieza metálica por fundición en arena comprende:

• Compactación de la arena alrededor del modelo en la caja de moldeo. Para ello primeramente se coloca cada semimodelo en una tabla, dando lugar a las llamadas tablas modelo, que garantizan que posteriormente ambas partes del molde encajarán perfectamente.

Actualmente se realiza el llamado moldeo mecánico, consistente en la compactación de la arena por medios automáticos, generalmente mediante pistones (uno o varios) hidráulicos o neumáticos.

• Colocación del macho o corazones. Si la pieza que se quiere fabricar es hueca, será necesario disponer machos, también llamados corazones que eviten que el metal fundido rellene dichas oquedades. Los machos se elaboran con arenas especiales debido a que deben ser más resistentes que el molde, ya que es necesario manipularlos para su colocación en el molde. Una vez colocado, se juntan ambas caras del molde y se sujetan. Siempre que sea posible, se debe prescindir del uso de estos corazones ya que aumentan el tiempo para la fabricación de una pieza y también su coste.

• Colada. Vertido del material fundido. La entrada del metal fundido hacia la cavidad del molde se realiza a través de la copa o bebedero de colada y varios canales de alimentación. Estos serán eliminados una vez solidifique la pieza. Los gases y vapores generados durante el proceso son eliminados a través de la arena permeable.

• Enfriamiento y solidificación. Esta etapa es crítica de todo el proceso, ya que un enfriamiento excesivamente rápido puede provocar tensiones mecánicas en la pieza, e incluso la aparición de grietas, mientras que si es demasiado lento disminuye la productividad. Además un enfriamiento desigual provoca diferencias de dureza en la pieza. Para controlar la solidificación de la estructura metálica, es posible localizar placas metálicas enfriadas en el molde. También se puede utilizar estas placas metálicas para promover una solidificación direccional. Además, para aumentar la dureza de la pieza que se va a fabricar se pueden aplicar tratamientos térmicos o tratamientos de compresión.

• Desmoldeo. Rotura del molde y extracción de la pieza. En el desmoldeo también debe retirarse la arena del macho. Toda esta arena se recicla para la construcción de nuevos moldes.

• Desbarbado. Consiste en la eliminación de los conductos de alimentación, mazarota y rebarbas procedentes de la junta de ambas caras del molde.

• Acabado y limpieza de los restos de arena adheridos. Posteriormente la pieza puede requerir mecanizado, tratamiento térmico, etc.

Sinterizado

Sinterización es el tratamiento térmico de un polvo o compactado metálico o cerámico a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza creando enlaces fuertes entre las partículas.

En la sinterización las partículas coalescen por difusión al estado sólido a muy altas temperaturas, pero por debajo del punto de fusión del compuesto que se desea sinterizar. En el proceso, la difusión atómica tiene lugar entre las superficies de contacto de las partículas a fin de que resulten químicamente unidas.

Fases de la sinterización

Para la fabricación de una pieza mediante sinterizado se siguen las siguientes etapas:

• Obtención del polvo

• Preparación del polvo

• Compactación

• Sinterización

• Acabado de la sinterización

Aplicaciones

En la fabricación de cerámicas, este tratamiento térmico transforma de un producto en polvo en otro compacto y coherente. La sinterización se utiliza de modo generalizado para producir formas cerámicas de alúmina, berilia, ferrita y titanatos.