Fundición y mecanizado

La fundición y el mecanizado de metales son dos tecnologías de fabricación muy utilizadas en los sectores de la automoción, la aeronáutica, la electrónica y la maquinaria industrial para fabricar componentes metálicos. Aunque ambos procesos producen componentes, presentan varias diferencias en cuanto a la forma en que se moldea el material, las herramientas necesarias, los costes y la precisión que se puede alcanzar.

La fundición es un proceso que consiste en verter o inyectar metal fundido en un moho para fabricar componentes, y el mecanizado es un proceso que utiliza herramientas de corte para eliminar material de un objeto sólido. En algunas aplicaciones, resulta eficaz combinar la fundición y el mecanizado CNC de piezas complejas, que presentan características funcionales precisas.

¿Cuál es la diferencia entre la fundición y el mecanizado?

La fundición y el mecanizado se diferencian principalmente en los métodos que utilizan para dar forma al material.

Fundición frente a mecanizado: diferencias clave

¿Cómo funcionan los yesos?

El primer paso en la fundición a presión consiste en seleccionar y fundir un metal o una aleación adecuados. El material fundido se vierte o se inyecta en un molde que se ha construido siguiendo la forma de la pieza. Una vez enfriada y solidificada, la pieza se extrae del molde.

Es posible que se requieran otras operaciones como parte del proceso, tales como el recorte de las entradas y los canales de colada, la limpieza, el tratamiento térmico, el acabado superficial, la inspección y el mecanizado.

¿Cómo funciona el mecanizado CNC?

La fabricación asistida por ordenador es el proceso de cortar materiales a partir de un bloque sólido. El modelo CAD se traduce en instrucciones de fabricación, a menudo mediante un programa de CAM. La máquina CNC trabaja con una serie de trayectorias de herramienta para crear una forma con las características y dimensiones correctas.

A continuación se enumeran las operaciones CNC más habituales:

• Fresado CNC: Las herramientas de corte giratorias eliminan material para dar forma a superficies planas, ranuras, cavidades y contornos complejos.
• Torneado CNC: La pieza gira mientras se corta de forma cilíndrica.
• Perforación: Perfora agujeros con una taladradora giratoria.
• Aburrido: Aumenta o limpia los agujeros hasta alcanzar las dimensiones deseadas.
• Escariado: Realiza el acabado de los orificios para mejorar la precisión y la calidad de la superficie.

¿Qué es el mecanizado de piezas fundidas?

El método de mecanizado por fundición, también conocido como fabricación por fundición y mecanizado, es una combinación de fundición y mecanizado CNC. El proceso de fundición se utiliza para dar forma básica al componente, mientras que a determinadas características se les aplica un acabado superficial y/o se les confiere precisión dimensional mediante el mecanizado.

Por ejemplo, se puede fundir una carcasa metálica (de aluminio) que cubra todo el cuerpo, las nervaduras y los contornos. A continuación, los procesos de mecanizado CNC pueden encargarse de realizar las superficies de montaje, los orificios roscados, los asientos de cojinetes y otras piezas fundamentales.

¿Cómo funciona el proceso de mecanizado de piezas fundidas?

Diseño de piezas: Los ingenieros diseñan la pieza teniendo en cuenta los requisitos de fundición, los márgenes de mecanizado, las propiedades del material y las tolerancias.

Preparación del molde: El molde se diseña en función del diseño de la pieza y de la técnica de fundición.

Fundición: El metal fundido se vierte o se inyecta en un molde y se solidifica.

Retirada y limpieza: Se retira la parte solidificada y se recorta el material sobrante, como los canales de colada, los conductos de colada o las rebabas.

Inspección: En la pieza fundida se comprueban los defectos, las variaciones dimensionales y la aptitud para el mecanizado.

Mecanizado CNC: Las superficies y los elementos críticos se someten a fresado, torneado, taladrado u otros procesos de acabado.

Ventajas de combinar la fundición y el mecanizado

¿Cuáles son los cuatro tipos de fundición?

Existen cuatro técnicas principales de fundición: la fundición en arena, la fundición a presión, la fundición a la cera perdida y la fundición por compresión.

1. Fundición en arena

La fundición en arena es un proceso en el que se utiliza arena especialmente preparada para formar un molde. En el molde se crea un espacio que se ajusta a la forma de la pieza. El metal fundido se vierte en la cavidad, se deja enfriar y, a continuación, se extrae rompiendo el molde de arena.

Características principales:

• Adecuado para una amplia variedad de aleaciones metálicas.
• Es capaz de crear componentes de gran tamaño y formas complejas.
• Utiliza materiales para moldes relativamente económicos.
• Por lo general, da lugar a una superficie menos pulida que los procesos de fundición de precisión.
• Normalmente se necesita un molde nuevo para cada fundición.

2. Fundición a presión

En el fundición a presión En este proceso, el metal fundido se inyecta a presión en un molde metálico reutilizable (matriz). Una vez que el metal se enfría, la matriz se abre y libera la pieza.

Características principales:

• Altos índices de producción.
• Buena repetibilidad con un procesamiento controlado.
• Es capaz de generar paredes finas y modelos complejos.
• La producción a gran escala es posible gracias a los troqueles reutilizables.
• El tipo de aleación que se utiliza depende de los requisitos de la fundición y de los componentes.

Fundición a presión en cámara caliente y en cámara fría

3. Fundición a la cera perdida

La fundición a la cera perdida, o fundición por inversión, es una técnica que consiste en fabricar un molde detallado a partir de un modelo de cera desechable. El modelo se recubre y se envuelve con un material refractario, lo que da lugar a una capa cerámica.

Características principales:

• Adecuado para formas y detalles complejos.
• Puede crear superficies bastante lisas.
• Se puede utilizar para reducir al mínimo las operaciones de fabricación a gran escala.
• Funciona con una gran variedad de aleaciones metálicas.

4. Moldeado por compresión

La fundición por compresión es una técnica que combina aspectos de la fundición y la forja. El metal fundido se introduce en un molde y se aplica presión durante la solidificación.

Características principales:

• La presión se mantiene durante la solidificación.
• Este proceso dará lugar a componentes de baja porosidad.
• Mejorará las propiedades mecánicas en comparación con algunos procedimientos de fundición convencionales.
• Requiere un equipamiento especial y un procesamiento controlado.
• Los costes del utillaje y del proceso pueden ser superiores a los de procesos más sencillos.

Fundición frente a mecanizado CNC: ¿qué proceso deberías elegir?

Cuándo optar por la fundición:

• El componente es una pieza compleja o hueca.
• Se necesitan grandes cantidades de piezas similares.
• El método de fundición permite cumplir los requisitos dimensionales y superficiales exigidos.
• El material y la geometría son adecuados para el proceso.
• El coste de las herramientas puede repartirse entre un volumen de producción razonable.

Cuándo optar por el mecanizado CNC:

• El proyecto consiste en un prototipo o en una pequeña serie de producción.
• Se requieren tolerancias estrechas.
• El diseño podrá sufrir modificaciones a lo largo del proceso de desarrollo.
• El componente requiere orificios, ranuras, roscas o superficies de acoplamiento de precisión.
• La pieza se puede fabricar a partir de material ya disponible en stock, con un bajo coste de producción.

¿Cuándo es adecuado un proceso combinado?

En el caso de piezas con una forma general compleja pero que requieran características funcionales de precisión, la fabricación mediante fundición y mecanizado podría ser la opción adecuada.

Por ejemplo, la carcasa de una bomba industrial puede fundirse para dar forma a la carcasa principal y a los conductos internos. A continuación, se puede recurrir al mecanizado CNC para el montaje final de las caras, los orificios en los ejes y las superficies de sellado. De este modo, se puede reducir al mínimo el fresado a partir de material macizo y, al mismo tiempo, mantener la precisión en las zonas donde sea necesario.

¿Es difícil trabajar en CNC?

El mecanizado CNC no es especialmente difícil, pero el nivel de dificultad depende del trabajo, de las máquinas, de la complejidad de las piezas y de la responsabilidad que conlleva. Las diferentes personas que participan en una operación de CNC, así como los encargados de la configuración y la programación y los ingenieros de fabricación, deben poseer distintas competencias.

• Lectura de planos: Interpretar planos técnicos, cotas, tolerancias y especificaciones geométricas.
• Medición: Comprobación de dimensiones mediante calibres, micrómetros, medidores y herramientas de inspección.
• Funcionamiento de la máquina: Carga de piezas, selección de herramientas, supervisión de ciclos y cumplimiento de los procedimientos de seguridad.
• Conocimientos sobre herramientas: Conocimientos sobre herramientas de corte, desgaste de las herramientas, sujeción de piezas y parámetros de mecanizado.
• Programación: La creación o modificación de programas CNC (código G o software CAM), según corresponda.

¿Qué es lo que hace que el mecanizado CNC sea un reto?

En el mecanizado CNC, no se trata solo de manejar una máquina. Los trabajadores deben ser conscientes de la influencia que ejercen las características del material, las fuerzas de corte, la geometría de la herramienta, la rigidez de la máquina y los parámetros de mecanizado sobre el producto final.

Entre los problemas habituales se incluyen las tolerancias ajustadas, la selección de las herramientas adecuadas, cómo evitar las vibraciones y el desgaste excesivo de las herramientas, la colocación precisa de las piezas de trabajo, la resolución de problemas relacionados con el acabado superficial y los procedimientos de seguridad.

Defectos habituales en la fundición y el papel del mecanizado

Los defectos de fundición pueden afectar a las dimensiones, el aspecto o el rendimiento mecánico de un componente. Identificar y controlar estos defectos es una parte importante de la calidad de la fabricación.

El mecanizado CNC puede corregir ciertas variaciones dimensionales y pulir las superficies, pero no puede eliminar automáticamente los defectos internos ni restablecer la integridad del material cuando esta se ha visto comprometida.

Cómo reducir los costes en la fundición y el mecanizado CNC

Los costes de fabricación dependen del diseño de la pieza, el material, el volumen de producción, las herramientas, el tiempo de mecanizado y los requisitos de calidad. A continuación se presentan algunos ejemplos de prácticas que ayudan a controlar los costes:

• Elige el proceso con antelación: Evaluar los procesos de fundición, mecanizado y fabricación combinada durante la fase de diseño.
• Analizar las necesidades de material: Selecciona una aleación en función de los requisitos mecánicos, las condiciones de trabajo y la facilidad de fabricación.
• No compliques demasiado la geometría; simplifícalo al máximo, siempre y cuando conserve su funcionalidad.
• Utiliza tolerancias funcionales: Utiliza tolerancias estrictas solo cuando sea necesario.
• Margenes de mecanizado de diseño: Asegúrate de que haya suficiente material en las superficies moldeadas que se vayan a acabar.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre la fundición y el mecanizado?

El mecanizado es un proceso en el que se utilizan herramientas de corte para eliminar material de un material sólido, mientras que la fundición a presión consiste en verter metal fundido en un molde. El proceso de fundición a presión se emplea a menudo para formas complejas y grandes volúmenes de producción, mientras que el mecanizado suele elegirse para detalles de precisión y una producción flexible.

¿Qué es una máquina de fundición?

El mecanizado de piezas fundidas, también conocido como fabricación “fundida y mecanizada”, es una combinación de fundición y mecanizado CNC. La forma principal se obtiene mediante fundición, mientras que las dimensiones críticas, los orificios, las superficies y las características funcionales se consiguen mediante mecanizado.

¿Es difícil el mecanizado CNC?

El mecanizado CNC es complicado, ya que requiere comprender planos de ingeniería, realizar mediciones, manejar la máquina, utilizar herramientas y, en algunos casos, programar. La formación técnica y la práctica supervisada son una forma de que los principiantes aprendan.

¿El moldeo sale más barato que el CNC?

La fundición a presión puede resultar más económica para la producción de grandes volúmenes, ya que los costes de los moldes se reparten entre un gran número de piezas. El mecanizado CNC podría ser más rentable para prototipos, series pequeñas o piezas de alta precisión. El proceso óptimo depende de los requisitos de la pieza y del volumen de producción.

¿Se pueden mecanizar con CNC las piezas fundidas?

Sí. Las dimensiones exactas de las piezas, el acabado superficial y los elementos de precisión, como orificios, roscas, asientos de cojinetes y superficies de montaje, suelen obtenerse mediante el mecanizado CNC de componentes fundidos.

¿Cuál es la mejor técnica de lanzamiento para captar información detallada?

La fundición por colada se suele utilizar para geometrías y detalles complejos. Esto depende del material, el tamaño de la pieza, su diseño, las tolerancias y el volumen.

Conclusión

Tanto la fundición como el mecanizado CNC son procesos esenciales en la fabricación de metales, aunque lo hacen de formas diferentes. La fundición consiste en la creación de piezas a partir de metal fundido en un molde, lo que resulta adecuado para una gran variedad de formas complejas y operaciones de producción.

El mecanizado CNC es un método de mecanizado que corta o da forma a un material sólido para conseguir la forma y el tamaño deseados. Cada uno de los siguientes métodos de fundición tiene sus propias ventajas e inconvenientes: la fundición en arena, la fundición a la cera perdida y la fundición por compresión.

La fundición y la fabricación mecánica pueden combinarse para aprovechar las ventajas de ambas técnicas en la producción de componentes con geometrías complejas y que requieran precisión. Para elegir la opción adecuada, hay que tener en cuenta la geometría, el material, las tolerancias, el acabado superficial, la cantidad a producir, los requisitos de calidad y el coste total.