¿Qué es la fundición centrífuga?

La fundición centrífuga es un proceso de fundición de metales que utiliza la fuerza rotacional para producir piezas cilíndricas. El proceso consiste en verter metal fundido en un molde giratorio, donde la fuerza centrífuga lo empuja contra las paredes del molde. Esto crea piezas con estructuras densas y uniformes, con mínimos defectos.

Esta técnica produce componentes cilíndricos huecos, como tubos, tuberías y anillos. Las industrias recurren a la fundición centrífuga para piezas que requieren alta resistencia y durabilidad. El proceso funciona con diversos metales y ofrece resultados consistentes tanto para producciones pequeñas como grandes.

¿Cómo funciona la fundición centrífuga?

La fundición centrífuga funciona girando un molde a alta velocidad mientras se vierte metal fundido en él. La rotación crea una fuerza centrífuga que impulsa el metal hacia afuera, contra las paredes del molde. Esta fuerza suele ser de 50 a 100 veces mayor que la gravedad.

La acción de hilado separa las impurezas y los gases del metal. Los materiales más ligeros se desplazan hacia el centro, mientras que el metal más denso y puro forma la pared exterior. Esta separación natural crea piezas con excelentes propiedades mecánicas y menos defectos que los métodos de fundición tradicionales.

Proceso de fundición centrífuga

Paso 1: Preparación del molde

El primer paso consiste en preparar el molde para la fundición. Los operarios lo limpian a fondo y aplican un revestimiento refractario a la superficie interior.

Paso 2: Calentamiento del molde

A continuación, el molde se calienta a la temperatura adecuada, que suele oscilar entre 300 °C y 700 °C.

Paso 3: Rotación del molde

El molde comienza a girar a una velocidad de 300 a 3000 RPM antes de verter el metal. El molde continúa girando durante todo el proceso de fundición.

Paso 4: vertido de metal

El metal fundido se vierte en el molde giratorio a través de una cubeta o canaleta de vertido. La fuerza centrífuga distribuye inmediatamente el metal uniformemente por las paredes del molde.

Paso 5: Solidificación

El metal se solidifica de afuera hacia adentro a medida que el molde continúa girando. Esta solidificación direccional empuja las impurezas hacia el orificio interior, donde pueden eliminarse fácilmente.

Paso 6: Extracción de la pieza

Una vez solidificada por completo, la rotación se detiene y la pieza se enfría a la temperatura de manipulación. A continuación, los operarios retiran la pieza fundida del molde. La superficie interior suele requerir mecanizado para alcanzar las dimensiones finales.

¿Cuáles son los diferentes tipos de fundición centrífuga?

Fundición centrífuga verdadera

La fundición centrífuga auténtica produce piezas cilíndricas huecas sin utilizar machos. El proceso se basa completamente en la fuerza centrífuga para moldear el diámetro interior de la pieza. Este método crea piezas con un espesor de pared uniforme y una excelente densidad.

Los productos comunes incluyen tuberías, tubos, camisas de cilindros y anillos de rodamiento. El proceso funciona mejor con piezas con una relación longitud-diámetro de entre 0.5 y 15.

Fundición Semi-Centrífuga

La fundición semicentrífuga utiliza la fuerza centrífuga para llenar las cavidades del molde situadas alrededor de un eje central. A diferencia de la fundición centrífuga tradicional, este método permite producir piezas sólidas o con espesores de pared variables. A menudo se utiliza un núcleo central para crear geometrías internas específicas.

Esta técnica es ideal para fabricar ruedas, poleas, engranajes y otras piezas simétricas. La fuerza centrífuga permite una mejor distribución del metal que los métodos de fundición estática.

Centrifugar

La centrifugación organiza múltiples cavidades del molde alrededor de una colada central. A medida que gira todo el conjunto, el metal fundido fluye desde el depósito central hacia cada cavidad. Este método combina las ventajas de la fuerza centrífuga con la capacidad de fundir múltiples piezas pequeñas simultáneamente.

Los fabricantes utilizan la centrifugación para producir pequeñas piezas de precisión, como joyas, implantes dentales y componentes aeroespaciales. El proceso garantiza una calidad constante en todas las cavidades.

Orientaciones de máquinas horizontales y verticales

Fundición centrífuga horizontal

Las máquinas de colada centrífuga horizontal giran el molde sobre un eje horizontal. Esta orientación es ideal para piezas cilíndricas largas, donde la longitud supera al diámetro. La configuración horizontal facilita el vertido y mantiene un espesor de pared uniforme en toda la longitud.

Las máquinas horizontales suelen producir tubos de hasta 50 metros de largo y 6 metros de diámetro. Su diseño facilita la extracción de piezas largas tras la fundición.

Fundición centrífuga vertical

Las máquinas de fundición centrífuga vertical hacen girar el molde sobre un eje vertical. Esta configuración es adecuada para piezas más cortas, donde el diámetro es mayor que la altura. Las máquinas verticales ofrecen un mejor control sobre la variación del espesor de la pared y producen piezas con una concentricidad superior.

Las aplicaciones comunes incluyen anillos de fundición, bridas y cilindros cortos. La orientación vertical también facilita la integración de núcleos e insertos.

Materiales para fundición centrífuga

Metales ferrosos

• HierrosEl hierro fundido, el hierro dúctil y el hierro gris funcionan excepcionalmente bien en la fundición centrífuga. Estos materiales alcanzan densidades de hasta el 99.5 % del máximo teórico. Entre sus aplicaciones comunes se incluyen camisas de cilindros, tambores de freno y cilindros hidráulicos.
• AcerosLos aceros al carbono, los aceros aleados y los aceros inoxidables pueden fundirse por centrifugación. Este proceso produce piezas de acero con propiedades mecánicas entre un 25 % y un 30 % superiores a las de las fundiciones estáticas. Entre los productos típicos se incluyen tubos para plantas petroquímicas y rodillos para acerías.

Metales no ferrosos

• Aleaciones a base de cobreLas aleaciones de bronce y latón se funden frecuentemente por centrifugación. Estos materiales ofrecen excelente resistencia a la corrosión y conductividad térmica. Las camisas de hélices marinas y los casquillos eléctricos son aplicaciones comunes.
• Aleaciones a base de níquelLas superaleaciones que contienen níquel resisten temperaturas extremas y ambientes corrosivos. La fundición centrífuga produce piezas de aleación de níquel para equipos de procesamiento químico y turbinas de gas.
• Aleaciones de aluminioSi bien presentan dificultades debido a su baja densidad, las aleaciones de aluminio se pueden fundir por centrifugación con éxito. El proceso requiere velocidades de rotación más altas, pero produce piezas con porosidad mínima.
• Aleaciones a base de cobaltoEstas aleaciones mantienen su resistencia a altas temperaturas y resisten el desgaste. La fundición centrífuga crea componentes de aleación de cobalto para motores aeroespaciales e implantes médicos.

¿Cuáles son las ventajas de la fundición centrífuga?

• Propiedades mecánicas superiores:Las piezas tienen una resistencia a la tracción un 30% mayor en comparación con los métodos de fundición estática debido a la estructura de grano fino y la solidificación direccional.
• Defectos mínimos:La fuerza centrífuga elimina porosidad de gas y cavidades de contracción manteniendo la presión durante la solidificación.
• No se requieren núcleos:La verdadera fundición centrífuga produce piezas huecas sin núcleos, lo que reduce los costos y la complejidad.
• Excelente estructura metalúrgica:El proceso crea piezas uniformemente densas con propiedades consistentes en todo el espesor de la pared.
• Rentable para piezas cilíndricasLos costos de producción son entre un 20 y un 40 % más bajos que otros métodos para tubos, tuberías y anillos.
• Amplia gama de tamaños:Se pueden producir piezas desde 2 pulgadas hasta 10 pies de diámetro y hasta 50 pies de largo.
• Ahorro de materialesLa fundición con forma cercana a la neta reduce los requisitos de mecanizado y el desperdicio de material hasta en un 50%.
• Separación de impurezas:La fuerza centrífuga segrega naturalmente las inclusiones e impurezas hacia el orificio interior donde se eliminan.

¿Cuáles son las limitaciones de la fundición centrífuga?

• Restricciones de forma:El proceso sólo produce piezas cilíndricas o simétricas, lo que limita la flexibilidad del diseño.
• Limitaciones de tamaño para piezas pequeñas:Las piezas de menos de 2 pulgadas de diámetro son difíciles de fundir con eficacia.
• Costos de equipo:La inversión inicial para máquinas de fundición centrífuga varía entre $100,000 y $2 millones.
• Se requieren operadores calificados:El proceso requiere técnicos experimentados para establecer parámetros y solucionar problemas.
• Opciones de aleación limitadas:Algunas aleaciones con poca fluidez o características de solidificación específicas no se funden bien.
• Se necesitan operaciones secundarias:Las superficies internas a menudo requieren mecanizado para lograr las dimensiones y el acabado finales.
• Requisitos de volumen de producción:El proceso sólo resulta económico para tiradas de 50 piezas o más.
• Preocupaciones de seguridad:Los moldes giratorios con metal fundido generan riesgos que requieren protocolos y equipos de seguridad estrictos.

¿Cuáles son las aplicaciones de la fundición centrífuga?

• Fabricación de tubos y tuberías:Las tuberías principales de agua, las tuberías de alcantarillado y los productos tubulares para campos petrolíferos dependen de la fundición centrífuga para lograr resistencia a la corrosión y solidez.
• Rollos industriales:Las fábricas de papel, las plantas de acero y las operaciones de impresión utilizan rodillos fundidos centrífugamente que soportan altas cargas y desgaste.
• Camisas de cilindro:Los fabricantes de motores producen camisas de cilindros con resistencia al desgaste y propiedades de disipación de calor superiores.
• Cajas de rodamientosLos cojinetes de gran tamaño para turbinas, trituradoras y maquinaria pesada se benefician de la estructura uniforme del proceso.
• Equipo de procesamiento químicoLos tubos y recipientes resistentes a la corrosión manejan productos químicos agresivos en refinerías y plantas.
• Componentes de generación de energía:Las carcasas de turbinas de vapor, los tubos de calderas y las piezas de intercambiadores de calor requieren la alta integridad que proporciona este proceso.
• Minería y procesamiento de minerales:Los componentes de la trituradora, las tuberías de lodo y las placas de desgaste resisten la abrasión en entornos hostiles.
• aplicaciones marinas:Los manguitos del eje de la hélice, los tubos de popa y los componentes del sistema de agua de mar resisten la corrosión y la erosión.
• Partes aeroespaciales:Los anillos de motores a reacción, las cámaras de combustión y los tubos estructurales cumplen estrictos requisitos de calidad mediante fundición centrífuga.