Los componentes metálicos se fabrican de varias maneras. La fundición y la forja se consideran las dos prácticas más comunes. Ambos métodos dan forma al metal. Sin embargo, lo hacen de forma bastante diferente. Estas variaciones repercuten en la resistencia, la calidad, el coste y el rendimiento. Es importante conocer las diferencias. Ayuda a los ingenieros a tomar la decisión adecuada. Ayuda a las industrias a construir productos más seguros y mejorados.
Dos de los procesos más comunes del trabajo del metal en la industria son la fundición y la forja. La fundición es un proceso en el que se utiliza metal fundido, que se vierte en un molde y se endurece hasta adquirir la forma deseada. Es especialmente apropiado en la fabricación de formas complicadas, componentes enormes y piezas huecas como bloques de motor, carcasas de bombas y piezas ornamentales. Con un mínimo de tres tipos de metales, como acero, aluminio, cobre y bronce, la fundición permite dar forma a los metales con relativa facilidad, lo que la hace rentable en términos de fabricación de volúmenes bajos y medios.
Forja, por el contrario, consiste en conformar el metal ejerciendo fuerzas de compresión, en frío o en caliente, para obtener la forma deseada. Esto empapa los granos de metal de acuerdo con la forma del componente, lo que da lugar a una gran resistencia, tenacidad y resistencia a la fatiga. Los componentes forjados, como cigüeñales, engranajes y componentes aeronáuticos, son más seguros en aplicaciones que soportan grandes esfuerzos y cargas. Los dos procesos tienen sus propios puntos fuertes y débiles y son aplicables en ingeniería en función de los requisitos.
¿Qué es el casting?
La fundición es un procedimiento de trabajo del metal. En la fundición, el metal se calienta hasta el punto de fusión. El metal fundido está en forma de líquido. Este metal fundido se añade a un molde. La pieza final tiene forma de cavidad en el molde. El metal se reduce en el molde. Una vez que se enfría, el metal se solidifica. A continuación se retira la forma sólida. Ahora la pieza está lista.
La fundición es muy antigua. Su uso se remonta a miles de años. Hoy en día se aplica en casi todas las industrias.
Características principales de la fundición
- El metal se funde.
- El metal fundido se vierte en un molde.
- El metal se solidifica en estado sólido.
- La pieza adopta la forma del molde.
Ventajas de la fundición
La capacidad de hacer formas complicadas.
Se pueden moldear formas muy complicadas y detalladas. Puede producir diseños que son difíciles o imposibles para los otros procesos. También es muy fácil crear cavidades internas.
Son adecuados los componentes grandes y pesados.
Las piezas grandes se fabrican mejor mediante fundición. Los componentes de gran tamaño no son muy difíciles de fabricar. Esto hace que sea aplicable en las industrias pesadas.
Amplia gama de materiales
Se puede fundir casi cualquier metal. Los metales ferrosos y no ferrosos son apropiados. Esto ofrece numerosas opciones de materiales a los ingenieros.
Producción rentable
La fundición puede ser menos costosa que otros procesos de producción. Se puede utilizar el mismo molde varias veces. Esto simplifica y abarata la producción en serie.
Menos mecanizado, mecanizado mínimo.
La fundición puede producir formas casi netas. Esto implica que se necesitarán menos mecanizados tras la producción. Ayuda a ahorrar tiempo y costes.
Versátil y de amplio uso
Hay varias industrias en las que se aplica la fundición. Es flexible y adaptable. Favorece la producción a pequeña y gran escala.
Contras del casting en la producción:
Porosidad y agujeros de gas
El metal fundido puede atrapar gas durante la solidificación, lo que provoca porosidad y debilita el producto final.
Acabado superficial
Las superficies fundidas suelen ser rugosas y puede ser necesario mecanizarlas más para obtener un acabado liso.
Inexactitud dimensional
Durante la solidificación, existe la posibilidad de que se produzca una contracción y, por tanto, una variación de las dimensiones, por lo que no es fácil determinar tolerancias precisas.
Propiedades mecánicas reducidas.
Los defectos internos pueden reducir la fuerza, la ductilidad y la resistencia al impacto de los metales fundidos en comparación con los metales forjados.
Limitaciones de tamaño
Las secciones gruesas o finas pueden ser muy grandes y, por tanto, resultar difíciles de moldear sin defectos.
Complejidad de los moldes
La producción de moldes complejos lleva mucho tiempo y es costosa.
Cuestiones ecológicas y de seguridad.
El metal fundido está caliente, contiene humos y es peligroso en caso de accidente.
Desperdicio de material
El resultado de algunos procesos es material sobrante (como bebederos y bandas), que debe desecharse o reciclarse.
Ejemplos de productos de fundición
Piezas de automóvil
Los automóviles son uno de los principales accesorios de los productos de fundición. Algunos de los más comunes son bloques de motor, culatas, tambores de freno, cajas de cambio y cigüeñales.
Maquinaria industrial
Los componentes de fundición que suelen utilizarse en máquinas industriales son carcasas de bombas, cuerpos de válvulas, carcasas de turbinas y bases de máquinas.
Artículos para el hogar
La fundición se utiliza para fabricar muchos artículos domésticos, como utensilios de cocina, como sartenes y marmitas, tiradores de puertas, y también artículos decorativos, como lámparas, estatuas.
Materiales de construcción
Uno de los productos de fundición en la construcción son las arquetas, tuberías y marcos metálicos.
Arte y escultura
El vaciado es una técnica utilizada por los artistas para fabricar estatuas, bustos y diseños decorativos.
Componentes eléctricos
Los componentes de fundición, como carcasas de transformadores, carcasas de interruptores y componentes de motores, se utilizan con frecuencia en equipos eléctricos.
Artículos varios
Los otros productos de fundición son joyas, monedas e instrumentos musicales como campanas.
¿Qué es la forja?
Forjar no significa lo mismo que fundir. Durante el proceso de forja, el metal no se funde. El metal permanece sólido. Se calienta a una temperatura elevada. Pero permanece sólido. A continuación, se aplica fuerza. El metal se golpea o se moldea. El metal se comprime. Esto se hace para reforzar el metal.
La falsificación también lleva mil años. Antiguamente, las espadas y las herramientas las fabricaban los herreros. Hoy en día, la forja se realiza en grandes máquinas.
Características principales de la forja
- El metal se calienta.
- Se mantiene sólido.
- El metal fluye y adquiere una nueva forma.
- La estructura se refuerza.
- Actualmente, la aplicación de presión se realiza mediante martillos o prensas.
Ventajas de la forja
Alta resistencia
Los componentes fabricados por forja son más resistentes que las piezas fundidas o mecanizadas porque la estructura del grano del metal está en línea con la forma del componente. Esto mejora las características mecánicas, como la resistencia a la tracción y a la fatiga.
Resistencia mejorada
Es menos probable que se produzcan defectos como porosidad y vacíos como resultado de la forja y, por lo tanto, el material resulta ser más duro y resistente a la tensión.
Mayor resistencia a la fatiga
Los componentes forjados resisten mejor las cargas cíclicas y los fallos por fatiga gracias al flujo constante de granos a lo largo de la pieza.
Fiabilidad y seguridad
Los componentes forjados tienen menos posibilidades de romperse cuando se enfrentan a cargas pesadas o entornos de alta presión, por lo que son adecuados en entornos de alto riesgo como aviones, automóviles y maquinaria.
Versatilidad
La forja puede utilizarse en una gran variedad de aleaciones y metales, lo que permite fabricar desde formas sencillas a complejas.
Económico cuando se trata de grandes volúmenes de producción
Aunque la disposición inicial puede resultar costosa, la forja ofrece rentabilidad en la fabricación de una gran cantidad de piezas, ya que implica menos mecanizado y desperdicio de materiales.
Desventajas de la forja
Coste inicial elevado
La forja es muy costosa en cuanto a la maquinaria y las matrices necesarias, de ahí que sea muy costosa para empezar.
Limitación de formas y tamaños
Los componentes muy complejos o de gran tamaño no pueden forjarse debido a las limitaciones del equipo y las matrices.
Mano de obra cualificada necesaria
A menudo requiere la intervención de operarios cualificados para gestionar la temperatura, la presión y la forma, lo que aumenta el coste de la mano de obra.
Residuos materiales
Determinados procesos de forja pueden generar desechos o material no deseado, sobre todo cuando se trata de recortar.
Defectos superficiales
Sin un control adecuado del proceso, las piezas forjadas pueden desarrollar grietas o defectos en su superficie, lo que hace necesario un acabado posterior.
No apto para todos los metales
Algunos metales frágiles son difíciles de forjar y no se agrietan ni se rompen.
Ejemplos de productos forjados
Componentes de automoción
La forja también se aplica en la fabricación de piezas duraderas y resistentes de automóviles, por ejemplo, cigüeñales, bielas, engranajes, ejes y cubos de rueda.
Componentes aeroespaciales
Los aviones necesitan componentes forjados de alta resistencia, como trenes de aterrizaje, ejes de turbina y piezas estructurales.
Maquinaria industrial
Las piezas usadas en maquinaria son forjadas, como husillos, ejes, palancas y piezas de maquinaria pesada que tienen requisitos de alta resistencia y tenacidad.
Herramientas y hardware
Las herramientas de ferretería, como martillos, llaves y alicates, entre otras, suelen forjarse para que sean duraderas y fiables.
Materiales de construcción
Elementos como tornillos, tuercas y fijaciones de estructuras de edificios y puentes suelen ser forjados.
Artículos varios
Otros productos falsificados son piezas de ferrocarril, partes de barcos y equipos agrícolas, como rejas de arado y piezas de tractores.
Fundición frente a forja Propiedades mecánicas
Una tabla con valores numéricos relativos de resistencia, peso, etc., no sólo descripciones cualitativas. La siguiente es una de las versiones, utilizando datos estándar de ingeniería:
| Propiedad | Colada (aprox.) | Forja (aprox.) |
| Resistencia a la tracción | 200-400 MPa | 400-700 MPa |
| Límite elástico | 100-250 MPa | 250-600 MPa |
| Alargamiento (%) | 5-15% | 15-35% |
| Resistencia a la fatiga | 50-150 MPa | 200-400 MPa |
| Densidad/Peso | Ligeramente superior debido a la porosidad (~7,2 g/cm³ para el acero) | Ligeramente inferior, más eficiente (~7,85 g/cm³ para el acero, más denso pero con menos residuos) |
| Dureza (Brinell) | 100-200 HB | 150-300 HB |
Notas:
Dependiendo del material (acero, aluminio, etc.) y del proceso, los valores difieren.
La resistencia a la fatiga y la ductilidad de las piezas forjadas suelen ser entre 2 y 3 veces superiores a las de las piezas de fundición.
Materiales utilizados
Fundición
La fundición puede realizarse en una gama muy amplia de metales y aleaciones. Los más utilizados son el hierro fundido, el acero, el aluminio, el cobre, el bronce, el latón y las aleaciones de magnesio. La fundición es especialmente aplicable a metales bien fluidos que pueden fluir fácilmente en moldes para formar formas complicadas.
Forja
Los metales que suelen forjarse son los que tienen una buena ductilidad y son capaces de soportar la deformación a alta presión. Algunos de los materiales habituales son el acero al carbono, el acero aleado, el acero inoxidable, el aluminio, el cobre, el titanio y las aleaciones a base de níquel. La forja es ideal en el caso de materiales que requieren gran resistencia y tenacidad cuando están acabados.
Disimilitud estructural entre fundición y forja
La distinción estructural clave entre fundición y forja es la estructura de grano del metal y sus propiedades mecánicas. En la fundición, el metal fundido se vierte a través de un molde y se deja solidificar. Esto provoca la presencia de una estructura de grano grueso y no uniforme, que puede dar lugar a puntos débiles y porosidad. Por lo tanto, las piezas de fundición tienden a ser más débiles y dúctiles que las piezas forjadas y fáciles de sufrir defectos, como cavidades de contracción y agujeros de gas. Los metales fundidos tienen los granos orientados aleatoriamente, lo que hace que el material sea isótropo, pero son más débiles a lo largo de las trayectorias de carga.
La forja, en cambio, implica la deformación mecánica del metal, lo que hace que los granos sigan la forma de la pieza. Esta fluidez del grano aumenta la resistencia, la tenacidad y la resistencia a la fatiga. Los componentes forjados sufrirán menos defectos internos, pero hay que prestar mucha atención para evitar grietas en la superficie. Los componentes forjados tienen los granos en su dirección, que son más fuertes en la dirección de las cargas aplicadas a las piezas. En general, la forja da lugar a piezas con mejores cualidades mecánicas, mientras que la fundición se limita a formas más complicadas, aunque menos resistentes.
La forja, por tanto, es más fuerte estructuralmente. La estructura interna de la fundición es más débil.
Diferencia de costes
El precio varía según la forma, la cantidad y la necesidad.
La fundición se abarata cuando:
- El diseño es complejo.
- La pieza es grande.
- Se necesitan muchas piezas.
La forja es más costosa de lo que es:
- El coste del equipamiento es elevado.
- Los materiales deben poder resistir el forjado.
- Se necesita más trabajo o tiempo de máquina.
Sin embargo, las piezas forjadas tienen una larga vida útil. Reducen los costes de las averías. La forja es cara en el caso de las piezas de seguridad.
Acabado superficial y precisión
Fundición
La precisión de la superficie y las dimensiones de las piezas generadas por fundición suelen ser bajas. La contracción, la porosidad, la solidificación desigual, etc. son factores que contribuyen a la imperfección de las superficies. Debido a ello, los componentes de fundición pueden necesitar más mecanizado o acabado para alcanzar el nivel de precisión y suavidad requerido.
Forja
Con el forjado se obtienen piezas con un mejor acabado superficial y una mayor precisión dimensional. El metal es forzado hacia abajo; esto es lo que hace que el flujo del grano se ajuste a la dirección de la línea del componente. Los componentes forjados requieren un mecanizado mínimo y son adecuados en la práctica de la alta precisión, donde la resistencia además de la exactitud son cruciales.
Defectos y fiabilidad
Fundición
El proceso de solidificación aumenta los defectos en la fundición. La porosidad, las cavidades de contracción y los agujeros de gas, así como las grietas, son defectos comunes. Los defectos resultantes disminuyen la resistencia mecánica y la fiabilidad del componente, así como el uso de piezas de fundición en aplicaciones críticas o de alto esfuerzo. También puede ser necesario realizar más comprobaciones y procesamientos para alcanzar un nivel de calidad aceptable.
Forja
La forja hace que los componentes tengan menos defectos internos, ya que el metal se deforma bajo presión y, por tanto, los huecos internos que se producen se sellan y la estructura del grano se vuelve paralela. La mayoría de las piezas son más resistentes y fiables, y pueden soportar cargas pesadas y tensiones repetitivas. Aunque pueden producirse grietas superficiales si el proceso no se gestiona adecuadamente, la forja se utiliza en el caso de aplicaciones críticas y de carga, ya que es más fiable.
Cuando el reparto es mejor
Formas complejas
La fundición es más adecuada cuando las geometrías de los componentes que hay que fabricar son complicadas, el diseño es complicado y el entrehierro es difícil o imposible de forjar.
Grandes componentes
La fundición es un método más barato y cómodo que la forja para fabricar componentes de gran tamaño, como bloques de motor, carcasas de bombas o estatuas.
Aplicaciones de baja resistencia
La fundición es más apropiada para aquellas piezas que no necesitan un nivel muy alto de resistencia o dureza, como objetos decorativos, utensilios de cocina o algunas carcasas.
La producción a pequeña escala es económica.
La producción de bajo volumen es económica, ya que resulta sencillo fabricar un molde y las formas complicadas pueden fundirse en menos operaciones.
Donde es mejor forjar
Componentes de alta resistencia
La forja también es adecuada para componentes que requieren gran resistencia, tenacidad y resistencia a la fatiga, como cigüeñales, bielas y ejes de turbina.
Aplicaciones de carga de importancia crítica
Las piezas sometidas a cargas elevadas, esfuerzos frecuentes o impactos, como los trenes de aterrizaje, los engranajes y los ejes de los aviones, es mejor que estén forjadas, ya que son más fiables.
Mayores propiedades mecánicas
Las piezas forjadas poseen una estructura de grano homogénea, defectos internos reducidos y una característica dúctil mejorada, lo que resulta apropiado para utilizar piezas que requieren durabilidad y una vida útil prolongada.
Lotes de producción medianos y grandes
El uso de matrices de forja es costoso, pero resulta rentable cuando la producción es de volúmenes medios o altos en cuanto a cantidades de piezas resistentes y de precisión, ya que se requiere poco mecanizado y menos desperdicio de material.
Conclusión
En resumen, fundición y forja son operaciones de fabricación cruciales, y tienen sus propios pros y sus propios usos. Las formas complejas, las piezas de gran tamaño y las piezas de resistencia baja o media se gestionan mejor mediante fundición, a diferencia de las piezas de gran capacidad de carga que requieren gran tensión, tenacidad y fiabilidad, que se consiguen mejor mediante forja. En GC Precision Mould, nos centramos en el suministro de soluciones de fundición de alta calidad para todo tipo de requisitos. Estamos equipados con todo tipo de proyectos de fundición y disponemos de todas las instalaciones necesarias, lo que nos hace eficientes y precisos en la ejecución de estos trabajos de fundición. Al optar por GC Precision Mould, está eligiendo un socio que se preocupa por la calidad, la precisión y la satisfacción del cliente, de modo que sus componentes se fabrican con la máxima calidad. Estaremos encantados de ofrecerle piezas de fundición atemporales, de alta calidad y perfectas para su negocio.
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¿Cuál es la diferencia entre forja y fundición?
La forja se realiza sobre el metal mediante fuerzas de compresión para formar piezas de mayor resistencia, tenacidad y resistencia a la fatiga, y la fundición se realiza vertiendo metal fundido en moldes para formar formas complejas.
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