Por Nicolás Farfán M.


4.4.- Moldeo con Poliestireno Expandido

 

El Proceso de fundición con Poliestireno expandido, en palabras simples, consiste en la obtención de una pieza metálica a partir de un modelo de espuma de poliestireno expandido.

Esto se logra, en primer lugar generando un patrón o modelo de espuma (poliestireno expandido), al cual se le adhiere una pintura refractaria para luego ser introducida a un molde el cual es llenado de arena hasta quedar bien compacto. Luego el metal es vaciado sobre el patrón de espuma de poliestireno que se vaporiza, dando paso a que el metal adopte la forma del patrón.

 

También llamado:

- Fundición de modelo evaporado.
- Fundición de patrón o modelo perdido.
- Proceso de espuma perdida.
- Full-mold Process (marca registrada)

 

 


Figura 1 - Esquema proceso de fundición. (Fuente: Fundamentos de manufactura moderna Autor Mikell P. Groover)

 

 

Procedimiento

 

En primer lugar se necesitan obtener los modelos de Poliestireno expandido, en este proceso, se colocan perlas (o pellets) de poliestireno crudo desechable (EPS, por sus siglas en inglés), conteniendo de 5 a 8% de pentano (un hidrocarburo volátil), en una matriz precalentada que por lo general está hecho de aluminio. El poliestireno se expande y toma la forma de la cavidad de la matriz; se aplica más calor a fin de fundir y unir las perlas entre sí. La matriz se deja enfriar y luego se abre, retirándose el modelo de poliestireno.
Para piezas con mayor complejidad es posible unir varias secciones de modelos individuales utilizando un adhesivo de fusión en caliente.
El modelo de poliestireno incluye bebedero de colada, el sistema de vaciado y las mazarotas, y también puede contener almas (si se necesitan), eliminando así la necesidad de hacer almas por separado.

 

 

 

 

Los modelos se recubren normalmente con un compuesto refractario para darle una superficie más lisa al patrón y mejorar su resistencia a la alta temperatura, luego se seca y se coloca en una caja de moldeo. La caja se llena de arena suelta y fina, que rodea y soporta el modelo y puede secarse o mezclarse con agentes aglutinantes para darle resistencia adicional.
La arena es compactada de manera periódica utilizando diversos medios. Una vez compactada la arena, se realiza el vaciado del metal líquido dentro del molde sin extraer en ningún momento el modelo de poliestireno recubierto con pintura refractaria.
Cuando se realiza el vaciado; el metal fundido evapora la espuma, los gases generados se liberan a través de la arena y el metal solidifica tomando el lugar donde estaba ubicado el modelo. Finalmente, la arena es retirada mediante basculado del recipiente; momento en el cual es retirada la pieza. La arena pasa a un sistema de enfriamiento para recircularla.

 

 

 

Velocidad de flujo

 

La velocidad de flujo en el molde depende de la rapidez de degradación del polímero. Los estudios han mostrado que el flujo del metal fundido es básicamente laminar, con número de Reynolds del orden de 400 a 3000. La velocidad del metal fundido en el frente del modelo de metal-polímero se estima en el rango de 0,1 m/s - 1,0 m/s. La velocidad se puede controlar produciendo modelos con cavidades o secciones huecas; por tanto la velocidad aumentará al cruzar el metal fundido estas regiones huecas, de manera similar a vaciar en una cavidad vacía como ocurre en la fundición de arena.
Dado que el polímero requiere de una considerable energía para degradarse, se presentan grandes gradientes térmicos en la interfaz metal-polímero; en otras palabras, el metal fundido se enfría más rapido de lo que haría si se vaciara en una cavidad. En consecuencia, la fluidez es inferior a la de la fundición en arena. Esto tiene efectos importantes en la microestructura en toda la fundición y también conduce a una solidificación direccional del metal.

 

Ventajas

 

El proceso de Moldeo con Poliestireno Expandido tiene un cierto número de ventajas sobre otros métodos de fundición:

1.- El proceso es relativamente simple, porque no existen líneas de partición, almas separadas o sistemas de alimentación; por tanto tiene flexibilidad de diseño.
2.- Para el proceso bastan cajas de moldeo de bajo costo.
3.- El poliestireno es económico y se puede procesar con facilidad en modelos con formas complejas, tamaños varios y un fino detalle superficial.
4.- La fundición requiere un mínimo de operaciones de acabado y de limpieza.
5.- El proceso puede ser automatizado y es económico para grandes lotes de producción. Un factor principal es el costo de producir la matriz para la expansión de las perlas de poliestireno a fin de hacer el modelo.