Fabricação de Molde para Rines de Alumínio

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA 
UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FABRICACION DE MOLDE PARA RIN DE 
ALUMINIO 38.1cm., POR FUNDICION A BAJA 
PRESION 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INTEGRANTES: 
 
CONTRERAS SANCHEZ RAMON 
TAPIA MARTINEZ ANGEL HORACIO 
VARGAS MORENO LAZARO HUGO 
VILLEGAS VALDES GERARDO 
 
 
 
 
MOLDES PARA RINES AUTOMOTRICES POR FUNDICION E.S.I.M.E. 
INDICE 
 
PROLOGO 
 
I EVOLUCION DE LA RUEDA 
 
1.1 HISTORIA DE LA RUEDA 2 
1.2 FABRICACION DE RUEDAS EN DIFERENTES MOLDES 3 
1.3 FUNCIONALIDAD DE LOS RINES DE ALUMINIO 6 
1.4 FUNDICION A BAJA PRESION 9 
 
II TIPOS DE FUNDICION Y MOLDES 
 
2.1 HISTORIA 13 
2.2 MODELOS 17 
2.3 CALENTAMIENTO, ENFRIAMIENTO Y SOLIDIFICACION 17 
2.4 ALEACIONES EN GENERAL 23 
2.5 PROCESO DE FUNDICION EN METALES 29 
2.6 MODELOS Y CORAZONES 43 
2.7 MOLDES Y FABRICACION DE MOLDES 47 
2.8 EQUIPO Y MECANISMOS DE MOLDEO 50 
2.9 MECANISMOS DE LA PREPARACION DE LA ARENA 52 
2.10 METODOS PARA HACER CORAZONES 54 
2.11 CALIDAD DE LA FUNDICION 55 
2.12 CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE PRODUCCION 57 
 
 
 
III MATERIAL Y EQUIPO PARA LA FABRICACION DE MOLDES 
 
3.1 MAQUINAS DE CNC 63 
3.2 CENTROS DE MAQUINADO 68 
3.3 SANDBLAST 69 
3.4 MATERIAL PARA LA FABRICACION DEL MOLDE 71 
 
IV COSTOS 
 
4.1 COSTO TOTAL DEL MOLDE 74 
 
V FABRICACION 
 
5.1 PROCEDIMIENTO 75 
 
ANEXOS 83 
 
 
 
 
 
MOLDE PARA RINES DEPORTIVOS AUTOMOTRICES POR FUNDICION E.S.I.M.E. 
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PROLOGO 
 
 
Molde para rines deportivos automotrices por fundición a presión 
 
 
A lo largo de la historia se ha visto un gran avance en el ámbito tecnológico e industrial, en su gran 
mayoría por los diferentes procesos de fundición que son la base del área de manufactura moderna. 
 
 
La Manufactura de Procesos de Fundición, está orientada a proporcionar un desarrollo 
sustentable en Ingeniería Mecánica, conocimientos en los procesos de transformación de 
materiales, insumos y materias primas para la conformación de productos de interés industrial. 
Los procesos productivos requieren la aplicación de diferentes tecnologías y procesos de 
fabricación que constituyen lo que se denomina línea de producción. 
 
 
La Manufactura de Procesos de Fundición se desarrolla en el campo del proceso productivo 
propiamente dicho, enfatizando el conocimiento de los procesos de fabricación en función del 
desarrollo industrial, permitiendo al Ingeniero Mecánico analizar en diferentes situaciones a las 
líneas de producción, lo cual les suministra, una mayor comprensión sobre un sistema de 
producción de bienes y servicios. 
 
 
 Los Procesos de Manufactura le suministra al Ingeniero Mecánico, herramientas para que 
planifique, dirija y controle procesos y sistemas de producción útiles a la comunidad, con el fin 
de optimizar el uso de recursos humanos, equipos y materiales con calidad y productividad. 
 
 
El siguiente proyecto presenta el proceso para optimizar la producción de rines de aluminio, en 
este se busca el máximo aprovechamiento de materia prima tomando en cuenta los sectores de 
fabricación de moldes permanentes de acero , las ligaduras impuestas por los tres objetivos de 
competitividad , calidad – coste-tiempo son cada vez mas demandantes si tomamos en cuenta 
la presión que viven las empresas para proveer productos de mayor calidad, sin dejar de lado la 
complejidad en gran parte de los diseños, elaboramos el sistema, en el cual nos muestra las 
importancias ya mencionadas, tomando en cuenta el diseño del molde que presentamos como la 
forma mas viable de producir rines en un menor tiempo, reduciendo costos de producción lo 
cual nos permitirá poder ofrecer un producto confiable a las armadoras ya que se manejan 
estándares de calidad requeridos en dicho sector. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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I. EVOLUCIÓN DE LA RUEDA 
 
 
1.1 HISTORIA DE LA RUEDA 
12La rueda forma parte del conjunto de elementos de máquinas, de hecho es considerada en sí 
misma como una máquina elemental. Tiene forma circular, y de poco grueso, proporcionalmente 
con el diámetro, cuya función básica es la de girar sobre un eje. 
 
 
Actualmente la configuración de una rueda está compuesta de: 
• Aro o llanta, un elemento circular en el cual esta montada la llanta (Hispanoamérica), en 
España, la llanta es el elemento circular en el cual está montado el neumático o la cubierta... 
• Cámara, hoy en día ni los coches ni las motos ni algunas bicis llevan, pero antaño sí. Se 
conoce también como neumático en ciertos países (p.ej. el Perú). 
• Cubierta o neumático. Conocido también como llanta o goma, incluso caucho en algunos 
países. 
• Un eje, que hace que toda la rueda pueda girar y tocar la superficie. 
Algunos historiadores dicen que fue inventada en la zona conocida como la Fértil Luna Creciente 
(Babilonia, Sumeria, etc), de donde se distribuyó por el Viejo Mundo de la mano de la abundancia 
de grandes animales de carga y tiro. Otros aseguran que fue en Mahenjo Daro, a orillas del río Indo. 
Entre las culturas americanas no prosperó, probablemente por la inexistencia de grandes bestias que 
facilitaran el uso de vehículos, y porque las civilizaciones más avanzadas no ocupaban terrenos 
llanos. De todos modos aparece en juguetes y pequeños artefactos. 
 
12 La Rueda, http://es.wikipedia.org/wiki/Rueda 
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Algunas fuentes afirman que nació en Eslovenia, donde en el 2003 se halló una rueda que tiene 
entre 5100 y 5350 años 
Es imposible saber a partir de cuál idea surgió el primer desarrollo de la rueda, aunque es aceptable 
teorizar, que surgió de la observación directa y mimetismo de la naturaleza. Por ejemplo al ver 
cómo una piedra plana se desliza de modo dificultoso con respecto a una piedra más proporcionada 
en sus tres dimensiones colina abajo, o por ejemplo en las bolas de nieve, e incluso en los troncos 
de leño, etc... 
Se pierde en el tiempo el conocimiento sobre su origen, pero su valor ha sido esencial en el 
desarrrollo del progreso humano. 
Algunos autores ya con anterioridad han sugerido que la misma palabra máquina encuentra su raíz 
en las lenguas de los pueblos orientales más antiguos, y que de allí pasó a los idiomas mediterráneos 
(griego y latín) con la emigración racial de los indoeuropeos desde Asia a Europa. Entonces vendría 
de varkana o mankana que a su vez estarían compuestas de las voces var o man (cuyo significado 
sería trabajar, operar) y kara o kana (leño recto corto y de sección redonda. Otros autores, se han 
remontado incluso a que su origen proviene de vimana que es un aparato descrito en los relatos 
míticos del mahabhárata, que vuela y es tripulado por seres divinos que hacen la guerra entre sí con 
poderosas armas, y donde se describen con bastante detalle ruedas y otros artilugios o máquinas de 
ingenio. 
 
1.2 Fabricación de ruedas en diferentes moldes 
 
A través del tiempo, la fabricación de ruedas ha ido mejorando, tanto en procesos como en 
materiales. 
 
Uno de los procesos empleados en la fabricación ha sido: 
 
• 1.2.1 Moldeo en arena verde. Consiste en la elaboración del molde con arena húmeda y 
coladadirecta del metal fundido. Es el método más empleado en la actualidad, con todo tipo 
de metales, y para piezas de tamaño pequeño y medio. 
No es adecuado para piezas grandes o de geometrías complejas, ni para obtener buenos 
acabados superficiales o tolerancias reducidas. 
• 1.2.2 Moldeo en arena seca. Antes de la colada, el molde se seca a elevada temperatura 
(entre 200 y 300ºC). De este modo se incrementa la rigidez del molde, lo que permite fundir 
piezas de mayor tamaño, geometrías más complejas y con mayor precisión dimensional y 
mejor acabado superficial. 
 
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Este tipo de moldes presenta varias desventajas con respecto a los moldes permanentes, debido a 
que no se puede emplear en producciones en serie al presentar deficiencias en el vaciado del metal y 
presenta mayor porosidad en la pieza y no resiste impactos, y produce el fenómeno de cavitación. 
 
• 61.2.3 Moldes de arcilla. Los moldes de arcilla se usan para trabajos grandes. Primero se 
construye el molde con ladrillo o grandes partes de hierro. Luego, todas estas partes se 
emplastecen con una capa de mortero de arcilla, la forma del molde se empieza a obtener 
con una terraja o esqueleto del modelo. Luego se permite que el molde se seque 
completamente de tal manera que pueda resistir la presión completa del metal vaciado. 
Estos moldes requieren de mucho tiempo para hacerse y su uso no es muy extenso. 
 
 
Los moldes de arcilla, al igual que los de arena no son una buena elección para una producción en 
serie al no resistir una producción de más de 5000 piezas. Además de que se desgastan con mayor 
facilidad. 
 
 
• 1.2.4 7Moldes permanentes. Como se ha visto en los apartados correspondientes a moldes 
desechables, hemos de fabricar por este procedimiento el molde para cada nuevo moldeo 
por lo que el método es lento y requiere de grandes instalaciones. Además la superficie del 
molde debido a su composición tiene cierta rugosidad y por tanto se producen malos 
acabados superficiales y poca precisión dimensional. Para paliar este problema se 
 
6 USM, Ingeniería Industrial, Fundición 
7 http://www.edicionsupc.es/ftppublic/pdfmostra/EM02704M.pdf, p.p. 148 
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construyen los moldes permanentes los cuales permiten una mayor rapidez, trabajo en 
células y piezas con mejor precisión dimensional, acabado superficial y de mayor 
resistencia. 
 
 
Los moldes permanentes se pueden utilizar para realizar hasta varios miles de piezas. A partir de ese 
momento el molde pierde precisión y debe cambiarse. Estos moldes se construyen con acero o 
fundición recubiertos de material refractario por lo que se suelen utilizar para el moldeo de piezas 
metálicas con menor temperatura de fusión que los materiales férricos como pueden ser aluminio, 
aleaciones de cobre, latón, zinc, magnesio, estaño, Zamak, plomo ... también se puede moldear 
fundición gris pero refrigerando el molde. Si se quiere fundir piezas de alto punto de fusión como el 
acero se utilizan moldes de grafito. 
 
El problema de este tipo de moldeo es que necesitan de orificios en el molde para la evacuación de 
gases y si este tema no está bien resuelto puede aparecer excesiva porosidad en las piezas. Además 
los moldes deben calentarse para evitar enfriamientos bruscos que puedan agrietar la pieza. 
 
El sistema de moldes utilizados son normalmente de dos mitades, ya que debe poder extraerse la 
pieza. El sistema de apertura y cierre de estos moldes debe ser rápido ya que los moldes no se 
retraen como la arena y debe abrirse el molde antes de que se enfríe la pieza para evitar 
agrietamientos de la pieza. Por tanto ya puede deducirse de que el tamaño de la cavidad será más 
parecido a la pieza final que en el caso del molde de arena. Existen dos tipos claramente 
diferenciados de moldeo permanente: 
 
• Moldes de vaciado por gravedad o a baja presión. 
• Moldes de inyección 
 
 
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1.3 Funcionalidad de rines de aluminio 
Rines grandes, pero con poco peso. Esta es la opción que han creado los fabricantes para que las 
personas puedan seguir comprando tamaños de rines que riñen con las especificaciones de su carro 
sin temor a que se les dañe la suspensión o que tengan que invertir grandes sumas de dinero en 
alinear y balancear el vehículo. 
Un juego completo de rines puede sobrepasar los 2 mil dólares sin llantas. Como todo en el 
mercado, estos rines tienen su versión más económica que obviamente no contará con las 
especificaciones tecnológicas de la original. 
En este sentido se puede conseguir un rin 17 que pese como si fuera uno de 14 ó un 26 que pese 
como uno de 20. 
En la década de los 50 se empezó a utilizar rines livianos en carros de carreras porque se buscaba 
que se vieran estéticos ante los ojos del público sin perder su velocidad. El problema radicaba en 
que su estructura de magnesio era muy frágil para el uso diario y no permitía que se realizaran 
muchos diseños con él. 
Ahora lo que han hecho los fabricantes de rines es desarrollar aleaciones de aluminio, y rines 
forjados que además de ser livianos son más fuertes. 
La medida que tiene el ‘rin’, por ejemplo 14, 15 ó 16, equivale al peso en libras. En un carro con 
‘rines’ muy pesados puede afectar la manera de acelerar, frenar y tomar las curvas. 
1.3.1 Centradores 
Este es el dolor de cabeza de vendedores y compradores de rines. El comprador ya recibió sus rines 
ya midió los barrenos y son los que le quedan a su móviles algunas ocasiones el automóvil vibra al 
rodar como si hubiera un terremoto. Diferentes vehículos tienen diferentes diámetros de base en la 
maza para acomodar el centro del Rin, Por eso algunos fabricantes de rines los elaboran con el 
centro amplio para acomodarse a la mayoría de los vehículos. Para compensar la diferencia entre el 
ancho del centro del rin con la base de la maza, proporcionan centradores de plástico 
polycarbonatado 
Por fortuna la mayoría de los vehículos no lo requieren, pero cuando sí es así, es importante usar el 
centrador adecuado para evitarse problemas. Siempre especifica el modelo correcto del móvil al que 
le vas a comprar los rines. 
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A pesar de que algunas mazas son menores al diámetro del centro del rin, las tuercas pueden 
centrarlo, por lo que en todos los casos, el comprador debe verificar que al instalar los rines se 
aprieten las tuercas/birlos en el orden siguiente: 
 
 
 
 
La secuencia de apriete es importante para centrar de la mejor manera el rin. Deberán de apretarse 
los birlos/ tuercas opuestos. Se deberá usar torquímetros en sus pistolas de aire. 
De no disponer de torquímetros deberá evitarse usar la pistola de aire y hacerlo con llave de tuercas 
evitando apretar demasiado pues se puede dañar la tuerca/birlo o no podrá aflojar 
 
1.3.2 Establecimiento de las limitaciones 
 
Las principales limitaciones en el proyecto “fabricación de rines de 15 pulgadas”, tienen que ver 
primordialmente con sus dimensiones y por su diseño del mismo rin. Sus dimensiones, son de un 
diámetro un poco elevado y su fondo o ancho es también un poco grande, por lo que estas 
dimensiones caracterizan a este tipo de diseños de rines, como deportivos por lo quees mas común 
que se utilicen en automóviles deportivos o en automóviles mas comerciales que hallan sido 
sometidos a modificaciones y/o adaptaciones. 
 
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Por su diseño un automóvil tiene cierta distancia determinada entre el centro del eje y la carrocería, 
de ahi que los rines deben de estar dentro del rango de esa distancia. Los vehículos usan diferentes 
tipos de rines dependiendo de esa distancia. En esta distancia se debe de tomar en cuenta también el 
tipo de neumáticos que usara el rin y así la distancia ocupada por esté, debe ser considerada en el 
diámetro final para toda la rueda, ya que en el espacio donde se ubican todos los elementos de las 
ruedas deben ser considerados los giros a los que van a estar sujetas las ruedas de la dirección. 
También debe estar considerado el diámetro final de la rueda para que la distancia entre la 
carrocería y el pavimento no sea muy poca, y la carrocería choque contra el pavimento. 
 
Aquí cabe señalar, que el ancho del rin con el neumático también interviene en las funciones de la 
dirección, ya que debe ocupar el espacio suficiente sin que intervenga en las diferentes funciones de 
dirección. 
 
 
 
En el caso de que el tipo de rines’. deportivos se vallan a utilizar en automóviles convencionales y 
éstos no tengan similitud entre los rines originales de los fabricantes de los automóviles, estos deben 
ser rediseñados para modificar y adaptar: chasis, carrocería, ejes de transmisión y en algunos casos 
la suspensión para que este tipo de rines cumpla con las funciones requeridas para el vehiculo por el 
usuario. Algunos de estos casos son: elevar el rango de la suspensión del automóvil para que de más 
altura ala carrocería. Hacer que los ejes de transmisión sean más largos, provocando que las ruedas 
salgan de rango de la carrocería y así no intervengan su función con la carrocería. Rediseñar el 
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chasis y adaptarlo para que las distancias entre la carrocería, rin, neumático y el pavimento no 
provoquen choque entre estos elementos. 
 
1.4 FUNDICIÓN A BAJA PRESIÓN 
 
 
1.4.1 La fundición en moldes de baja presión 
 
Es un sistema de fusión que consiste en la colocación de un tallo sobre un crisol sellado, al inyectar 
presión al centro del crisol la única salida del metal fundido será el tallo por lo que se genera el flujo 
del metal por el tallo hasta que se llena la matriz y se forma la pieza. 
 
Con este procedimiento se pueden fabricar piezas hasta de 30 kg y es rentable para grandes 
cantidades de piezas sin grandes requerimientos de calidad. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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En esta imagen podemos observar como es la máquina para la fundición a presión. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.4.2 Moldes a baja presión 
 
 
En los moldes de vaciado o hueco se utilizan dos moldes normalmente de acero, fundición o grafito, 
que se aproximan, manual o automáticamente, generando en la unión la cavidad con la forma de la 
pieza y que se separan para expulsarla. El metal fundido se vierte en el interior de la cavidad por 
gravedad o a baja presión por efecto sifón. El resultado, son piezas con baja porosidad, buen 
acabado y alta exactitud dimensional. Es ideal para lotes moderados de pocos miles de piezas con 
forma de casco como juguetes, ornamentos, bases de lámparas... 
 
Las piezas fundidas así tienen una estructura de grano más fino, y son más resistentes que las piezas 
fundidas con moldes de arena, debido a que la velocidad de enfriamiento es más rápida. Además, 
las piezas fundidas en molde permanente poseen generalmente menores contracciones y porosidad 
que las piezas fundidas en arena. Sin embargo, los moldes permanentes tienen limitaciones de 
tamaño, y para piezas complejas puede resultar difícil o imposible. 
 
Como ventaja respecto a otro sistema de moldeo permanente es la facilidad del sistema de llenado 
de los moldes. El inconveniente es en el caso de baja presión es la contaminación del metal por 
fusión de parte del crisol y del molde. Es por ello que sólo se utiliza en aleaciones de plomo, estaño 
y aluminio y en casos en que las impurezas de hierro no perjudiquen al uso de la pieza. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.4.3 Pinturas refractarias 
 
Actualmente se desarrollan y fabrican una amplia variedad de pinturas refractarias a base de agua y 
alcohol para satisfacer las más estrictas necesidades de la producción de piezas tanto ferrosas como 
no ferrosas. Este tipo de pinturas son las que permiten que la fundición no se pegue al molde, dando 
lugar a que al término de la solidificación pueda ser desprendida fácilmente del molde. 
 
Las pinturas pueden ser aplicadas en moldes y corazones por cualquier método de aplicación 
(aspersión, brocha, inmersión y vertido) ayudando a mejorar el acabado superficial de las piezas. 
 
Algunas de las pinturas son las siguientes: 
 
Pinturas a base de talco. Diluidas en agua para proteger los herramentales en la fundición de 
materiales no ferrosos. 
 
Pintura a base de grafito. Diluidas en agua con características conductoras y lubricantes para 
fundición de piezas en aluminio vaciadas en molde permanente por medio de gravedad o baja 
presión. 
 
 
 
 Pintura a base de dióxido de titanio. Diluida en agua, para fundición de piezas en aluminio vaciadas 
en molde permanente por medio de inyección a presión. 
 
 
 
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II. TIPOS DE FUNDICIÓN Y MOLDES 
 
 
2.1 HISTORIA 
 
 
La edad de los metales permitió disponer de herramientas más duraderas y efectivas que las de silex 
y otros materiales pétreos; hachas para talar bosques, espadas para la guerra y nuevos materiales 
para la construcción. El primer estadio de esta industria es en la mayor parte del planeta el 
calcolítico en torno al 4000 aC, se trata del trabajo del cobre, posteriormente las aleaciones del 
cobre y el estaño o el plomo dan lugar al bronce material menos maleable y más duro, un gran salto 
se da con la fundición en hornos de alta temperatura del hierro. Todos estos metales eran conocidos 
por el hombre pre-neolítico pero éste no conocía las técnicas para su elaboración y manipulación, 
que requieren altas temperaturas. 
 
 
El descubrimiento de la fundición de los metales tuvo un impacto muy profundo en las culturas 
existentes. El espació dejó de ser, definitivamente, homogéneo, y las zonas mineras comenzaron a 
ser más ricas que algunas otras. Hubo un interés creciente por dominarlas, incluso por la fuerza. 
 
 
Aunque la fundición de los metales revela un mayor dominio del medio, esto no quiere decir que los 
pueblos que sabían procesar el bronce tuviesen culturas más avanzadas. El periodo de transición 
entre el Neolítico y la Edad del Cobre se le llama Eneolítico, aunque no todos los historiadores 
reconocen este período. En realidad, sólo la cultura micénica fueuna civilización basada en la 
metalurgia del bronce. Pero también es cierto que el alfabeto surgió en sociedades que dominaban la 
metalurgia del hierro. 
 
 
13La fundición es , por lo tanto , una industria fundamental para la construcción de máquinas y exige 
una amplia cultura profesional en el que se dedica a ella , pues requiere conocimientos técnicos tan 
diversos como son el dibujo industrial , la mecánica de los cuerpos sólidos y fluidos , la óptica , la 
termología , la electrotecnia , la química etc. , mucha experiencia en los recursos prácticos a los que 
a menudo hay que recurrir , así como capacidad especial para idear y aprovechar tales recursos . 
 
 
La fundición además de una industria es también un arte : el moldeador , sin más ayuda que la de un 
modelo y algunas herramientas rudimentarias , puede producir piezas muy complejas realizando un 
trabajo que puede llamarse de escultor .Para terminar la pieza hace falta como en todos los demás 
procedimientos industriales , someter las materia primas ( que en este caso es el metal en bruto 
fundido en lingotes y la chatarra ) y las materias auxiliares (esto es , el combustible , las arenas , los 
aglutinantes etc.). 
 
 
 
 
 
 
13 USM Ingeniería industrial, http://www.geocities.com/usmindustrial/Fundicion.htm 
MOLDE PARA RINES DEPORTIVOS AUTOMOTRICES POR FUNDICION E.S.I.M.E. 
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2.1.1 FUNDAMENTOS DE LA FUNDICIÓN DE METALES 
 
La fundición es un proceso en el cual se hace fluir metal fundido dentro la cavidad de un molde, 
donde solidifica y adquiere la forma del molde. Es uno de los procesos más antiguos de formado 
que remonta 6 mil años atrás y son muchos los factores y variables que debemos considerar para 
lograr una operación de fundición exitosa. 
 
14La fundición incluye: la fundición de lingotes y la fundición de formas. El lingote es una 
fundición en grande de forma simple (barras rectangulares largas), diseñada para volver a formarse 
en otros procesos subsiguientes como laminado o forjado. La fundición de formas involucra la 
producción de piezas complejas que se aproximan más a la forma final deseada del producto. Este 
capítulo se ocupa de estas formas de fundición más que de los lingotes. 
 
Existen diversos métodos para la fundición de formas, lo cual hace de este proceso uno de los más 
versátiles en manufactura. Sus posibilidades y ventajas son las siguientes: 
 
 
• La fundición se puede usar para crear partes de compleja geometría, incluyendo formas 
externas e internas. 
• Algunos procesos de fundición pueden producir partes de forma neta que no requieren 
• operaciones subsecuentes para llenar los requisitos de la geometría y dimensiones de la 
parte. 
• Se puede usar la fundición para producir partes de unos cuantos gramos hasta formas que 
pesan 
• más de 100 toneladas (coronas dentales, joyería, estatuas, bloques y cabezas para motores 
• automotrices, bases para máquinas, ruedas para ferrocarril, tubos, carcasas para bombas, 
etc.). 
• El proceso de fundición puede realizarse en cualquier metal que pueda calentarse y pasar al 
• estado líquido. 
• Algunos métodos de fundición son altamente adaptables a la producción en masa. 
 
 
Se debe mencionar también las desventajas asociadas con le proceso de fundición. Estas incluyen: 
 
• Las limitaciones de algunos procesos 
• Se pueden obtener piezas con propiedades mecánicas no homogéneas 
• Piezas con porosidad 
• Baja precisión dimensional 
• Acabado deficiente de la superficie 
• Los riesgos que los trabajadores corren durante el procesamiento 
• Problemas ambientales. 
 
Se pueden fundir todas las variedades de metales ferrosos y no ferrosos polímeros y cerámicos. 
 
En este tema revisamos los fundamentos que se aplican prácticamente a todas las operaciones de 
fundido; se describen los procesos de fundición individualizados, junto con los aspectos que deben 
considerarse en el diseño de productos de fundición. 
 
 
14 Fundición de metales, http://www.arqhys.com/construccion/metales-fundicion.html 
MOLDE PARA RINES DEPORTIVOS AUTOMOTRICES POR FUNDICION E.S.I.M.E. 
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2.1.2 TECNOLOGÍA EN LA FUNDICIÓN 
 
15El proceso de fundiciones realiza en una fundidora. Una fundidora es una fábrica equipada para 
hacer moldes, fundir y manejar el metal en estado líquido, desempeñar los procesos de fundición y 
limpieza de las piezas terminadas. Los trabajadores que realizan estas operaciones se llaman 
fundidores. 
 
El primer paso que se da en el proceso de fundición es la fabricaron del molde. El molde contiene 
una cavidad que dará la forma geométrica de la parte a fundir. La cavidad debe diseñarse de forma y 
tamaño ligeramente sobredimensionados, esto permitirá la contracción del metal durante la 
solidificación y enfriamiento. Cada metal sufre diferente porcentajes de contracción, por tanto, la 
cavidad debe diseñarse para el metal particular que se va a fundir. La cavidad del molde 
proporciona la superficie externa de la fundición; pero además puede tener superficies internas, que 
se definen por medio de corazones, los cuales son formas colocadas en el interior de la cavidad del 
molde para formar la geometría interior de la pieza. Los moldes se hacen de varios materiales que 
incluyen arena, yeso, cerámica y metal. Los procesos de fundición se clasifican frecuentemente de 
acuerdo a los diferentes tipos de moldes. 
 
En una operación de fundición, se calienta primero el metal a una temperatura lo suficientemente 
alta para transformarlo completamente en líquido. Después se vierte directamente en la cavidad del 
molde. En un molde abierto figura 2.1(a), el metal líquido se vacía simplemente hasta llenar la 
cavidad abierta. En un molde cerrado figura 2.1(b) y 2.1(c) una vía de paso llamada sistema de 
vaciado permite el flujo del metal fundido desde fuera del molde hasta la cavidad. El molde cerrado 
es la forma más importante de producción en operaciones de fundición. 
 
El sistema de vaciado en un molde de fundición es el canal o red de canales por donde fluye el 
metal fundido hacia la cavidad desde el exterior. El sistema de vaciado, consiste típicamente en un 
bebedero de colada (también llamado simplemente bebedero) a través del cual entra el metal a un 
canal de alimentación o corredor que conduce a la cavidad principal. En la parte superior del 
bebedero existe frecuentemente una copa de vaciado para minimizar las salpicaduras y la 
turbulencia del metal que fluye en el bebedero. En el diagrama aparece como un simple embudo en 
forma de cono. Algunas copas de vaciado se diseñan en forma de tazón como en la figura 2.1(c) con 
un canal abierto que conduce al bebedero. 
 
En cualquier fundición cuya contracción sea significativa se requiere, además del sistema de 
vaciado, una mazarota conectada a la cavidad principal. La mazarota es una reserva en el molde que 
sirve como fuente de metal líquido para compensar la contracción de la fundición durante la 
solidificación. 
 
A fin de que la mazarota cumpla adecuadamente con su función, debe diseñarse de tal forma que 
solidifique después de la fundición principal. 
 
Una vez que la fundición se ha enfriado lo suficiente, se remueve del molde. Pueden necesitarse 
procesamientos posteriores, dependiendo del método de fundición y del metal que se usa. Entre 
éstos se encuentran el desbaste del metal excedente de la fundición, la limpieza de la superficie, la 
inspección del producto y el tratamiento térmico para mejorar sus propiedades. Además, puede 
requerirse maquinado para lograr tolerancias estrechas en ciertas partes de la pieza y para remover 
la superficie fundida y microestructura metalúrgica asociada.15 UMSS Facultad de ciencias y tecnologías 
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FIGURA 2.1 Dos formas de molde: (a) molde abierto, simplemente un recipiente con la 
forma de la parte de fundición; (b) molde cerrado, de forma más compleja que requiere 
un sistema de vaciado (vía de paso) conectado con la cavidad; y c) Sección transversal 
de un molde en tres partes 
 
 
 
 
 
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2.2 MODELOS 
 
 
El modelo es una forma usada para preparar y producir la cavidad en el molde. El diseño debe ser lo 
más simple que sea posible para facilitar el retiro del molde. El modelo tiene en esencia la forma de 
la pieza a fundir con formas para bebederos, mazarotas, etc. El modelo puede estar en dos piezas 
una para la semicaja suprior y la otra para la semicaja inferior para facilitar la construcción de la 
cavidad del molde, algunas piezas pueden ser sueltas para que sean removidas por separado y evitar 
la destrucción del modelo o del molde. La madera es el material que generalmente se usa para 
fabricar los modelos ya que es sencilla de trabajar y se la encuentra fácilmente, la madera empleada 
deberá estar casi seca con 5 a 6 % de humedad para evitar que se tuerza o la formación de grietas lo 
que ocasionaría una distorsión en el molde final. Se usa el modelo en madera cuando se tiene un 
número discreto de piezas a fabricar, o cuando la pieza es demasiado grande lo cual facilitara el 
manejo de la misma. 
 
 
Cuando aumenta el numero de piezas es común encontrar modelos de metal hechos de aluminio o 
magnesio que pueden estar sueltos o empotrados en soportes para modelos, también son muy 
comunes los modelos de yeso ya que son fáciles de elaborar pero muy quebradizos a la hora fabricar 
la cavidad. El plástico también juega un papel importante en la fabricación de modelos es un 
intermedio entre la madera y el metal y puede producir cantidades considerables de moldes. 
 
 
2.2.1 Tolerancias en el Modelo 
 
 
 El modelo con el cual se fabrica la cavidad del molde debe ser un tanto diferente de la pieza a 
producir tanto en forma como en dimensiones. Estas diferencias intencionales incorporadas al 
modelo se llaman tolerancias del modelo. La tolerancia por contracción compensa la disminución 
de tamaño que experimenta la pieza al solidifican y enfriar. La tabla 2.1 (anexo) muestra valores 
para contracción volumétrica para distintos metales. La tolerancia de maquinado es la cantidad que 
compensa al material que se desperdicia en operaciones de maquinado que darán el acabado final a 
la pieza. 
 
 
2.3 CALENTAMIENTO, ENFRIAMENTO Y SOLIDIFICACION 
 
 
2.3.1 Calentamiento y vaciado 
 
Para desarrollar la operación de fundición, el metal se calienta hasta una temperatura ligeramente 
mayor a su punto de fusión y después se vacía en la cavidad del molde para que se solidifique. En 
esta sección consideramos varios aspectos de estos dos pasos en la fundición. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.3.1.1 Calentamiento del metal 
 
16Se usan varias clases de hornos, para calentar el metal a la temperatura necesaria. La energía 
calorífica requerida es la suma de 1) calor para elevar la temperatura hasta el punto de fusión, 2) 
calor de fusión para convertir el metal sólido a líquido y 3) calor para elevar al metal fundido a la 
temperatura de vaciado. Esto se puede expresar como: 
 
 
 
Donde: 
 
H =Calor requerido para elevar la temperatura del metal a la temperatura de fusión, 
J=Densidad, (Kg/m3) 
Cs =Calor específico del material sólido, (J/Kg ºC) 
Tm =Temperatura de fusión del metal, (ºC) 
T0 =Temperatura inicial, generalmente la ambiente, (ºC); 
H f =Calor de fusión, (J/Kg) 
Ct =Calor específico en peso del metal líquido, (J/KgºC) 
Tp =Temperatura de vaciado, (ºC) 
V =Volumen del metal que se calienta, (m3). 
 
 
2.3.2 Vaciado del metal fundido 
 
 
Después del calentamiento, el material está listo para vaciarse. La introducción del metal fundido en 
el molde y su flujo dentro del sistema de vaciado y de la cavidad es un paso crítico en el proceso. 
Para que este paso tenga éxito, el metal debe fluir antes de solidificarse a través de todas las 
regiones del molde, incluida la región más importante que es la cavidad principal. Los factores que 
afectan la operación de vaciado son la temperatura de vaciado, la velocidad de vaciado y la 
turbulencia. 
 
La temperatura de vaciado es la temperatura del metal fundido al momento de su introducción en el 
molde. Lo importante aquí es la diferencia entre la temperatura de vaciado y la temperatura a la que 
empieza la solidificación (el punto de fusión para un metal puro, o la temperatura líquida para una 
aleación). A esta diferencia de temperaturas se le llama algunas veces sobrecalentamiento. 
 
La velocidad de vaciado es el caudal con que se vierte el metal fundido dentro del molde. Si la 
velocidad es muy lenta, el metal puede enfriarse antes de llenar la cavidad. Si la velocidad de 
vaciado es excesiva provoca turbulencia y puede convertirse en un problema serio. 
 
La turbulencia de flujo se caracteriza por variaciones erráticas de la velocidad del fluido; cuando 
éste se agita, genera corrientes irregulares en lugar de fluir en forma laminar. El flujo turbulento 
debe evitarse durante el vaciado por varias razones. Tiende a acelerar la formación de óxidos 
metálicos que pueden quedar atrapados durante la solidificación, degradando así la calidad de la 
fundición. La turbulencia provoca una erosión excesiva del molde, que es el desgaste gradual de las 
superficies del molde debido al impacto del flujo de metal fundido. La erosión es especialmente 
seria cuando ocurre en la cavidad principal porque afecta la forma de la parte fundida. 
 
16 UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologías 
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2.3.3 Análisis ingenieril del vaciado 
 
Varias relaciones gobiernan el flujo del metal líquido a través del sistema de vaciado y dentro del 
molde. Una relación importante es el teorema de Bernoulli, el cual establece que la suma de las 
energías (altura, presión dinámica, energía cinética y fricción) en dos puntos cualquiera de un 
líquido que fluye es igual. Esto se puede escribir en la siguiente forma: 
 
 
 
 
Donde: 
 
h =Altura, (m) 
P =Presión en el líquido, (N/m2) 
ρ =Densidad, (Kg/m3) 
v =Velocidad de flujo en (m/seg) 
g =Constante de la aceleración gravitacional, (9.81 m/seg2); 
F =Pérdidas de carga debidas a la fricción, (metros). 
 
 
Los subíndices 1 y 2 indican los dos puntos cualesquiera en el flujo del líquido. 
 
 
La ecuación de Bernoulli se puede simplificar de varias maneras. Si ignoramos las pérdidas por 
fricción (de seguro, la fricción afectará el flujo del líquido a través del molde de arena) y asumimos 
que el sistema permanece a presión atmosférica en toda su extensión, entonces la ecuación puede 
reducirse a: 
 
 
 
La cual puede usarse para determinar la velocidad del metal fundido en la base del bebedero de 
colada. Definamos un punto (1) en la parte superior del bebedero y un punto (2) en la base. 
 
 
Si el punto (2) se usa como referencia, entonces la altura en ese punto es cero ( h2 =0 ) y h1 es la 
altura (longitud) del bebedero. Cuando se vierte el metal en la copa de vaciado y fluyehacia abajo, 
su velocidad inicial en la parte superior es cero ( v1 =0 ). 
 
Entonces la ecuación 1.3 se simplifica a: 
 
 
 
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que se pede resolver para la velocidad del flujo: 
 
 
 
Donde: 
 
v =Velocidad del metal líquido en la base del bebedero de colada, (m/seg); 
g =9.81 m/seg2 
h =Altura del bebedero (m) 
 
Otra relación de importancia durante el vaciado es la ley de continuidad, la cual establece que la 
velocidad volumétrica del flujo permanece constante a través del líquido. La velocidad del flujo 
volumétrico m3/seg es igual a la velocidad multiplicada por el área de la sección transversal del 
flujo líquido. La ley de continuidad puede expresarse como: 
 
 
 
Donde: 
 
Q =Velocidad de flujo volumétrico, (m3/seg); 
v =Velocidad, (m/seg); 
A =Área de la sección transversal del líquido, (m2) 
 
Los subíndices se refieren a cualquiera de los dos puntos en el sistema de flujo. Entonces, un 
incremento en el área produce un decremento en la velocidad y viceversa. 
 
Las ecuaciones 2.4 y 2.5 indican que el bebedero debe ser ahusado. El área de la sección transversal 
del canal debe reducirse conforme el metal se acelera durante su descenso en el bebedero de colada; 
de otra manera, puede aspirar aire dentro del líquido debido al incremento de la velocidad del metal 
que fluye hacia la base del bebedero y conducirlo a la cavidad del molde. Para prevenir esta 
condición, se diseña el bebedero con un ahusamiento de manera que la velocidad volumétrica de 
flujo vA sea misma en la parte superior y en el fondo del bebedero. 
 
Si aceptamos que el canal alimentador de la base del bebedero a la cavidad del molde sea horizontal 
(y por tanto que la altura sea la misma que la de la base del bebedero), la velocidad volumétrica de 
flujo a través del sistema de vaciado y dentro de al cavidad del molde permanece igual a vA en la 
base. Por consiguiente, podemos estimar el tiempo requerido para llenar una cavidad de volumen V 
como sigue: 
 
 
 
Donde: 
 
MFT =Tiempo de llenado del molde, seg. (s); 
V =Volumen de la cavidad del molde, (m3); 
Q =Velocidad volumétrica de flujo. (m3/seg) 
 
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El tiempo de llenado del molde calculado por la ecuación 2.6 debe considerarse como tiempo 
mínimo, debido a que el análisis ignora las pérdidas por fricción y la posible constricción del flujo 
en elsistema de vaciado; por tanto, el tiempo de llenado del molde será mayor que el resultante de la 
ecuación 2.6 
 
2.3.4 Fluidez 
 
Las características del metal fundido se describen frecuentemente con el término fluidez, una 
medida de la capacidad del metal par llenar el molde antes de enfriar. Existen métodos normales de 
ensayo para valorar la fluidez, como el molde espiral de prueba que se muestra en la figura 2.2, 
donde la fluidez se mide por la longitud del metal solidificado en el canal espiral. A mayor longitud, 
mayor fluidez del metal fundido. 
 
Los factores que afectan la fluidez son la temperatura de vaciado, la composición del metal, la 
viscosidad del metal líquido y el calor transferido de los alrededores. Una temperatura mayor, con 
respecto al punto de solidificación del metal, incrementa el tiempo que el metal permanece en 
estado líquido permitiéndole avanzar más, antes de solidificarse. 
 
Esto tiende a agravar ciertos problemas como la formación de óxido, la porosidad gaseosa y la 
penetración del metal líquido en los espacios intersticiales entre los gramos de arena que componen 
el molde. Este último problema causa que la superficie de la fundición incorpore partículas de arena 
que la hacen más rugosa y abrasiva de lo normal. 
 
 
 
FIGURA 2.2 Molde espiral para ensayo de la fluidez, ésta se mide por la longitud del 
canal espiral lleno antes de la solidificación. 
 
 
 
2.3.5 Solidificación y Enfriamiento 
 
 
Después de vaciar el metal fundido en el molde, éste se enfría y solidifica. En esta sección 
examinaremos los mecanismos físicos de solidificación que ocurren durante la fundición. Los 
aspectos asociados con la solidificación incluyen el tiempo de enfriamiento del metal, la 
contracción, la solidificación direccional y el diseño de las mazarotas. 
 
 
 
 
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2.3.5.1 Solidificación de los metales 
 
 
La solidificación involucra el regreso del metal fundido al estado sólido. El proceso de 
solidificación difiere, dependiendo de si el metal es un elemento puro o una aleación. 
 
2.3.5.2 Solidificacion en metales puros 
 
Un metal puro solidifica a una temperatura constante que constituye su punto de congelación o 
punto de fusión. Los puntos de fusión de los metales puros son bien conocidos. El proceso ocurre en 
un tiempo determinado como se muestra en la figura 2.3, conocida como curva de enfriamiento. 
 
La solidificación real toma un tiempo llamado, tiempo local de solidificación, durante el cual el 
calor latente de fusión del metal escapa fuera del molde. El tiempo total de solidificación va desde 
el momento de vaciar el metal hasta su completa solidificación. Después que la fundición se ha 
solidificado completamente, el enfriamiento continúa a una velocidad indicada por la pendiente 
hacia debajo de la curva de enfriamiento. 
 
 
Debido a la acción refrigerante de la pared del molde, se forma una delgada película inicial de metal 
sólido en la pared inmediatamente después del vaciado. El espesor de esta película aumenta para 
formar una costra alrededor del metal fundido que va creciendo hacia el centro de la cavidad 
conforme progresa la solidificación. La velocidad del enfriamiento depende del calor que se 
transfiere en el molde y de las propiedades térmicas del metal. 
 
 
FIGURA 2.3 Curva de enfriamiento para un metal puro durante la fundición. 
 
Es interesante examinar la formación del grano metálico y su crecimiento durante este proceso de 
solidificación. El metal que forma la película inicial se ha enfriado rápidamente por la extracción de 
calor a través de la pared del molde. Esta acción de enfriamiento causa que los granos de la película 
sean finos, equiaxiales y orientados aleatoriamente. Al continuar el enfriamiento se forman más 
granos y el crecimiento ocurre en direcciones alejadas de la transferencia de calor. Como el calor se 
transfiere a través de la costra y la pared del molde, los granos crecen hacia adentro como agujas o 
espinas de metal sólido. Al agrandarse estas espinas se forman ramas laterales que siguen creciendo 
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y forman ramas adicionales en ángulos rectos con las primeras. Este tipo de crecimiento llamado 
crecimiento dendrítico del grano ocurre no solamente en la solidificación de los metales puros, sino 
también en la de las aleaciones. Estas estructuras tipo árbol se llevan a cabo en forma gradual 
durante el enfriamiento, al depositarse continuamente metal adicional en las dendritas hasta 
completar la solidificación. Los granos resultantes de este crecimiento dendrítico adoptan una 
orientación preferente y tienden a ser burdos y alinearse en forma de granos columnares hacia el 
centro de la fundición. La estructura granulada resultante se ilustra en la figura 2.4 
 
 
FIGURA 2.4 Estructura cristalina característica del un metal puro, mostrando los granos, 
pequeños orientados aleatoriamente cercade las paredes del molde, y los granos 
columnares grandes orientados hacia el centro de la fundición 
 
 
 
 
FIGURA 2.5 (a) Diagrama de fase para un sistema, de aleación cobre-níquel y (b) curva 
de enfriamiento asociada para una composición Ni-Cu 50-50% durante la fundición. 
 
2.4 Aleaciones en general 
 
Las aleaciones solidifican generalmente en un intervalo de temperaturas en lugar de una 
temperatura única. El rango exacto depende de la aleación y su composición particular. 
 
Se puede explicar la solidificación de una aleación con referencia a la figura 2.5, que muestra el 
diagrama de fase de una aleación en particular y a la curva de enfriamiento para una composición 
dada. Conforme desciende la temperatura, empieza la solidificación en la temperatura que indica la 
línea liquidus y se completa cuando se alcanza la solidus. El inicio de la solidificación es similar a 
la del metal puro. Se forma una delgada película en la pared del molde debido a un alto gradiente de 
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temperatura en esta superficie. La solidificación continúa como para un metal puro, mediante la 
formación de dendritas alejadas de las paredes. Sin embargo, debido a la propagación de la 
temperatura entre liquidas y solidas, el crecimiento de las dendritas es tal que se forma una zona 
avanzada donde el metal sólido y el líquido coexisten. 
 La porción sólida está constituida por estructuras dendríticas que se han formado lo suficiente y 
han atrapado en la matriz pequeñas islas de líquido. La región sólido-líquido tiene una consistencia 
suave que da lugar a su nombre de zona blanda. Dependiendo de las condiciones del enfriamiento, 
la zona blanda puede ser relativamente angosta o puede ocupar la mayor parte de la fundición. Los 
factores que promueven la última condición son una lenta transferencia de calor fuera del metal 
caliente y una amplia diferencia entre líquidos y sólidos. Las islas de líquido en la matriz de 
dendrita se solidifican gradualmente al bajar la temperatura de la fundición hasta la temperatura 
sólidos que corresponde a la composición de la aleación. 
 
Otro factor que complica la solidificación de las aleaciones es la composición de las dendritas que 
al iniciar su formación son favorecidas por el metal que tiene el punto de fusión mayor Al continuar 
la solidificación las dendritas crecen y se genera un desbalance entre la composición del metal 
solidificado y el metal fundido remanente. Este desbalance de composición se manifiesta finalmente 
como segregación de elementos en las fundiciones terminadas. La segregación es de dos tipos, 
microscópica y macroscópica. A nivel microscópico, la composición química varía a través de cada 
grano individual. Esto se debe a que la espina inicial de cada dendrita tiene una proporción más alta 
de uno de los elementos de la aleación La dendrita crece a expensas del líquido remanente que ha 
sido parcialmente agotado de este primer elemento. 
 
Finalmente, el último metal que solidifica en cada grano es el que quedó atrapado en las ramas de 
las dendritas, cuya composición es aún más desbalanceada. El resultado es una variación en 
composición química dentro de cada grano de la fundición. 
 
 
 
FIGURA 2.6 Estructura cristalina característica de fundición para una aleación, 
mostrando la segregación de los componentes en el centro de la fundición. 
 
A nivel macroscópico, la composición química varía a través de la fundición. Como las regiones de 
la fundición que se solidifica primero (generalmente cerca de las paredes del molde) son más ricas 
en un componente que en otro, la composición de la aleación fundida remanente queda modificada 
cuando ocurre la solidificación en el interior. Se genera entonces, una segregación general a través 
de la sección transversal de la fundición, llamada algunas veces segregación de lingote como se 
muestra en la figura 2.6. 
 
 
 
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2.4.1 Aleaciones eutécticas 
 
Las aleaciones eutécticas constituyen una excepción del proceso general de solidificación de las 
aleaciones. Una aleación eutéctica tiene una composición particular en la cual las temperaturas 
sólidas y líquidas son iguales. En consecuencia, la solidificación ocurre a una temperatura 
constante, y no en un rango de temperaturas como se describió para un metal puro, el hierro fundido 
(4.3%C) son ejemplos de aleaciones eutécticas que se usan en fundición. 
 
2.4.2 Tiempo de solidificación 
 
Si la fundición es metal puro o aleación, de todos modos, su solidificación toma tiempo. El tiempo 
total de solidificación es el tiempo necesario para que la fundición solidifique después del vaciado. 
 
 
Este tiempo depende del tamaño y de la forma de la fundición expresada por una relación empírica 
conocida como regla de Chvorinov que establece: 
 
 
 
Donde: 
 
TST =Tiempo de solidificación total, min; 
V =Volumen de fundición, (m3); 
A =Área superficial de la fundición, (m2); 
n =Exponente que toma usualmente un valor de 2; 
Cm =Es la constante del molde. 
 
Dado que n = 2, las unidades de Cm son (min/m2), su valor depende de las condiciones particulares 
de la operación de fundición, entre las cuales se incluyen el material del molde (calor específico y 
conductividad térmica), propiedades térmicas del metal de fundición (calor de fusión, calor 
específico y conductividad térmica), y la temperatura relativa de vaciado con respecto al punto de 
fusión del metal. El valor de Cm para una operación dada se puede basar en datos experimentales de 
operaciones previas con el mismo material de molde, metal y temperatura de vaciado, incluso 
cuando la forma de la parte haya sido bastante diferente. 
 
La regla de Chvorinov indica que una fundición con una relación de volumen a área superficial se 
enfriará y solidificará más lentamente que otra con una relación más baja. Este principio ayuda en el 
diseño de la mazarota del molde. Para cumplir su función de alimentar metal fundido a al cavidad 
principal, el metal en la mazarota debe permanecer en fase líquida más tiempo que el de la 
fundición. En otras palabras, la TST para la mazarota debe exceder la TST de la fundición principal. 
Como la condición del molde para la mazarota y la fundición es la misma, las constantes del molde 
serán iguales. 
 
Si el diseño de la mazarota incluye una relación de volumen a área más grande, podemos estar más 
o menos seguros de que la fundición principal solidificará primero y se reducirán los efectos de la 
contracción. Antes de considerar el diseño de la mazarota mediante la regla de Chvorinov tomemos 
en cuenta el tema de la contracción, razón por la cual se necesitan las mazarotas. 
 
 
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2.4.3 Contracción 
 
Nuestro análisis de la solidificación ha omitido el impacto de la contracción que ocurre durante el 
enfriamiento y la solidificación. La contracción ocurre en tres pasos: 1) contracción líquida durante 
el enfriamiento anterior a la solidificación; 2) contracción durante el cambio de fase de líquido a 
sólido, llamada contracción de solidificación, y 3) contracción térmica de la fundición solidificada 
durante el enfriamiento hasta la temperatura ambiente. Los tres pasos pueden explicarse con 
referencia a una fundición cilíndrica hipotética hecha en un molde abierto, como se muestra en la 
figura 2.7. 
 
 
El metal fundido inmediatamente después de vaciado se muestra en la parte (0) de la serie. La 
contracción del metal líquido durante el enfriamiento,desde la temperatura de vaciado hasta la 
temperatura de solidificación, causa que la altura del líquido se reduzca desde el nivel inicial como 
en (1) de la Fig. La cantidad de esta concentración líquida es generalmente alrededor del 0.5%. 
 
La contracción de solidificación que se observa en la parte (2) tiene dos efectos. Primero, la 
contracción causa una reducción posterior en la altura de la fundición. Segundo, la cantidad de 
metal líquido disponible para alimentar la porción superior del centro de la fundición se restringe. 
 
Ésta es usualmente la última región en solidificar; la ausencia de metal crea un vacío en este lugar 
de la fundición. Esta cavidad de encogimiento es llamada por los fundidores rechupe. Una vez 
solidificada, la fundición experimenta una contracción posterior en altura y diámetro mientras se 
enfría como en (3). 
 
 
Esta contracción se determina por el coeficiente de expansión térmica del metal sólido, que en este 
caso se aplica a la inversa para determinar la contracción. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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FIGURA 2.7 Contracción de una fundición cilíndrica durante la solidificación y 
enfriamiento: (0) niveles iniciales del metal fundido inmediatamente después del vaciado; 
(1) reducción del nivel causada por la contracción del líquido durante el enfriamiento; (2) 
reducción de la altura y formación de la bolsa de contracción causada por la contracción 
por solidificación; y (3) reducción posterior de la altura y diámetro debida a la contracción 
térmica durante el enfriado del metal sólido. Las reducciones están exageradas para 
mayor claridad. 
 
La Tabla 2.1, presenta algunos valores típicos de la contracción volumétrica para diferentes metales 
de fundición debidos a la contracción por solidificación y a la contracción sólida paso (2) y (3). La 
contracción por solidificación ocurre casi en todos los metales porque la fase sólida tiene una mayor 
densidad que la fase líquida. La transformación de fase que acompaña la solidificación causa una 
reducción en el volumen por unidad de peso del metal. La excepción en la tabla 2.1 es el hierro 
fundido con un contenido alto de carbono, cuya solidificación se complica por un período de 
grafitación durante las etapas finales de enfriamiento, que provoca una expansión tendiente a 
contrarrestar el crecimiento volumétrico asociado con el cambio de fase. 
 
 
 
 
 
TABLA 2.1 Contracción volumétrica para diferentes metales de fundición debida a la 
contracción por solidificación y contracción del sólido 
 
 
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Los modelistas toman en cuenta la contracción por solidificación para sobredimensionar las 
cavidades de los moldes. La cantidad que hay que aumentar a las dimensiones del molde con 
respecto al tamaño de la pieza final se llama tolerancia de contracción del modelo. Aunque la 
contracción es volumétrica, las dimensiones de la fundición se expresan linealmente. Para hacer los 
modelos y los moldes más grandes que la pieza, se usan reglas especiales de contracción que 
consideran una ligera elongación en proporción adecuada. Estas reglas varían en elongación desde 
menos de 3 mm a 16 mm por cada 300 mm de longitud con respecto a una regla normal, 
dependiendo del metal a fundir. 
 
2.4.4 Solidificación direccional 
 
Para minimizar los efectos dañinos de la contracción es conveniente que las regiones de la fundición 
más distantes de la fuente de metal líquido se solidifiquen primero y que la solidificación progrese 
de estas regiones hacia la mazarota. En esta forma, el metal fundido continuará disponible en las 
mazarotas para prevenir los vacíos de contracción durante la solidificación. Se usa el término - 
solidificación direccional para describir este aspecto del proceso de solidificación y sus métodos de 
control La solidificación direccional deseada se logra aplicando la regla de Chvorinov al diseño de 
la fundición, a su orientación dentro del molde y al diseño del sistema de mazarotas. Por ejemplo, al 
localizar las secciones de la fundición con menores relaciones V/A lejos de las mazarotas la 
solidificación aparecerá primero en estas regiones y el suministro de metal líquido para el resto de 
la fundición permanecerá abierto hasta que solidifiquen las secciones más voluminosas. 
 
Otra forma de fomentar la solidificación direccional es usar enfriadores sumideros de calor internos 
o externos que causan un, enfriamiento rápido en ciertas regiones de la fundición, Los enfriadores 
internos son pequeñas partes de metal colocadas dentro de la cavidad antes del vaciado, cuyo 
objetivo es que el metal fundido solidifiqué primero alrededor de estas partes. El refrigerante 
interno debe tener una composición química igual a la del metal que se vacía. Esto se logra 
fabricando el enfriador del mismo metal que la fundición. 
 
 
FIGURA 2.8 (a) Enfriadores externos para alentar la solidificación rápida del metal 
fundido en una zona delgada de la fundición y (b) resultado probable si no se usan los 
enfriadores. 
 
 
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Los enfriadores externos son insertos metálicos en las paredes de la cavidad del molde que 
remueven el calor del metal fundido más rápidamente que la arena circundante, a fin de promover 
solidificación. Se usan a menudo en secciones de la fundición que son difíciles de alimentar con 
metal líquido, el cual encuentra así un enfriamiento rápido que lo hace solidificar en estas secciones 
mientras la conexión con el metal líquido está todavía abierta. La figura 2.8 ilustra una posible 
aplicación de refrigerantes externos y el resultado probable si no se usaran. 
 
2.4.5 Diseño de la mazarota 
 
Tal como se describió antes, una mazarota figura 2.1(b) se usa en un molde de fundición para 
alimentar metal líquido al proceso durante el enfriamiento y compensar así la contracción por 
solidificación. La mazarota debe permanecer líquido hasta después de que la fundición solidifique. 
 
Para satisfacer este requerimiento se puede calcular el tamaño de la mazarota usando la regla de 
Chvorinov. 
 
La mazarota se puede diseñar en diferentes formas. El diseño mostrado en la figura 2.1 (b) es una 
mazarota lateral. Está anexada a un lado de la fundición por medio de un pequeño canal. Una 
mazarota superior se conecta en la parte superior de la superficie de la fundición como en la figura 
2.1(c). Las mazarotas pueden ser abiertas o sumergidas. Una mazarota abierta está expuesta al 
exterior en la superficie superior de la tapa, pero tiene la desventaja de permitir que escape más 
calor, promoviendo una solidificación más rápida. Una mazarota sumergida está completamente 
encerrada dentro del molde como en la figura 2.1 (b). 
 
 
 
2.5 Procesos de fundición en metales 
 
Los procesos de fundición del metal se dividen en dos categorías de acuerdo al tipo de moldes 1) 
moldes desechables y 2) moldes permanentes. En las operaciones de fundición con molde 
desechable, éste se destruye para remover la parte fundida, como se requiere un nuevo molde por 
cada nueva fundición, las velocidades de producción son limitadas, ya que se requiere mas tiempo 
para hacer el molde que para la fundición en si, sin embargo, para ciertas partes se pueden producir 
moldes y fundiciones a velocidades de 400 partes por hora o mayores. En los procesos de moldeo 
permanente, el molde se fabrica con metal (u otro material durable) que permite usarlos en repetidas 
operaciones de fundición. En consecuencia,estos procesos tienen una ventaja natural para mayores 
velocidades de producción. 
 
2.5.1 Fundición centrífuga 
 
La fundición centrífuga se refiere a varios métodos de fundición caracterizados por utilizar un, 
molde que gira a alta velocidad para que la fuerza centrífuga distribuya el metal fundido en las 
regiones exteriores de la cavidad del dado. El grupo incluye: 1) fundición centrífuga real, 2) 
fundición semicentrífuga y 3) fundición centrifugada o centrifugado. 
 
Fundición centrífuga real En la fundición centrífuga real, el metal fundido se vacía en un molde 
que está girando para producir una parte tubular. Ejemplos de partes hechas por este proceso 
incluyen tubos, caños, manguitos y anillos. Este método se ilustra en la figura 2.13. El metal 
fundido se vacía en el extremo de un molde rotatorio horizontal. 
 
MOLDE PARA RINES DEPORTIVOS AUTOMOTRICES POR FUNDICION E.S.I.M.E. 
 30 
 
La rotación del molde empieza en algunos casos después del vaciado. La alta velocidad genera 
fuerzas centrífugas que impulsan al metal a tomar la forma de la cavidad del molde. Por tanto, la 
forma exterior de la fundición puede ser redonda, octagonal, hexagonal o cualquier otra. Sin 
embargo, la forma interior de la fundición es perfectamente redonda (al menos teóricamente), 
debido a la simetría radial de las fuerzas en juego. 
 
 
 
 
FIGURA 2.13 Disposición de la centrífuga real 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 2.13 Disposición de la centrífuga real 
 
 
La orientación del eje de rotación del molde puede ser horizontal o vertical, pero esta última es la 
más común. Para que el proceso trabaje satisfactoriamente se calcula la velocidad de rotación del 
molde en la fundición centrifuga horizontal. La fuerza centrífuga está definida por la ecuación: 
 
 
 
 
 
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 31 
 
Donde: 
 
F = fuerza (N) 
m = masa (Kg) 
v = velocidad (m/s) 
R = radio interior del molde (m) 
W = mg es su peso (N) 
g = aceleración de la gravedad (m/s2) 
 
El factor-G GF es la relación de fuerza centrífuga dividida por el peso 
 
 
La velocidad v puede expresarse como 2_RN / 60 = _RN / 30, donde N velocidad rotacional 
rev/min. Al sustituir esta expresión en la ecuación (2.9) obtenemos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Con un arreglo matemático para despejar la velocidad rotacional N y usando el diámetro D en lugar 
del radio, tenemos 
 
 
 
 
Donde: 
 
D = diámetro interior del molde (m) 
N= velocidad de rotación (rev/min) 
 
Si el factor-G es demasiado bajo en la fundición centrífuga, el metal líquido no quedará pegado a la 
pared del molde durante la mitad superior de la ruta circular sino que “lloverá” dentro de la cavidad. 
 
Ocurren deslizamientos entre el metal fundido y la pared del molde, lo cual significa que la 
velocidad rotacional del metal es menor que la del molde. Empíricamente, los valores de GF = 60 a 
80 son apropiados para la fundición centrífuga horizontal, aunque esto depende hasta cierto punto 
del metal que se funde. 
 
En la fundición centrifuga vertical el efecto de la gravedad que actúa en el metal líquido causa que 
la pared de la fundición sea más gruesa en la base que en la parte superior. El perfil interior de la 
fundición tomará una forma parabólica. La diferencia entre el radio de la parte superior y del fondo 
se relaciona con la velocidad de rotación como sigue: 
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Donde: 
 
L = longitud vertical de la fundición (m) 
Rt = radio interno de la parte superior de la fundición (m) 
Rb = radio interior en el fondo de la fundición (m). 
 
Se puede usar la ecuación (2.12) para determinar la velocidad rotacional requerida para la fundición 
centrífuga vertical, dadas las especificaciones de los radios internos en la parte superior y en el 
fondo. De la fórmula se desprende que para igualar a Rt, y a Rb, la velocidad de rotación N tendría 
que ser infinita, lo cual desde luego es imposible. En la práctica es conveniente que la longitud de 
las partes hechas por fundición centrífuga vertical no exceda de dos veces su diámetro. Esto es 
satisfactorio para bujes y otras partes que tengan diámetros grandes en relación con sus longitudes, 
especialmente si se va a usar el maquinado para dimensionar con precisión el diámetro interior. Las 
fundiciones hechas por fundición centrífuga real se caracterizan por su alta densidad, especialmente 
en las regiones externas de la pieza, donde F es más grande. 
 
La contracción por solidificación en el exterior del tubo fundido no es de consideración, debido a 
que la fuerza centrífuga relocaliza continuamente el metal fundido hacia la pared del molde durante 
la congelación. Cualquier impureza en la fundición tiende a ubicarse en la pared interna y puede 
eliminarse mediante maquinado si es necesario. 
 
2.5.2 Fundición semicentrífuga. 
 
En este método se usa la fuerza centrífuga para producir fundiciones sólidas en lugar de partes 
tubulares, como se muestra en la figura 2.14. La velocidad de rotación se ajusta generalmente para 
un factor-G alrededor de 15, y los moldes se diseñan con mazarotas que alimenten metal fundido 
desde el centro. La densidad del metal en la fundición final es más grande en la sección externa que 
en el centro de rotación. El centro tiene poco material o es de poca densidad. Por lo regular el centro 
en este tipo de sistemas de fundición es maquinado posteriormente, excluyendo así la porción de 
más baja calidad. Los volantes y las poleas son ejemplos de fundiciones que pueden hacerse por 
este proceso. Se usan frecuentemente moldes consumibles o desechables en la fundición 
semicentrífuga, como sugiere nuestra ilustración del proceso. 
 
 
 
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FIGURA 2.14 Fundición semicentrífuga 
 
 
2.5.3 Fundición centrifugada 
Es un sistema donde por medio de un tallo se hace llegar metal fundido a racimos de cavidades 
colocadas simétricamente en la periferia (figura 2.15), de manera que la fuerza centrífuga distribuya 
la colada del metal entre estas cavidades. El proceso se usa para partes pequeñas, la simetría radial 
de la parte no es un requerimiento como en los otros dos métodos de fundición centrífuga. 
 
 
FIGURA 2.15 (a) Fundición centrifugada: la fuerza centrífuga hace que el metal fluya a 
las cavidades del molde lejos del eje de rotación y (b) la fundición. 
 
 
 
 
2.5.4 Fundición en molde de yeso 
 
La fundición con moldes de yeso es similar a la fundición en arena, excepto que el molde está hecho 
de yeso (2CaSO4 – H20) en lugar de arena. Se mezclan aditivos como el talco y la arena de sílice 
con el yeso para controlar la contracción y el tiempo de fraguado, reducir los agrietamientos e 
incrementar la resistencia. Para fabricar el molde, se hace una mezcla de yeso y agua, se vacía en un 
modelo de plástico o metal en una caja de moldeo y se deja fraguar. En este método, los modelos de 
madera son generalmente insatisfactorios, debido al extenso contacto con el agua del yeso. La 
consistencia permite a la mezcla de yeso fluir fácilmente alrededor del patrón, capturando los 
detalles y el acabado de la superficie. Ésta es la causa de que las fundiciones hechas en moldes de 
yeso sean notables por su fidelidad al patrón. 
MOLDE PARA RINES DEPORTIVOS AUTOMOTRICES POR FUNDICIONE.S.I.M.E. 
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El curado del molde de yeso es una de las desventajas de este proceso, al menos para altos 
volúmenes de producción. El molde debe dejarse fraguar cerca de 20 minutos antes de sacar el 
molde y, posteriormente, debe cocerse por varias horas para remover la humedad. Aun cocido, el 
yeso no se desprende de todo el contenido de humedad. El problema que enfrentan los fundidores es 
que la resistencia del molde se pierde cuando el yeso se deshidrata y, en el caso contrario, la 
humedad remanente puede causar defectos en el producto de fundición, por tanto es necesario 
encontrar un equilibrio entre estas alternativas indeseables. Otra desventaja del molde de yeso es 
que no es permeable limitando el escape de los gases de la cavidad del molde. Este problema puede 
resolverse de varias maneras: 1) evacuar el aire de la cavidad del molde antes de vaciar; 2) batir la 
pasta de yeso antes de hacer el molde, de manera que el yeso fraguado contenga pequeños poros 
dispersados; y 3) usar composiciones especiales del molde y un tratamiento conocido como proceso 
Antioch. Este proceso consiste en utilizar cerca de un 50% de arena mezclada con el yeso, calentar 
el molde en una autoclave (estufa que usa vapor sobrecalentado a presión), y después secar. El 
molde resultante tiene una permeabilidad considerablemente más grande que el molde de yeso 
convencional. 
 
Los moldes de yeso no pueden soportar temperaturas tan elevadas como los moldes de arena. Por 
tanto, están limitados a fundiciones de bajo punto de fusión como aluminio, magnesio y algunas 
aleaciones de cobre. Su campo de aplicación incluye moldes de metal para plásticos y hule, 
impulsores para bombas y turbinas, y otras partes cuyas formas son relativamente intrincadas. 
Los tamaños de las fundiciones varían desde menos de una onza hasta varios cientos de libras; las 
partes que pesan menos de 20 lb son las más comunes. Las ventajas de los moldes de yeso para 
estas aplicaciones son su buen acabado superficial, su precisión dimensional y su capacidad para 
hacer fundiciones de sección transversal delgada. 
 
2.5.5 Fundición en molde de cerámica 
 
Las fundiciones con moldes cerámicos son similares a las fundiciones con molde de yeso, el modelo 
se introduce varias veces en una lechada refractaria (yeso con polvo de mármol) la que cada vez que 
el modelo se introduce este se recubre de una capa de la mezcla, generando una cubierta en el 
modelo. Posteriormente el modelo se extrae y luego el molde se introduce en un horno con lo que el 
material refractario se endurece. Así, los moldes cerámicos pueden usarse para fundiciones de 
acero, hierro y otras aleaciones de alta temperatura. Sus aplicaciones (moldes y piezas relativamente 
intrincadas) son similares a las de los moldes de yeso excepto por los metales que se funden. Sus 
ventajas (buena precisión y acabado) son también similares. 
 
2.5.6 Fundición en molde con revestimiento (modelo perdido) 
 
Es un proceso muy antiguo para la fabricación de piezas artísticas. Consiste en la creación de un 
modelo en cera de la pieza que se requiere, este modelo debe tener exactamente las características 
deseadas en la pieza a fabricar. El modelo de cera es revestido (se cubre completamente) con yeso o 
un material cerámico que soporte el metal fundido. 
Luego el conjunto se introduce a un horno, con ello el material cerámico se endurece y el modelo de 
cera se derrite, obteniendo así el molde. En el molde fabricado se vacía el metal fundido y se 
obtiene la pieza deseada. Es un proceso de fundición capaz de hacer piezas de alta precisión e 
intrincados detalles y se conoce también como fundición a la cera perdida, debido a que el modelo 
de cera se pierde en el molde antes de fundirse. Los pasos en la fundición por revestimiento se 
describen en la figura 2.16. Como los modelos de cera se funden después que se hace el molde 
refractario, se debe fabricar un modelo para cada fundición. La producción de modelos se realiza 
mediante una operación de moldeo, que consiste en vaciar o inyectar cera caliente en un dado 
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maestro, diseñado con las tolerancias apropiadas para la contracción de la cera y del metal de 
fundición. En los casos donde la forma de la pieza es complicada, se juntan varias piezas de cera 
para hacer el patrón. En operaciones de alta producción se pegan varios patrones a un bebedero de 
colada, hecho también de cera, para formar un modelo de árbol, ésta es la forma que tomará el metal 
fundido. 
 
El recubrimiento con refractario (paso 3) se hace generalmente por inmersión del árbol patrón en un 
lodo de sílice u otro refractario de grano muy, fino (casi en forma de polvo) mezclado con yeso que 
sirve para unir el molde. El grano fino del material refractario provee una superficie lisa que captura 
los intrincados detalles del modelo de cera. El molde final (paso 4) se forma por inmersiones 
repetidas del árbol en el lodo refractario o por una compactación cuidadosa del refractario alrededor 
del árbol en un recipiente. El molde se deja secar al aire, aproximadamente ocho horas, para que 
endurezca el aglutinante. 
 
 
FIGURA 2.16 Pasos en la fundición por revestimiento. (1) se producen los patrones o modelos de 
cera; (2) se adhieren varios modelos a un bebedero para formar el modelo de árbol; (3) el modelo de 
árbol se recubre con una capa delgada de material refractario; (4) se forma el molde entero, 
cubriendo el árbol revestido con suficiente material para hacerlo rígido; (5) el molde se sostiene en 
posición invertida y se calienta para fundir la cera y dejar que escurra fuera de la cavidad; (6) el 
molde se precalienta a una alta temperatura para asegurar la eliminación de todos los contaminantes 
del molde, esto también facilita que el metal fluya dentro de la cavidad y sus detalles, el metal se 
vacía y solidifica; (7) el molde se rompe y se separa de la fundicióN terminada. Las partes se 
separan del bebedero de colada. 
Las ventajas de la fundición por revestimiento son: 1) capacidad para fundir piezas complejas e 
intrincadas; 2) estrecho control dimensional con posibles tolerancias de ±0.076 mm; 3) buen 
acabado de la superficie; 4) recuperación de la cera para reutilizarla y 5) por lo general no se 
requiere maquinado adicional. Éste es un proceso de forma neta, aunque relativamente costoso por 
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la cantidad de pasos que involucra su operación. Las partes hechas por este método son 
normalmente de tamaño pequeño, aunque se han fundido satisfactoriamente partes de formas 
complejas de hasta 34 Kg. Pueden fundirse todos los tipos metales, incluyendo aceros, aceros 
inoxidables y otras aleaciones de alta temperatura. 
 
Algunos ejemplos de partes fundidas por este proceso son: partes complejas de maquinaria paletas y 
otros componentes para motores de turbina, así como joyería y accesorios dentales. En la figura 
2,17 se muestra una pieza que ilustra las características intrincadas que son posibles con la 
fundición por revestimiento. 
 
 
 
FIGURA 2.17 Estator de una sola pieza para compresor hecho mediante fundición por 
con 108 aletas aerodinámicas separadas 
 
 
2.5.7 Fundición en molde permanente 
 
La desventaja económica de cualquiera de los procesos con molde desechable es la necesidad de un 
nuevo molde para cada fundición. En la fundición con molde permanente, el molde se reutiliza 
muchas veces. En esta sección analizaremos la fundición en molde permanente, tratándola como un 
proceso básico del grupo de procesos que utilizan moldes reutilizables. 
 
La fundición en molde permanente usa un molde metálico construido en