Fundición en molde permanente

La fundición en molde permanente es un proceso de manufactura por colada que emplea moldes metálicos reutilizables, típicamente fabricados en fundición gris, acero o grafito, para la producción en serie de piezas con aleaciones no ferrosas de bajo punto de fusión. La gravedad constituye el método más común para llenar la cavidad, aunque existen variantes con presión de gas y vacío. Los moldes se precalientan a temperaturas entre 150 °C / 302 °F y 200 °C / 392 °F antes del primer ciclo para facilitar el flujo del metal y reducir la fatiga térmica. El proceso ofrece tolerancias dimensionales típicas de ±0,25 mm / ±0.010 in para dimensiones lineales pequeñas y un acabado superficial que oscila entre 2,5 µm / 100 µin y 7,5 µm / 250 µin de rugosidad promedio.

Parámetros operativos y tolerancias

La temperatura de vertido se mantiene en el valor práctico más bajo posible para minimizar grietas y porosidad, mientras que la temperatura del molde se sostiene de manera continua para garantizar uniformidad térmica entre ciclos. Los pin eyectores mecánicos se incorporan cuando los recubrimientos refractarios no bastan para extraer la pieza. Las tolerancias lineales típicas representan hasta el 2 % de la dimensión nominal, y el ángulo de salida aplicado es de 1° a 3° en superficies exteriores y de 2° a 5° en superficies interiores. El tiempo de ciclo y la temperatura de vertido varían según la aleación, como se detalla en la tabla de parámetros por material.

Parámetro	Valor típico
Temperatura de precalentamiento inicial del molde	150–200 °C / 302–392 °F
Rugosidad superficial alcanzable (Ra)	2,5–7,5 µm / 100–250 µin
Tolerancia lineal (general)	2 % de la dimensión nominal
Ángulo de salida en superficies exteriores	1° a 3°
Ángulo de salida en superficies interiores	2° a 5°
Espesor mínimo de pared (longitud ≤ 75 mm / 3 in)	3 mm / 0.12 in
Radio interior mínimo (respecto al espesor nominal de pared)	1 × espesor nominal
Radio exterior mínimo (respecto al espesor nominal de pared)	3 × espesor nominal
Rango de peso de las piezas	50 g a 70 kg / 1.5 oz a 150 lb
Rendimiento típico del proceso (porcentaje de metal aprovechado)	≤ 60 %

Parámetros por material

Material de colada	Temperatura de precalentamiento del molde	Temperatura de vertido	Tiempo de ciclo típico	Espesor mínimo de pared
Aleación de aluminio	200 °C / 392 °F	700–750 °C / 1292–1382 °F	1–3 min	3 mm / 0.12 in
Aleación de magnesio	200 °C / 392 °F	650–700 °C / 1202–1292 °F	1–3 min	3 mm / 0.12 in
Latón y bronce	200 °C / 392 °F	950–1050 °C / 1742–1922 °F	2–5 min	3,2 mm / 0.13 in
Aleación de zinc	150 °C / 302 °F	370 °C / 698 °F	0,5–1 min	1,5 mm / 0.06 in
Fundición gris (molde de grafito)	200 °C / 392 °F	1370 °C / 2500 °F	3–8 min	4 mm / 0.16 in

Materiales aplicables

Los metales no ferrosos de punto de fusión bajo a medio dominan la aplicación del proceso. Las aleaciones de aluminio, magnesio y cobre (latón y bronce) constituyen la selección primaria. También se procesan con éxito aleaciones de zinc, estaño y plomo. La fundición gris y el acero se cuelan exclusivamente en moldes de grafito debido a la elevada temperatura de vertido que comprometería la integridad de un molde metálico convencional. Los materiales del molde abarcan fundición gris —la opción más común por su resistencia a la fatiga térmica—, acero templado, bronce y grafito, seleccionados por su dureza y resistencia a la erosión.

Ventajas y limitaciones

El proceso de fundición en molde permanente reduce el costo por pieza en corridas de producción de mil unidades o más, con un punto de equilibrio que depende de la complejidad de la geometría. La solidificación acelerada que impone el molde metálico produce grano fino y propiedades mecánicas superiores, junto con un acabado superficial más liso y mayor precisión dimensional en comparación con la fundición en arena. La principal limitación reside en el costo inicial elevado del herramental, que solo se justifica con volúmenes de producción medios a altos. El molde carece de colapsabilidad, lo que exige apertura temprana para prevenir grietas en caliente y restringe la complejidad geométrica de las piezas. Las aleaciones ferrosas de alto punto de fusión no resultan viables en moldes metálicos por el deterioro térmico acelerado que sufriría el utillaje, y quedan limitadas a moldes de grafito.

Guía de selección

La fundición en molde permanente se prefiere cuando se requieren tolerancias dimensionales más estrechas y un acabado superficial más fino que el provisto por la fundición en arena, y cuando el volumen de producción proyectado supera las mil piezas. Resulta idónea para piezas de tamaño pequeño a mediano —entre 50 g / 1.5 oz y 70 kg / 150 lb— fabricadas en aleaciones de aluminio, magnesio o zinc. Si la geometría incluye cavidades internas complejas, se debe considerar la combinación con machos de arena desechables. Para piezas ferrosas de bajo volumen o geometrías con destalonaduras profundas que exigen colapsabilidad, la fundición en arena o la fundición a la cera perdida ofrecen alternativas más adecuadas. La variante de fundición en hueco o slush casting aplica cuando la pieza requiere forma hueca ornamental con buen detalle superficial pero sin requerimientos estrictos de uniformidad de espesor de pared.

Preguntas frecuentes (FAQ)

¿Qué diferencia a la fundición en molde permanente de la fundición en arena?

La fundición en molde permanente usa un molde metálico reutilizable que ofrece velocidades de enfriamiento superiores, generando un tamaño de grano más fino y propiedades mecánicas más elevadas. Las tolerancias dimensionales se reducen a aproximadamente ±0,25 mm / ±0.010 in frente a ±1,5 mm / ±0.060 in típicos de la arena, y el acabado superficial mejora a un rango de 2,5 µm / 100 µin a 7,5 µm / 250 µin. El costo inicial del utillaje resulta entre 5 y 10 veces mayor, por lo que se justifica solo para corridas de 1000 piezas o más.

¿Cuál es la temperatura de precalentamiento correcta para un molde permanente?

El molde se precalienta a un rango de 150 °C / 302 °F a 200 °C / 392 °F antes del primer ciclo de colada. Durante la producción continua, el calor residual de las piezas previas mantiene la temperatura operativa sin necesidad de recalentamiento externo.

¿Qué tolerancias dimensionales se pueden esperar en piezas de aluminio por molde permanente?

Las piezas de aluminio obtenidas por molde permanente presentan tolerancias lineales típicas del 2 % de la dimensión nominal, con una capacidad de proceso que puede alcanzar ±0,25 mm / ±0.010 in para dimensiones transversales pequeñas en producción optimizada.

¿Es posible fabricar piezas con espesor de pared inferior a 3 mm / 0.12 in?

Sí, para aleaciones de alta fluidez como el zinc se pueden alcanzar espesores mínimos de 1,5 mm / 0.06 in. Para aluminio y magnesio, el espesor práctico mínimo se mantiene en 3 mm / 0.12 in para longitudes de hasta 75 mm / 3 in, y se incrementa proporcionalmente en secciones más extensas.

¿Cuál es la ventaja principal del molde permanente frente a la fundición a presión?

La fundición en molde permanente opera con llenado por gravedad, lo que reduce significativamente la porosidad por atrapamiento de gas en comparación con la inyección a alta velocidad de la fundición a presión. Esto permite aplicar tratamientos térmicos posteriores y soldadura en las piezas, prácticas que resultan problemáticas en piezas fundidas a presión con atrapamiento de aire.

¿Qué materiales no se pueden procesar en molde permanente metálico?

Las aleaciones ferrosas con temperaturas de vertido superiores a 1400 °C / 2550 °F, como los aceros al carbono y los aceros inoxidables, no se cuelan en moldes metálicos convencionales porque la temperatura compromete la resistencia a la fatiga térmica hasta del mejor hierro fundido. Para estas aleaciones se emplean moldes de grafito, que toleran el choque térmico pero tienen una vida útil limitada.

Fuentes consultadas

• engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/assembly-shrink-fits-d_951.html
• efunda.com: https://www.efunda.com/processes/metal_processing/permanent_mold.cfm
• manufacturingguide.com: https://www.manufacturingguide.com/en/kokillgjutning