Fundición a la cera perdida

El uso más antiguo del proceso de fundición a la cera perdida se remonta a alrededor del año 3000 a.C., aplicado inicialmente en la producción de artefactos de bronce. En los periodos de Primavera y Otoño y de los Estados Combatientes, la técnica había alcanzado un alto grado de madurez. En la era industrial moderna, el mismo proceso se conoce también como fundición a la cera perdida.

La fundición a la cera perdida, ahora conocida como fundición a la cera perdida, es un proceso de fundición con poco o ningún mecanizado. Constituye un logro tecnológico excepcional en la industria de la fundición y goza de una amplia aplicación. Es adecuado para fundir diversos tipos y aleaciones, y produce piezas con una precisión dimensional y una calidad superficial superiores a las de otros métodos de fundición. Incluso las piezas complejas, resistentes a altas temperaturas y difíciles de mecanizar, que resultan complicadas con otros métodos, pueden fabricarse con éxito mediante la fundición a la cera perdida.
Los métodos modernos de fundición a la cera perdida se aplicaron por primera vez en la producción industrial durante la década de 1940. En aquella época, el desarrollo de motores a reacción para la aviación exigía la fabricación de componentes de aleaciones resistentes al calor con formas complejas, dimensiones precisas y superficies lisas, como álabes, impulsores y toberas. Dada la dificultad de mecanizar aleaciones resistentes al calor y la complejidad de las geometrías de las piezas, los métodos de fabricación alternativos resultaron poco prácticos o inviables. Esto hizo necesario desarrollar un nuevo proceso de conformado de precisión. Inspirándose en la antigua técnica de fundición a la cera perdida, la fundición a la cera perdida moderna evolucionó a través de innovaciones en materiales y procesos, logrando avances significativos con respecto a su predecesora histórica. Así, el avance de la industria aeronáutica ha impulsado la aplicación de la fundición a la cera perdida, mientras que el continuo perfeccionamiento y mejora de la fundición a la cera perdida también ha creado condiciones favorables para mejorar el rendimiento de la industria aeronáutica.
El proceso de fundición a la cera perdida, en pocas palabras, consiste en crear un modelo fundible (denominado modelo fundible o simplemente modelo) a partir de un material de bajo punto de fusión (como la cera o el plástico). A continuación, este modelo se recubre con varias capas de arcilla refractaria especialmente formulada (polvo de arena resistente a altas temperaturas). Tras secarse y endurecerse, se forma un molde integral. A continuación, la cera se funde con vapor o agua caliente, dejando la cáscara del molde de arena. Por último, la cáscara del molde de arena se coloca en un horno de cocción a alta temperatura. El metal fundido se vierte en el molde de arena para producir la pieza.
Las piezas de fundición a la cera perdida presentan una elevada precisión dimensional, alcanzando normalmente CT4-6 (en comparación con CT10-13 para la fundición en arena). Sin embargo, debido a la complejidad del proceso de fundición a la cera perdida, numerosos factores influyen en la precisión dimensional. Entre ellos se incluyen la contracción del patrón de cera, la deformación del molde, la expansión/contracción térmica de la carcasa del molde durante el calentamiento/enfriamiento, los índices de contracción de la aleación y la deformación de la colada durante la solidificación. Aunque las piezas de fundición a la cera perdida estándar presentan una gran precisión dimensional, la consistencia sigue siendo un área de mejora (las piezas de fundición que utilizan materiales de cera de temperatura media a alta presentan una consistencia dimensional significativamente mayor).
El acabado superficial de las piezas de fundición a la cera perdida suele superar el de las piezas de fundición convencionales, alcanzando normalmente Ra 1,6-3,2 μm. La principal ventaja de la fundición a la cera perdida reside en su excepcional precisión dimensional y acabado superficial, que reduce sustancialmente los requisitos de mecanizado. Sólo se necesitan unos márgenes de mecanizado mínimos en las zonas críticas de los componentes, y algunas piezas de fundición pueden incluso utilizarse directamente después del esmerilado o pulido sin necesidad de más mecanizado. Así pues, la fundición a la cera perdida reduce significativamente la necesidad de máquinas herramienta y las horas de mecanizado, al tiempo que conserva sustancialmente las materias primas metálicas.
Otra ventaja de la fundición a la cera perdida es su capacidad para producir piezas complejas a partir de diversas aleaciones, sobre todo las de alta temperatura. Por ejemplo, las palas de los motores a reacción, con sus exteriores aerodinámicos y cavidades de refrigeración, son casi imposibles de conseguir mediante el mecanizado convencional. La fundición por inversión no sólo permite la producción por lotes con una calidad constante de las piezas, sino que también elimina las concentraciones de tensiones causadas por las marcas residuales del mecanizado.
Entre los tipos de aleación producidos mediante fundición por inversión se incluyen el acero al carbono, el acero aleado, las aleaciones resistentes al calor, el acero inoxidable, las aleaciones de precisión, las aleaciones para imanes permanentes, las aleaciones para cojinetes, las aleaciones de cobre, las aleaciones de aluminio y las aleaciones de titanio.