El proceso de fundición de aluminio es un proceso sencillo de fundición de metales que se utiliza para fabricar piezas metálicas mediante la fundición de aleaciones de aluminio en moldes. Existen varios procedimientos de fundición, pero los más utilizados son la fundición de aluminio en arena y la fundición de aluminio a presión. La fundición en arena es flexible y puede utilizarse para fabricar piezas grandes a medida, así como pequeñas y medianas cantidades. La fundición a presión, por otro lado, se asocia con altos niveles de precisión y velocidad en términos de producción y podría utilizarse de forma fiable en la producción en masa de piezas pequeñas y medianas. Con el desarrollo de las industrias, siguen evolucionando ambos métodos de fundición, se producen nuevos materiales, se mejora el tratamiento de las superficies y se ajustan más a las propiedades mecánicas. La innovación en el área de la fundición ecológica y la automatización, la sostenibilidad y las aleaciones avanzadas definirán el futuro de la fundición de aluminio y ayudarán a que el proceso sea más eficiente, más respetuoso con el medio ambiente y proporcione mejores propiedades a las piezas. 

En este artículo se compararán ambos métodos y se examinarán los procesos, las ventajas, los inconvenientes y el uso más adecuado de cada uno de ellos.

Fundición de aluminio en arena

Fundición en arena puede explicarse como una forma antigua y flexible de fundición que hace uso del aluminio fundido que se vierte en un molde de arena. Esto envuelve el molde que consiste en arena fina mezclada con arcilla y agua que ha sido compactada alrededor de un patrón para formar la forma requerida de una pieza. A continuación, se coloca en un molde y se calienta para aumentar la resistencia del molde de modo que el metal no se deslice por los espacios en el proceso de vertido.

Proceso de fundición de aluminio en arena

• Patronaje: La pieza se fabrica en forma de patrón de metal o cera y, a continuación, se cubre el patrón con arena fina.
•  Arena y aglutinante: Su patrón se coloca en un molde de arena y se compacta con arena y aglutinante.
• Vertido: Este es el punto en el que el aluminio se vierte en forma de material líquido en el molde (cavidad). El molde de arena absorbe el calor y se llena con el aluminio.
• Refrigeración: A continuación, se enfría y solidifica la pieza de aluminio, tras lo cual se rompe el molde de arena, dejando al descubierto la fundición de aluminio.

Eliminación de los residuos o del exceso de materia (inútil) (Flash): Se realiza asegurando que la colada se deshace de los residuos o material inútil que se ha formado.

Ventajas de la fundición de aluminio en arena

• La flexibilidad: Por su parte, la fundición en arena es un proceso muy flexible, capaz de crear piezas complejas y complejas, piezas de gran tamaño o cualquier forma personalizada.
• Adecuado para volúmenes bajos y medios: Los moldes pueden reutilizarse hasta cierto punto, y el proceso es barato cuando se trata de pequeñas series de producción.
• Diversidad de aleaciones: Las propiedades del material son flexibles, ya que se puede utilizar una gran variedad de aleaciones de aluminio.
• Herramientas mínimas: La fundición en arena tiene un utillaje mínimo, lo que hace que los costes de puesta en marcha sean considerablemente más bajos.

Las aplicaciones de la fundición de aluminio en arena consisten en una amplia gama de usos, como la producción de carrocerías y chapas de automóviles, buques de alta presión, boyas de transporte y bloques de motor.

Usos de la fundición de aluminio en arena

En la mayoría de los casos, la fundición en arena de aluminio se utiliza en:

• Piezas aeroespaciales: Piezas que son pequeñas y piezas con diseños personalizados que necesitan que el diseño sea complejo.
• Edificio de mayor tamaño: Se utiliza en las mayores magnitudes de rendimiento y resistencia de los componentes.
• Otro producto: la mayor parte de la producción y el flujo de mercancías.

Aplicaciones de la fundición de aluminio en arena

El proceso más adecuado es la fundición de aluminio en arena:

• Hay que tener tiradas de tallas pequeñas y medianas.
• Necesita piezas o componentes más grandes o incluso industriales
• La complejidad y la personalización del negocio entran en parte en escena.
• No se exigen tolerancias oficiales, y cualquier defecto en las superficies es aceptable.
• Los lotes pequeños tienen que ver con la rentabilidad.

Fundición inyectada de aluminio

Fundición a presión de aluminio. La fundición a presión de aluminio es un proceso de fundición a presión muy avanzado tecnológicamente que consiste en la aplicación de aluminio fundido a alta presión en una matriz metálica (también conocida como troquel). Es rápido, muy automatizado y perfectamente adecuado para la producción de grandes volúmenes de piezas complejas que tienen detalles finos.

Proceso de fundición de aluminio a presión

La creación: se utiliza una pieza de acero u otro metal para fabricar un molde (matriz), y éste se diseña de forma que pueda soportar altas presiones. La estructura conocida como matriz se forma utilizando dos componentes, que se sujetan para formar una cavidad.

• Inyección: Se emplea una presión muy alta para inyectar aluminio fundido caliente en la matriz a través de boquillas altamente presurizadas, de forma que la matriz se llena muy rápidamente a medida que la cavidad de la matriz se llena de aluminio fundido.
• Refrigeración: En este punto entra en juego el reciclado del aluminio, ya que el aluminio fundido se enfría a gran velocidad al solidificarse en la matriz.
• Expulsión: El enfriamiento abre la matriz, y la fundición de aluminio sale en forma de expulsión por la abertura de la matriz.
• Acabado: La fundición se limpia y también se elimina todo tipo de material (incluida la rebaba).

Ventajas de la fundición a presión de aluminio

1. Alta precisión: La fundición a presión garantiza una gran precisión de las piezas, con acabados superficiales lisos y también tolerancias ajustadas.
2. Producción de gran volumen: El proceso está muy automatizado, por lo que resulta muy adecuado para su uso en la producción en masa, donde el coste de la mano de obra es mínimo.
3. Formas: También es fácil moldear paredes finas y formas complejas mediante fundición a presión.
4. Fuerza: Las piezas fabricadas mediante este proceso tienen una gran integridad estructural y, por tanto, gran capacidad para soportar cargas.
5. Continuidad: La fabricación de las piezas se realiza en grandes volúmenes debido a su carácter automatizado, por lo que se mantiene la continuidad.

Usos de la fundición a presión de aluminio

La fundición a presión de aluminio puede utilizarse en:

• Partes del cuerpo:  Carcasas de motor y de transmisión, y volantes.
• Electra: El revestimiento de aparatos como un ordenador, un portátil, un smartphone y una bombilla.
• Bienes de consumo: Aparatos y componentes de productos como equipos eléctricos.
• Componentes industriales: Componentes de máquinas y equipos superdetallados y superresistentes.

La situación para aplicar la fundición a presión de aluminio

El uso del aluminio en la fundición a presión está pensado para ser utilizado la mayor parte del tiempo.

• Se necesitan muchas piezas fabricadas específicamente, en grandes cantidades y con gran precisión.
• Las piezas que se necesitan son de tamaño pequeño o mediano, con características complicadas y acabados suaves.
• Las tolerancias estrechas y las piezas repetibles forman parte del paquete.
• El número de producciones que pueden realizarse es tan grande que los enormes costes iniciales de utillaje estaban justificados.
• Hay que cumplir plazos de entrega cortos

Tipos de métodos de fundición de aluminio

La fundición de aluminio es un proceso en el que se utilizan distintos métodos para fabricar componentes metálicos vertiendo aluminio fundido en moldes. Se seleccionan varios métodos de fundición en función de lo que se desee en términos de calidad, volumen de la pieza fabricada y complejidad. A continuación se describen los principales tipos de procesos de fundición de aluminio.

1. Tipos de fundición de arena de aluminio

Una de las más comunes es la técnica de fundición en arena, que consiste en verter aluminio fundido en moldes hechos de arena. También es un medio de producción adaptable y asequible, sobre todo cuando la producción es de volúmenes bajos o medios.

Fundición en arena verde

El molde de arena verde se prepara con arena, agua y arcilla. Esta mezcla se presiona alrededor de un patrón para hacer la cavidad del molde. Es un proceso rentable, apropiado cuando hay que hacer trabajos grandes o complejos. Se utiliza sobre todo en bloques de motor de automóviles y maquinaria pesada.

Fundición en molde de cáscara - también conocido como método de la cera perdida

En el proceso de fundición en molde de concha, se utiliza un patrón de cera encerrado en una concha. Esta carcasa se calienta hasta que sale la cera fundida. El proceso es preciso y proporciona un acabado liso, preferible en piezas delicadas como las aeroespaciales y las de equipos médicos.

Moldeo en arena sin hornear 

En la colada sin cocción, se añade un aglutinante químico a la mezcla de arena para constituir el molde. Esto elimina la necesidad de hornear, con lo que los moldes se fabrican rápidamente. Suele aplicarse a grandes piezas a medida y componentes de máquinas.

Fundición en arena de CO2

En la fundición en arena O 2, la mezcla de arena utiliza silicato de sodio, que se cura mediante el uso de gas dióxido de carbono. Esto produce moldes y acabados duraderos mejor que la fundición en arena verde y, por tanto, sería adecuado para piezas de fundición medianas y grandes, especialmente en la industria del automóvil.

2. Tipos de fundición inyectada de aluminio

Tiene una gran precisión, y el metal de la fundición se introduce en un molde metálico a alta presión. Se utiliza sobre todo en la producción en serie de piezas pequeñas con grandes tolerancias.

Cámara caliente de fundición a presión 

La fundición a presión, en cámara caliente, es eficaz con metales que tienen puntos de fusión bajos, como el aaluminio. El molde se calienta continuamente para inyectar en él el metal fundido. Es rápido y preciso, por lo que resulta muy adecuado para piezas como carcasas de automóviles y electrónica.

Fundición a presión en cámara fría

El proceso de fundición a presión en cámara fría consiste en verter aluminio fundido en la cámara y someterlo a presión para inyectarlo en el molde. Es apropiado para materiales que tienen un punto de fusión elevado y se utilizan con frecuencia en la fundición de piezas, como las empleadas en motores de automóviles y en la industria aeroespacial. Alta presióne fundición a presión.

En este proceso de fundición a presión, el aluminio fundido se inyecta a muy alta presión. Es rápido en cuanto al llenado del molde, y las piezas tienen una gran precisión y un buen acabado superficial. Se aplica en industrias como la del automóvil y la electrónica de consumo.

La fundición a baja presión. 

La fundición a baja presión es el proceso en el que el aluminio fundido se inyecta en la cavidad a baja presión. La aplicación es perfecta cuando hay que fabricar piezas huecas de mayor tamaño con menor contenido de porosidad, lo que se utiliza sobre todo en las industrias automovilística y aeroespacial.

Squeezee Casting

La fundición a presión se encuentra entre la fundición y la forja. El aluminio fundido metálico se presiona en el molde a alta presión y el material adquiere más resistencia. Se emplea en la fabricación de piezas de alta resistencia, sobre todo en los sectores aeroespacial y automovilístico.

3. Otras técnicas relacionadas con la fundición de aluminio

Existen otros procesos de fundición, además de la fundición en arena y la fundición a presión, que pueden utilizarse cuando la aplicación es especial y tienen ventajas únicas que pueden utilizarse en función de las necesidades de las piezas.

Fundición en molde permanente 

Las piezas fundidas de aluminio se realizan en fundición de molde permanente, en la que los moldes metálicos pueden reutilizarse. Es un procedimiento perfecto cuando se necesita crear piezas que tengan buenos acabados superficiales junto con una gran precisión en sus dimensiones. Es un material muy empleado en automoción e industria, con aplicaciones en productos como pistones y piezas de motor.

Fundición a la cera perdida

La fundición a la cera perdida es el proceso de recubrir un modelo con una capa de cerámica y destruir el modelo, lo que deja un patrón. La técnica es compatible con las piezas que tienen detalles complicados y requerirían una gran precisión. También se aplica mucho en la producción de piezas aeroespaciales, implantes médicos y joyería fina.

Fundición centrífuga

La fundición centrífuga consiste en trabajar el aluminio fundido mediante fuerzas centrípetas para forzar el metal fundido a llenar un molde para hacer piezas de fundición cilíndricas. La técnica es ideal cuando se quiere fabricar/producir un tubo y productos redondos, y al mismo tiempo se arenimizan los riesgos de porosidad. Se aplica intensamente en sectores como la fontanería y la automoción.

Las innovaciones y el futuro de las tendencias en fundición de aluminio

Con la evolución de las industrias, está previsto que la industria de la fundición de aluminio también experimente grandes innovaciones. La fundición se convertirá en un proceso completamente nuevo con la participación de nuevas tecnologías y procesos sostenibles que serán beneficiosos en términos de eficiencia, así como de calidad y efectos medioambientales. A continuación se exponen algunas de las principales tendencias que predeterminan el futuro de la fundición de aluminio.

1. Informatización y automatización de los procesos de fundición

La fundición de aluminio va a cambiar con la automatización y la digitalización. Las simulaciones de IA y la impresión 3D se combinarán hasta el punto de que el diseño y otros procesos de producción serán mucho más fáciles de abordar, acortando los plazos de entrega y reduciendo su potencial de error. La IA proporcionará un control en tiempo real de las condiciones de fundición, y los ajustes se realizarán en tiempo real, garantizando la optimización de la calidad de las piezas. Los miembros de la industria manufacturera disfrutarán de menores gastos generales de mano de obra y menos tiempo dedicado al proceso de producción, ya que la automatización sustituirá más funciones.

2. Tecnologías de fundición ecológicas y sostenibles

En la fundición de aluminio, cada vez se tiene más en cuenta la sostenibilidad. Procesos como la fundición en arena verde, que tienen en cuenta la arena natural, minimizan el impacto en el medio ambiente. La industria se inclina cada vez más por una producción de fundición eficiente desde el punto de vista energético y por el aumento de la cantidad de aluminio reciclado. Esto reduce la dependencia de las materias primas y el consumo de energía, y hace que todo el proceso sea más respetuoso con el medio ambiente y menos costoso.

3. Materiales y aleaciones científicos

El desarrollo de aleaciones más resistentes a la corrosión es el camino a seguir con la fundición de aluminio. Estas aleaciones servirán a industrias como la automovilística y la aeroespacial, que necesitan piezas de alto rendimiento. Las aleaciones ligeras y resistentes supondrán vehículos con un consumo de combustible más eficiente y un mejor rendimiento en condiciones duras, lo que está impulsando aún más la subcontratación de procesos de fundición de precisión como la fundición a presión.

4. Combinación de inteligencia artificial y aprendizaje automático

El proceso de fundición de aluminio está cambiando con el uso de la IA y el aprendizaje automático (ML). La IA puede analizar los datos proporcionados durante la fundición y predecir cualquier defecto futuro, optimizar las temperaturas y los niveles de presión, lo que se traduce en una mejor calidad de las piezas. Además, el mantenimiento predictivo asistido por IA minimizará los tiempos de inactividad de los equipos y mejorará la optimización del proceso para que el fabricante pueda prevenir un problema antes de que surja.

5. Fundición y uso de la fabricación aditiva y la impresión 3D

El proceso de impresión en 3D se está combinando cada vez más con la fundición de aluminio estándar. La impresión 3D acelera el tiempo de comercialización y los gastos en herramientas al permitir la creación rápida de prototipos junto con la fabricación de moldes intrincados. Gracias a ello, los fabricantes pueden producir piezas más complejas de forma más rentable y eficiente, lo que les permite tener más flexibilidad en cuanto al diseño y la capacidad de adaptarse a las necesidades del mercado.

6. Fundiciones inteligentes e IoT (Internet de las cosas)

Otro factor que está marcando una gran diferencia en el mundo de la fundición de aluminio es el auge de las fundiciones inteligentes. Al instalar los sensores habilitados para IoT dentro de las máquinas y los moldes, los datos en tiempo real se registrarán en todo momento para comprobar las condiciones de la fundición. Esta información permitirá modificar directamente el procesamiento, lo que redundará en una reducción de la calidad y los residuos. Otra ventaja de los sistemas IoT es que los fabricantes pueden supervisar el rendimiento de las piezas fundidas a lo largo de su ciclo de vida para aprender a mejorarlas.

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Conclusión

Tanto la fundición de aluminio en arena como la fundición de aluminio a presión tienen su papel en el mundo de la fabricación, y cada uno de los dos procesos de producción tiene sus ventajas, por lo que puede ser adecuado para usos específicos. La fundición en arena es el proceso preferido cuando se trata de piezas personalizadas y de gran tamaño, y los volúmenes reducidos son una ventaja. Por el contrario, la fundición a presión es rápida, eficiente y eficaz cuando se trata de series de producción a gran escala, por lo que ofrece una gran precisión y acabado superficial de piezas pequeñas.

La elección entre ambas opciones depende de factores como el volumen de producción del producto, la complejidad de determinadas piezas, las necesidades de material y el presupuesto. Conociendo las capacidades y debilidades de ambos procesos, los fabricantes podrán seleccionar el proceso de fundición más adecuado para atender sus necesidades y cumplir la tarea con los mejores resultados posibles.

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