Se fabrica y valida el herramental necesario para comenzar con la producción (1). Se inyecta un patrón de cera por cada pieza a entregar fundida (2) y se pegan varios sobre canales donde correrá el metal (3), armando un arreglo de varias piezas llamado “paquete”. El paquete se recubre de varias capas cerámicas formando un molde (4). El molde se somete a calor y presión para remover la cera de su interior (5) e ingresa en un horno y se precalienta para la fundición (6). El paquete en caliente se llena con la aleación fundida (7) y se deja enfriar para luego retirarle el cerámico (8) dejando lista la pieza para su terminación (9) y posterior embalaje (10).
Para cada pieza producida se debe comenzar por producir una réplica en cera. Esto se logra mediante la inyección en una matriz. La matriz de inyección, junto con los posibles suplementos para conservar la forma del patrón en cera, constituye el herramental.
El herramental se construye una única vez, siendo reemplazado o modificado solamente si se daña con el tiempo o si ocurriese un cambio en el plano del cliente, se suele hacer en aluminio y mediante mecanizado CNC.
La forma de la matriz corresponde al negativo del plano del cliente, junto con un canal por el cual una vez llegada la etapa de fundición, el metal llenará la pieza. Con tolerancias específicamente seleccionadas para contemplar el encogimiento de nuestra formulación de cera y la aleación del producto final.
Como la cera usada para el proceso de inyección es un fluido no abrasivo, las matrices pueden usarse para cientos de miles de inyecciones, necesitando un mantenimiento mínimo y teniendo un bajísimo riesgo de daño y reemplazo.
Fabricado, probado y aprobado el herramental, se inyectan los patrones de cera.
El patrón de cera es ligeramente más grande que la pieza final, para tener en cuenta el encogimiento del material (debido al enfriamiento de la cera una vez inyectada) y se encuentra unida a la “colada”, una sección de cera dimensionada de manera tal que, al momento de la fundición, forme un canal de alimentación de aleación fundida para la pieza.
La cera se lleva por encima de su temperatura liquidus o hasta tomar una consistencia “pastosa” y en ese estado se inyecta a presión dentro de la matriz para formar el patrón. Luego de un tiempo apropiado el patrón se retira de la matriz y se posiciona de forma tal que mantenga sus dimensiones y relaciones geométricas hasta alcanzar la temperatura ambiente.
Este proceso se repite tantas veces sea necesario para cumplir con el número requerido de patrones para el pedido.
En un proceso paralelo se producen, también en cera, canales de distribución de distintas geometrías y tamaños, denominados “paquetes”. Estos paquetes son el medio primario por el cual la aleación fundida ingresa a las piezas.
Se fusionan las coladas de las piezas sobre el paquete, armando un arreglo o ensamble de varias piezas. De esta forma, en vez de fundir una sola pieza por vez, una sola operación permitirá fundir múltiples piezas, manteniendo la eficiencia alta y los costos bajos.
El ensamble de piezas, también referido como “paquete”, se somete a un proceso de múltiples recubrimientos en distintas jaleas y polvos cerámicos, para formar un molde cerámico con buenas propiedades mecánicas que pueda tolerar el fundido de la aleación en su interior sin romperse, dejando desplazar el aire de su interior y además brindando una excelente terminación superficial a las piezas, una de las ventajas más atractivas del proceso de Investment Casting.
El paquete de cera se monta sobre un soporte para su manejo y se sumerge en una primera jalea, con una consistencia similar a la de la pintura de látex, una vez recubierta completamente la geometría de la pieza, el paquete se recubre con un material refractario y se deja secar. Se aplican luego distintas etapas de recubrimiento y secado formando capas que constituyen el molde cerámico.
Esta podría decirse que es la etapa de mayor importancia en el proceso y por consiguiente, se tiene el mayor cuidado en respetar los tiempos de secado, el manejo y la metodología de aplicación de cada capa. Resultando en que este sea la etapa que más tiempo requiere del proceso.
Una vez la última capa se haya secado el tiempo correspondiente, el paquete se encuentra listo para que se remueva la cera de su interior. Para esto, ingresa a una autoclave con la salida de la cera orientada hacia abajo y es expuesto a vapor a temperaturas por encima de 170°C y presiones por encima de 7 bares. La temperatura del vapor derrite la cera casi instantáneamente y la presión actúa como un sostén para que el molde cerámico resista la expansión de la cera en su interior.
La cera entonces se drena del paquete y se recupera para volver a ser utilizada en el proceso y el paquete sin cera se deja secar.
El molde cerámico aunque se encuentre seco y sin cera, aún no está en condiciones para la fundición. Para esto se debe ingresar a un horno de gas por un tiempo determinado a temperaturas por encima de los 1000°C para “foguearlo”.
De esta forma no solo se elimina la totalidad de los restos de cera que podrían haber quedado en el molde, sino que también se endurecen las paredes por procesos de polimerización del cerámico y se asegura que el metal fundido retendrá su fluidez a medida que ingresa al molde y no se solidificará antes de formar completamente las piezas.
Cuando los moldes se encuentren por suficiente tiempo a la temperatura del fogueo, en un horno de inducción se prepara la aleación. Este tipo de horno funciona generando un fuerte campo magnético desde bobinas por las que circula corriente alterna de alto amperaje, el campo magnético induce corrientes en la carga de metales del interior y aumentando su temperatura rápidamente.
La aleación se prepara usando una alta proporción de material reciclado, ajustando mediante el agregado de ferroaleaciones puras. Previo a cada operación de fundido se funde una probeta y se analiza por espectroscopia de chispa para asegurar que cada operación de colado se realiza bajo la composición del material de la norma adecuada y se genera un informe de composición del material.
Una vez esté suficientemente precalentado el molde se procede al colado del metal. Para esto, se transvasa el desde el horno a una cuchara precalentada y desde la cuchara, por gravedad, se llena el molde en tandas de aproximadamente 350 kilogramos y se deja enfriar para su posterior terminación.
El paquete ya fundido y solidificado se transporta hacia un martillo neumático donde se retira la gran parte del cerámico.
Paso siguiente las piezas se separan del paquete mediante corte con disco y de la misma forma se les corta la colada. El material del paquete se conserva y se reutiliza para preparar otros hornos de la misma aleación. Y como última operación estándar se les esmerila la colada en una banda.
Para asegurar que las piezas estén completamente limpias, los restos más finos de cerámico se retiran con granallado o limpieza con soda cáustica.
Los últimos pasos del proceso de Investment Casting varían mucho dependiendo de la pieza y los requerimientos del cliente.
La mayoría reciben un tratamiento térmico para mejorar las propiedades físicas del material o eliminar tensiones internas. Se puede requerir también una etapa de enderezado o conformado en frío o en caliente dependiendo de la geometría de la pieza y las tolerancias que se requieran.
Dentro de nuestra organización ofrecemos también mecanizado CNC y, en colaboración con empresas de tratamiento térmico, se ofrecen también tratamientos más complejos como puede ser la cementación en atmosfera controlada o el temple por inducción de partes específicas de la pieza. Por cada tratamiento se emite un informe de durezas.
Antes de embalar se controla visualmente todo el lote de manera individual en busca de defectos de fundición o de mecanizado, se marca el lote por trazabilidad y se emite un informe dimensional que se entrega físico y por correo electrónico.
Las piezas se embalan recubiertas con aceite y papel antioxidante.