EL CONTROL DE LA CALIDAD EN LA FUNDICIÓN

ING. PATRICIA DOMÍNGUEZ GONZÁLEZ, ING. JUDITH GUTIERREZ GONZÁLEZ, ING.JESÚS DÍAZ RAMOS
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA TEXTIL
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

La tendencia actual hacia la obtención de la producción con cero defectos, es explicable porque así lo exigen los negocios mundializados como un medio de incrementar el rendimiento en las operaciones productivas, además de obtener un costo competitivo. Resulta muy interesante desde el punto de vista del rendimiento productivo, el poder caracterizar los defectos de fundición, conocer su origen y aplicar convenientemente las soluciones precisas en cada caso.

El procedimiento del control del llamado rechazo de piezas con defectos de fundición lo realizaba el departamento de control de calidad, quien muestreaba los resultados de la producción del día anterior y los clasificaba y con la presencia de los responsables de las áreas de producción se hacía la repartición de sus orígenes, sintetizada en una gráfica con lo que con esos datos se aplicaban con mas rigor los controles en las áreas involucradas. En resumen era un resultado a prueba y error, totalmente inefectivo y bastante caro.
Con el advenimiento del Control Estadístico del Proceso, gracias a Edward Deming y Juran, las cosas mejoraron hasta alcanzar el cambio de nombre a Aseguramiento de Calidad. También es justo reconocer a grandes hombres de la Calidad en Fundición como Crosby, Ishikawa, Pareto y muchos más que contribuyeron a la superación de la Fundición en el área de la no generación de desperdicio.
La tendencia actual hacia la obtención de la producción con cero defectos, es explicable porque así lo exigen los negocios mundializados como un medio de incrementar el yield (rendimiento) en las operaciones productivas, además de obtener costo competitivo y con los materiales idóneos.
El cuarzo deber ser elegible antes de entrar a los almacenes de la fundición en cuanto a su forma y tamaño. También debe considerarse que es un material muy frágil y que las aristas vivas que posee antes del mezclado algunas se rompen y el grano se redondea lo cual cambia el propósito de la presencia de estas aristas vivas por lo que es recomendable, el agregado de arena nueva en cada preparación que fluctúa en 1 al 2%.Este agregado de arena nueva cumple tres funciones, primera renueva las aristas vivas, mantiene el volumen en las tolvas, pues hay acarreo del sistema en la arena pegada en las piezas y diluye el efecto pernicioso de los materiales carbonizables.
Sería ideal que el sistema de partículas no cohesible por si mismo, solo consistiera en arcilla, cuarzo y agua. Pero en atención a la expansión que se presentará a la entrada del metal al molde se requiere la presencia de aditivos, que en forma de materia orgánica se carbonizan y permiten la libre expansión del grano, por lo que es indispensable caracterizar los defectos de fundición, al conocer su origen y aplicar las acciones correspondientes.
Aéreas productivas principales de la fundición
A) Preparación de Moldes
Clases de Moldes
ÿ Permanentes
ÿ No Permanentes
Los moldes permanentes son metálicos, enfriados por agua recirculante, estos son para metales no ferrosos, los no permanentes son moldes hechos con material Cuarzoso, de Circonio, Cromita y Olivina entre otros.
El material que predomina en el moldeo no permanente es el cuarzo (SiO2) que por ser abundante en la naturaleza, de mucha disponibilidad por su rápida entrega y precio accesible, que comparado con las arenas de circonio no tiene comparación.
La llamada arena sílica, que usamos en la fundición, no es tal, ya que lo que se compra es cuarzo lavado con pureza del 97-98% y como se dijo antes por accesible, abundante y precio relativamente bajo.
Sin embargo presenta dos graves inconvenientes.
a) Fragilidad excesiva.
b) Con el aumento de temperatura presenta cambios alotrópicos y aumento de volumen
Gráfica 1 Transformaciones alotrópicas del cuarzo con el aumento de la Temperatura

B) Preparación de Metal (Fusión):
En esta área se prepara el metal para ser vaciado a los moldes, debe poseer el análisis químico indicado y la temperatura apropiada para llenar la cavidad del molde en cuestión.
De hecho, esta preparación inicia desde la compra, almacenamiento, selección y adecuación a tamaños de acuerdo al diámetro interior de la unidad de fusión (horno).
La proveeduría debe ser confiable y aun así se deben realizar "surprise visit" para corroborar el correcto manejo del material comprado. Su almacenaje, es preferible que sea bajo techo. La selección debe hacerse, porque es preferible realizarla para extraer elementos residuales dañinos de difícil remoción al estado fundido
Los tamaños deben ser de longitud máxima 2/3 del diámetro del horno para evitar "puenteos" o atoramientos peligrosos.
Comprobar en todo momento el estado de los picos de las ollas de vaciado, con mayor razón si son "pico de tetera", porque al engrosar por la escoria pegada, disminuye el gasto con modificación del tiempo de llenado.
Con mucha frecuencia y de manera sistemática se debe n tomar las lecturas de la temperatura y en ningún momento vaciar piezas con temperatura disminuida.
Aquí se analizará el fenómeno de fusión (cambio de estado), de acuerdo a la siguiente gráfica:
La fusión de los metales se logra por el suministro de calor, primeramente para alcanzar el punto de fusión que es un valor fijo para cada uno de los metales y sus aleaciones, y con una absorción de calor, sin aumento de temperatura, se obtiene el cambio de estado al disminuir la atracción molecular, mediante dicho calor, llamado calor latente de fusión que es un fenómeno termodinámico llamado entropía.
Resumiendo la preparación del metal consiste en una serie de operaciones que siguen un determinado orden para alcanzar las metas de producción trazadas para esta área y que son:
La obtención del análisis químico indicado para la aleación del metal con que se colarán las piezas. Suministrar dicho material fundido con la temperatura apropiada, a fin de que los moldes sean llenados a cabalidad. El metal líquido debe suministrarse exento de escoria y suciedades, así como debidamente inoculado (si es ferroso) para garantizar su maquinabilidad. En un volumen sostenido para evitar paros innecesarios por falta de metal en la línea de moldeo.
C) Terminado de piezas
Esta área que parece la más olvidada, en un momento dado influye en el costo unitario de fabricación de la pieza fundida, desde un 10 % a un 40 %. De allí que el involucramiento en los procesos sanos precedentes juega un papel muy importante en el eficiente desempeño de ésta área.
Las operaciones principales que en esta área se realizan son las siguientes:
1.- Remoción de sistemas de colada y alimentación
2.- Desarenado por vibración y sacudidas
3.- Destapado de conductos de inspección
4.-Preesmerilado con máquina colgante
5.-Limpieza interior y exterior con proyección de perdigón, chatarra o arena.
6.-Relimpieza en spot- blast
7.- Rebabeado y esmerilado en línea de partición.
8.- Reparación (piezas recuperadas).
9.-Tratamiento térmico de recocido (soldadura de elevada dureza).

Clave de defectos de Fundición para el aseguramiento de calidad

51.-Piezas Duras
52.-Piezas Blandas
53.-Rechupe
54.-Estructura de grano abierto
55.-Piezas incompletas o con falsa unión
56.-Piezas con hierro fuera de especificación
57.-Suciedad
58.-Caídas de arena
59.-Costras por erosión
60.-Penetración y/o arena fundida
61.-Cola de rata o bucles
62.-Costras por expansión
63.-Piezas variadas (variación)
64.-Piezas fuera de dimensión
65.-Fugas
66.-Sopladuras
67.-Corazón roto
68.-Esmerilado Profundo
69.-Quebraduras o grietas
70.-Reparación defectuosa
71.- Otros defectos

Durante los procesos se pueden presentar varios defectos que dependen del diseño, de los materiales y del proceso, en este sentido el International Committeé of Foundry Thecnical Associations, ha desarrollado una categorización para los defectos en las fundiciones. Básicamente comprenden defectos en las superficies, en las cavidades, discontinuidad por fracturas y grietas, fundiciones incompletas, en la solidificación la porosidad afecta la ductibilidad de las fundiciones y su terminación superficial, haciéndola permeable.
Las inclusiones se forman durante la fusión, solidificación y moldeo debido a diversos factores como, la reacción del metal fundido con contaminantes como el oxigeno o con materiales del crisol y también por reacciones químicos entre el metal y el molde.

Grafica 2 Principales factores que generan las inclusiones no metálicas.

¿Como puede obtenerse una alta calidad en las piezas de fundición de manera sostenida y eficiente?

Tres son los elementos de la calidad de las piezas de fundición.
(1).-Precisión Dimensional
(2).- Resistencia física y mecánica, maquinabilidad sobre todo y algunas otras propiedades.
(3).-Piezas con estructura sana, esto es libres de cavidades internas y defectos superficiales.

¿Cómo decidir sobre los requerimientos de calidad de las piezas de Fundición?
1.- Aplicación de los estándares de Ingeniería de Manufactura, suministrados por el área de Ingeniería de Procesos
2.- Contar con los dibujos de partes y componentes de las piezas.
3.- Contar con las correspondientes especificaciones de fabricación de las partes especiales.
2.- Aseguramiento de la calidad de las partes y componentes de las piezas fundidas.
2.1.-Aplicación de sistemas de calidad y contar con un control eficiente de todos y cada uno de los pasos del proceso de fabricación.
2.2.- Checar el sistema de calidad sobre lo que indica la Investigación y desarrollo (R & D) de un nuevo producto.
2.3.- Análisis estadístico de los datos conforme al diagrama del esqueleto de pescado. (Ishikawa).
2.3.-Localizar las principales causas de defectos d Fundición, aplicando principios de tecnología avanzada, p.ej. simulación computarizada, escaneo microscópico y dispositivos de medición de presión de gases.
2.5.- Mantener claro el propósito para un futuro cercano, las actividades a realizar para mantener en un alto nivel la calidad de las piezas de fundición.
Recomendaciones que han de ser tomadas en cuenta para mejorar la calidad de los productos.
Todas ellas son recomendaciones para mejorar la calidad de los productos, ya que lo mejor de los defectos de fundición es no generarlos, o sea que debemos apegarnos lo mas cercano posible a los lineamientos de producción, generados por el departamento de Ingeniería de manufactura o departamento técnico, quienes en sus manuales de operación nos indican claramente los parámetros de ésta para cada paso del proceso.

Bibliografía
Elizondo José Alfonso,Wolverine Foundry Supply Co. Fundiexpo 2000.
Lagunes Francisco, Defectos en la Fundición, Simposio Nacional sobre tecnología y medio ambiente en la industria fundidora, 2011

Se puede leer la revista de Junio 2012 donde fue publicado este artículo.