La fundición que nos rodea

La fundición, una de las tecnologías más transversales

7 septiembre, 2017 Antton Meléndez Arranz

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La fundición es una tecnología casi tan ancestral como la existencia del ser humano. En sus inicios fueron en su mayoría las relacionadas con la capacidad de este para fundir diferentes metales: la edad del cobre marca cuándo los primitivos fueron capaces de llegar a los 1.000 ºC aproximadamente de fusión, la del hierro unas centenas de grados más (alrededor de 400 más), o la del bronce, cuando ya fueron capaces de hacer las primeras aleaciones.

Los objetos obtenidos eran de todo tipo: desde útiles domésticos, adornos (masculinos y femeninos) o armas, como no puede ser de otro modo estando el ser humano de por medio. La fundición en general es una de las tecnologías más transversales que hay hoy en día.

La empleamos en adornos, útiles domésticos, hasta bañeras no hace mucho y aún quedan, o armas, ¡cómo no! También en coches, aviones, cohetes, prótesis dentales o esqueléticas e incluso dientes o material quirúrgico de alta biocompatibilidad.

Miremos donde miremos allí está la fundición, como pieza final o como molde de otras piezas. Ha evolucionado enormemente. Se empezó, y se sigue, con moldes de arena. Posteriormente se fue depurando. Ahora se comenta que la arena de sílice pura preferentemente produce silicosis en determinadas condiciones de alta exposición sin medidas de protección. Así es, en tasas no demasiado altas, pero la produce. Este es uno de los motivos por los que estamos inmersos en medidas de protección personal y la búsqueda de alternativas “sintéticas”, industriales, difíciles por el momento de ser competitivas frente a la abundante, pero no infinita, arena de nuestras canteras.

¿Qué ocurre con la reutilización? Ahorra materias primas pero no esquiva a la potencial silicosis. Al menos algo es algo.

Alguien descubrió más tarde el molde permanente, de muchos usos, las coquillas metálicas, pero con ciertas limitaciones geométricas de diseño y utillajes bastante más caros. Tiempo después a otro personaje se le ocurrió que para llenar paredes muy delgadas y geometrías extremadamente complejas, empujando con un pistón el metal fundido sería posible. Y así surgió la inyección de metales, mayoritariamente de aluminio, de zamak (cinc) y, últimamente de magnesio. ¡Todos queremos ahorrar peso!

Por otro lado, en la búsqueda de piezas geométricamente complejas, donde no es posible la inyección, alguien se inventó la microfusión o fusión a la “cera perdida” (ampulosamente llamada investment casting), que se usa con metales muy caros, de alto punto de fusión, con geometrías de diseño prácticamente libre y dedicadas mayoritariamente al sector aeronáutico. Son sobre todo utilizadas para superaleaciones de base níquel. Los motores de los actuales aviones cuentan con piezas críticas así fabricadas, y los asientos a su vez tienen piezas de aluminio inyectado (en los coches de magnesio inyectado).

Con este método de la cera perdida, que es capaz de llenar espesores de menos de un milímetro, hacen falta condiciones casi heroicas de los equipos. Se funde en alto vacío (alrededor de 10-3 mbar) con moldes (cáscaras o shells) de cerámica de altas propiedades (alúminas de altísima pureza), precalentados en torno a 1.000ºC (o más). Previamente son preparados utilizando un modelo de cera virgen inyectada que literalmente se reboza en auténticos “purés” de alúmina (barbotinas o slurries) y muy controlados en términos de temperatura y humedad para asegurar la tixotropía. Antes de ser curadas estas cáscaras para lograr su estabilidad térmica con las primeras temperaturas se vacían de cera, dejando el hueco del modelo exacto a la geometría requerida. Es el proceso que también se usa, por ejemplo, para fabricar prótesis de rodilla, o de cadera, o dientes. En estos casos también con aleaciones de base titanio.

¿Y qué sucede con los moldes de arena que mencionábamos al principio? Con ellos se consiguen las piezas más rápidas y las más grandes. Las primeras, las de alta producción, las de series largas, usan como ligante arcilla (bentonitas especiales) y agua. Las actuales máquinas de moldeo automático que se dedican sobre todo al mercado de automoción son capaces de fabricar más de 550 moldes por hora. Diversas fundiciones suelen tener varias máquinas de estas funcionando simultáneamente. Cuesta imaginar ese frenesí productivo teniendo en cuenta que se parte de metal líquido.

Este proceso se denomina moldeo en verde. No porque los moldes sean de ese color, ya que con el uso realmente se vuelven negros, sino porque no se llegan a “curar” con calor (hace muchos años, en ocasiones, se hacía). Todos los discos de freno de nuestros coches son fundidos de este modo, o las pinzas (calipers) de freno, o las horquillas de dirección, o los discos de embrague, o los portamanguetas y, a algo menor velocidad productiva, los bloques-motor: piezas todas ellas de alta seguridad.

Por otro lado contamos con el moldeo químico: arena con ligantes (resinas) que polimerizan dejando los moldes rígidos. Es el sistema por el que se fabrican las mayores piezas de hierro o acero moldeados. Más de 50.000 kg de metal en un solo molde han sido posibles en una fundición en nuestro entorno muy cercano. Con este sistema de moldeo se consiguen todas las piezas fundidas para los inmensos aerogeneradores que instalamos en los montes y ahora también en las costas o en el mar, o para los enormes troqueles que conforman las chapas de cualquier carrocería o para las grandes bancadas de las máquinas-herramienta o para las pequeñas (llamando pequeñas a piezas de cientos de kg)…

Otros sectores quizá menos llamativos, la mayor parte de los cuerpos de los brazos de los robots, tan de moda hoy en día, son fundidos en hierro o acero, las carcasas externas de refrigeración de los motores eléctricos, buena parte de las transmisiones de los grandes camiones mineros, o de las orugas de excavadoras… Y, hace años, además de las bañeras citadas al inicio, las planchas de ropa, de ahí su nombre en inglés: iron, sinónimo en inglés, hierro fundido.

Tal vez de ahora en adelante veréis con otros ojos lo que os rodea. No lo dudéis, la FUNDICIÓN nos estará observando, facilitándonos la vida y, en definitiva, con sus buenas propiedades físico-mecánicas, velando por nuestra seguridad.

Sobre Antton Meléndez Arranz

Ingeniero Industrial (especialidad Metalúrgica) por la ETS de Ingenieros Industriales de Bilbao. Máster en Ingeniería Medioambiental por la UPV. Doctor Ingeniero Industrial por la ES de Ingenieros de Bilbao.

Durante sus primeros 14 años de ejercicios trabajó desempeñando diversos puestos de dirección en diferentes fundiciones. Posteriormente fue contratado en INASMET-TECNALIA desde 1998 hasta diciembre de 2010. En INASMET fue jefe de Proyectos y Gestor de Clientes Industriales, así como durante un período, responsable de la Planta Piloto de Fundición (1998-2004).

Posee una gran experiencia en materiales y procesos de fundición. Ha participado como coordinador de proyectos en cooperación en un número importante de proyectos I+D+i para el sector, tanto en ámbitos locales como en proyectos europeos. Se ha especializado en la optimización y simulación de procesos, mejoras de rendimientos y en el diseño de soluciones innovadoras, siendo co-autor de tres patentes industriales. Actúa también en el área de medio ambiente en fundición. Desde 2011 está integrado en el Área de Negocio de Fundición y Siderurgia de TECNALIA en la que desempeña labores como Gestor de Proyectos y de Mercado en el área de Fundición Férrea.

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