Proceso de fundición a la cera perdida
Fundición a la cera perdida Introducción
La fundición a la cera perdida es un proceso de conformado de metales. Un material cerámico resistente al calor se recubre sobre un modelo de cera para formar un molde cerámico. A continuación, el molde cerámico se seca, se funde y se retira el modelo de cera para formar una cáscara. A continuación, se vierte metal fundido en la cáscara cerámica y, una vez formado el metal, se retira la cáscara para obtener la pieza fundida. Algunas piezas de fundición a la cera perdida requieren un mecanizado posterior. La fundición a la cera perdida se utiliza normalmente para producir piezas de formas complejas y con elevados requisitos de precisión dimensional y calidad superficial.
Proceso de fundición a la cera perdida
La lógica central de la fundición a la cera perdida es "utilizar la cera como molde, la cáscara como modelo y fundir el oro mediante fundición a la cera perdida". El proceso exige tanto precisión como un enfoque sistemático, que requiere un control estricto de los parámetros del proceso en cada paso (como la temperatura, la humedad y el grosor del revestimiento) para garantizar la calidad de la fundición.
Suijin Machinery proporciona flujos de proceso estándar para la producción industrial a gran escala, al tiempo que ofrece soluciones optimizadas para la personalización de lotes pequeños.
Etapa 1: Fase preparatoria: Planos y diseño del proceso
1. Análisis y optimización del dibujo de piezas
A partir del modelo 3D (formato STEP/IGES) o de los planos 2D proporcionados por el cliente, analizar la estructura de la pieza (grosor de la pared, cavidad interna, filetes), las tolerancias dimensionales (por ejemplo, requisitos de grado CT4-CT7), los estándares de calidad de la superficie (Ra1,6-6,3μm) y los requisitos del material (por ejemplo, acero inoxidable 316L, aleación de titanio TC4);
Optimización de procesos:
- Añadir suplemento de espesor de proceso para piezas de pared fina (≤1mm) para evitar un vertido incompleto;
- Diseñe "canales de ventilación" para cavidades internas complejas para evitar la retención de gas en el armazón del molde, que puede provocar defectos de porosidad;
- Marque las dimensiones clave (superficies de contacto, superficies de sellado) para un control preciso en inspecciones posteriores.
2. Sistema de compuertas y diseño de la carcasa
- Sistema de compuerta: Diseñe la compuerta, los elevadores y el canal para garantizar que el metal fundido llene suavemente la cavidad del molde mientras expulsa los gases y las impurezas (los elevadores deben colocarse en el punto más alto o caliente de la colada a efectos de alimentación);
- Parámetros de la coquilla: Basándose en el peso de la colada (≤50kg para piezas estándar) y el punto de fusión del material (las aleaciones de alta temperatura requieren una coraza más gruesa), determine el número de capas de la coraza (3-7 capas), el grosor de cada capa de revestimiento (0,5-1,5mm) y el tipo de material refractario (por ejemplo, arena de circón para superficies de alta precisión, arena de corindón para requisitos de alta resistencia).
Paso 2: Modelado en cera y montaje
1. Preparación de la cera
- Ceras comunes: Aleación de parafina y ácido esteárico (relación 7:3), cera de media temperatura (punto de fusión 60-80℃), cera de alta temperatura (punto de fusión 100-130℃, utilizada para fundiciones de aleaciones de alta temperatura);
- Requisitos del proceso: La cera debe calentarse hasta un estado fundido (temperatura 10-20℃ superior al punto de fusión), agitarse uniformemente y eliminar las burbujas de aire (puede utilizarse desgasificación al vacío).
2. Inyección de modelos de cera
- Inyectar la cera fundida en el molde metálico a una presión de inyección de 0,3-0,8 MPa, tiempo de mantenimiento de 10-30 segundos (ajustar según el tamaño del modelo de cera);
- Método de refrigeración: Enfriamiento natural o por agua. Asegúrese de que el modelo de cera esté completamente solidificado antes de abrir el molde (para evitar deformaciones).
3. Acabado e inspección de modelos de cera:
- Elimine manualmente rebabas y rebabas de la superficie del modelo de cera y repare pequeños defectos (como agujeros de alfiler o falta de material);
- Inspección dimensional: Utilice una máquina de medición de coordenadas para inspeccionar las dimensiones clave y garantizar que las tolerancias del modelo de cera cumplen los requisitos (normalmente se permite una tolerancia de contracción de 0,5-1,0 mm en comparación con la tolerancia de fundición);
- Calidad de la superficie: Inspeccione visualmente o utilice una lupa para asegurarse de que no hay arañazos, grietas o burbujas (rugosidad de la superficie).
4. Montaje del modelo de cera:
- Conecte modelos de cera individuales a compuertas y bandas mediante soldadura (soldadura de cera) para formar un "conjunto de modelos de cera" (por ejemplo, pueden conectarse de 5 a 20 modelos de cera a una compuerta, ajustados según el tamaño de la pieza);
- Finalidad: Mejorar la eficacia de la producción, reducir el desperdicio de metal durante la colada y garantizar la uniformidad de la temperatura en varias coladas.
Paso 3: Preparación del caparazón (paso clave)
La cáscara es el "molde" para la fundición, que requiere gran precisión, alta resistencia y transpirabilidad. Consta de 5 subpasos:
1. Recubrimiento previo (primera capa de recubrimiento)
- Formulación del revestimiento: Material refractario de partículas finas (polvo de circón, tamaño de partícula 10-20μm) + aglutinante (sol de sílice, contenido de SiO₂ 30%-35%) + agente humectante (para evitar la descamación del revestimiento);
- Funcionamiento: Sumerja el molde de cera en el revestimiento, gírelo lentamente para garantizar una cobertura uniforme de la superficie y, a continuación, retire y escurra el exceso de revestimiento;
- Función principal: Forma la superficie final de la pieza fundida, determinando directamente su precisión y rugosidad superficiales. El grosor del revestimiento (0,1-0,2 mm) debe controlarse estrictamente.
2. Aplicación de arena (primera capa)
- Material de la arena: Arena de circón de grano fino (malla 40-70), consistente con el material refractario de la pintura pre-recubierta;
- Funcionamiento: Coloque la plantilla de cera recubierta en el equipo de aplicación de arena (de tipo lluvia o de lecho fluidizado) para asegurar que las partículas de arena se adhieren uniformemente a la superficie de la pintura;
- Objeto: Aumentar la resistencia de la primera capa de revestimiento y evitar la formación de grietas en revestimientos posteriores.
3. Secado (primera capa)
- Condiciones de secado: Temperatura 20-25℃, humedad 40%-60%, tiempo de secado 4-8 horas (secado natural) o 1-2 horas (secado por ventilación forzada);
- Requisitos de calidad: El revestimiento debe estar completamente seco, sin goteos ni burbujas, y las partículas de arena deben estar firmemente adheridas a la pintura.
4. Revestimiento y lijado repetidos (capas posteriores)
- De la segunda a la penúltima capa: Utilizar material refractario de grano grueso (arena de corindón, malla 20-40) + sol de sílice. Después de la capa, espolvorear arena de corindón de la granulometría correspondiente. Cada capa debe secarse durante 6-12 horas.
- Capa final (capa de recubrimiento): Aplique sólo el material de recubrimiento, sin espolvorear arena. Esto mejora las propiedades de sellado del molde y evita que el metal fundido se filtre durante el vertido.
- Número total de capas: 3-7 capas (3-4 capas para piezas pequeñas, 5-7 capas para piezas grandes). Espesor total del molde: 3-10mm (ajustado según el peso de la pieza fundida y el material).
5. Secado final e inspección previa a la cocción de la carcasa del molde
- Secado final: Temperatura 25-30℃, humedad 30%-50%, tiempo de secado 12-24 horas, asegurando que el contenido de humedad de la cáscara del molde es ≤0,5% (un exceso de humedad hará que la cáscara del molde se agriete durante la fundición);
- Inspección: Inspeccione visualmente la superficie de la carcasa del molde en busca de grietas, falta de arena y descascarillado. Realice pruebas no destructivas (como pruebas de líquidos penetrantes) si es necesario.
Paso 4: Desparafinado (proceso de pérdida de cera)
1. Selección del método de desparafinado
- Desparafinado con vapor (común): Se coloca la carcasa del molde en un autoclave de vapor a alta presión, se introduce vapor saturado a 0,6-1,0 MPa, se mantiene una temperatura de 160-180℃ y se espera de 10 a 30 minutos. El patrón de cera se funde y sale por la compuerta, que puede recogerse y reutilizarse (tasa de recuperación ≥80%).
- Desparafinado a alta temperatura (adecuado para cera a alta temperatura o moldes complejos): Coloque la cáscara del molde en un horno de tostación, aumente lentamente la temperatura a 400-600℃, y mantenga durante 2-4 horas. El patrón de cera se quema y descompone completamente, evitando que la cera residual afecte a la calidad de la fundición.
2. Inspección posterior a la desparafinación
- No hay residuos de cera en la cavidad del molde (puede comprobarse con un endoscopio), y el molde no presenta grietas ni deformaciones.
- Si se encuentran residuos de cera, es necesario prolongar el tiempo de desparafinado o aumentar la temperatura; de lo contrario, la carbonización de la cera durante el vertido provocará porosidad y defectos de inclusión en la colada.
Paso 5: Disparo de proyectiles
1. Temperatura de cocción:
- 900-1100℃ (Ajustar según material de fundición: Acero inoxidable, acero al carbono 900-950℃, aleaciones de alta temperatura, aleaciones de titanio 1000-1100℃);
- Tiempo de cocción: 2-4 horas, velocidad de calentamiento 5-10℃/minuto (para evitar el agrietamiento de la cáscara debido al choque térmico);
2. Funciones básicas:
- Eliminación de la cera residual, la humedad y la materia orgánica de la cáscara;
- Mejora de la resistencia de la cáscara (resistencia de la cáscara a temperatura ambiente ≥20MPa tras la cocción) y de la permeabilidad;
- La formación de una estructura densa en la superficie de la coraza reduce las reacciones químicas entre el metal fundido y la coraza.
Paso 6: Fundición y colado del metal
1. Preparación del material metálico
- Seleccionar metales puros o aleaciones (por ejemplo, acero inoxidable 304, aleación de alta temperatura Inconel 718) de acuerdo con los requisitos de fundición, asegurándose de que la composición del material cumple las normas (por ejemplo, normas ASTM, EN);
- Pretratamiento del material: Eliminar el aceite superficial y las incrustaciones de óxido para evitar que las impurezas entren en el metal fundido.
2. Fusión
- Equipo de fusión: Horno de inducción de media frecuencia (de uso común, adecuado para acero al carbono, acero inoxidable, aleaciones de aluminio), horno de inducción de vacío (utilizado para materiales fácilmente oxidables como aleaciones de titanio y aleaciones de alta temperatura);
- Temperatura de fusión: 50-150℃ superior al punto de fusión del metal (por ejemplo, punto de fusión del acero inoxidable 304 1450℃, temperatura de fusión 1500-1550℃);
- Tratamiento de refinado: Añadir desoxidantes (por ejemplo, aleación de silicio-calcio, alambre de aluminio) para eliminar los gases y las impurezas del metal fundido, garantizando la pureza del metal fundido.
Etapa 8: Tratamiento posterior e inspección de calidad
1. Extracción del sistema de compuertas
- Utilice un cortador de disco abrasivo, un cortador de plasma o un electroerosionador de hilo (para requisitos de alta precisión) para retirar las compuertas y las bandas;
- Esmerile las superficies cortadas para asegurar una transición suave con la superficie de fundición.
2. Limpieza de superficies
- Elimine rebabas y rebabas, y esmerile la arena residual y la cascarilla de óxido de la superficie de fundición;
- Realizar granallado (con granalla de acero o granalla de vidrio) si es necesario para mejorar el acabado superficial (Ra puede reducirse por debajo de 1,6μm).
3. Tratamiento térmico (según sea necesario)
- Según los requisitos de rendimiento de la fundición, realizar recocido, normalizado, temple + revenido, tratamiento de solución, etc;
- Ejemplo: Tratamiento por disolución de piezas fundidas de acero inoxidable 304 (mantenimiento a 1050-1100℃ durante 1-2 horas, refrigeración por agua) para mejorar la resistencia a la corrosión; temple (850-900℃) + revenido (200-300℃) de piezas fundidas de acero para herramientas para mejorar la dureza y la resistencia al desgaste.
4. Inspección de calidad y Embalaje y envío
Principio de fundición Suijin
Resumen del flujo del proceso de fundición a la cera perdida:
Los principios básicos de la fundición a la cera perdida giran en torno a "la precisión en el conformado, la calidad controlable y el equilibrio entre eficiencia y coste". Estos principios constituyen la lógica subyacente que guía el diseño del proceso, el ajuste de los parámetros y el control de calidad, y determinan directamente la precisión, el rendimiento, la tasa de producción y la eficiencia económica de las piezas fundidas.