Lubricantes para fundición de hierro y aluminio:
moldeo, desmoldeo y refrigeración
La fundición opera a temperaturas de 1.200-1.500°C para hierro y 650-750°C para aluminio. Los agentes de desmoldeo no son lubricantes en el sentido convencional: su función es crear una barrera entre el metal fundido y la superficie del molde, facilitando la extracción de la pieza sin adherencia ni rotura.
La fundición industrial comprende varias tecnologías con requisitos de desmoldeo completamente distintos: el moldeo en arena verde (donde la arena húmeda es el molde desechable), la fundición a presión (HPDC para aluminio, con moldes de acero reutilizables a alta velocidad), el molde permanente o coquilla (para hierro y aluminio, con ciclo de desmoldeo largo) y la fundición de precisión a la cera perdida (investment casting).
Junto a los agentes de desmoldeo, los lubricantes para la maquinaria de fundición (prensas de inyección, sistemas hidráulicos, transportadores de mazarotas) deben soportar el entorno extremo de temperatura radiante, vapores metálicos y salpicaduras de aluminio fundido.
Contenido del artículo
- Fundición en arena verde: aglomerantes y lubricantes de núcleo
- Fundición a presión de aluminio (HPDC): desmoldeante en spray
- Formulación del desmoldeante HPDC: agua + cera + grafito
- Molde permanente (coquilla): recubrimientos refractarios
- Lubricación de plunger y sistema de inyección HPDC
- Lubricación de maquinaria de fundición: sistema hidráulico, extractor
- Tabla comparativa por proceso y material
1. Fundición en arena verde: aglomerantes y lubricantes de núcleo
En fundición en arena verde, el molde es una mezcla de arena sílice, bentonita (arcilla aglomerante) y agua. No hay agente de desmoldeo convencional: la bentonita actúa como aglomerante y la superficie del molde se trata con polvos o pinturas refractarias para mejorar el acabado superficial de la pieza fundida.
Pinturas de molde (mold coatings)
Suspensión de material refractario (grafito, zirconia, magnesia) en portador acuoso o alcohólico que se aplica por pincel, inmersión o spray sobre la superficie del molde de arena antes del vertido.
- → Grafito (C) en base acuosa: piezas de hierro, excelente separación
- → Zirconia (ZrO₂) en base alcohólica: acabado fino, no mancha
- → Talco/mica: fundiciones no ferrosas (Pb, Sn, Zn)
- → Magnesia (MgO): aleaciones de magnesio (ignifuga)
Lubricantes de machos / núcleos
Los machos de arena (para crear cavidades internas) se lubrifican para facilitar su extracción después de la solidificación. Se aplica una mezcla de arena + aglutinante + lubricante especial.
- → Aceite de linaza o aceite de soja oxidado: aglomerante del núcleo
- → Cera vegetal como agente separador de molde y núcleo
- → Resinas alquídicas: aglomerantes de alta resistencia
- → Desmoldeante en spray post-cocción: aceite mineral ligero VG 22
2. Fundición a presión de aluminio (HPDC): desmoldeante en spray
La fundición a presión de aluminio de alta presión (HPDC: High Pressure Die Casting) inyecta aluminio fundido a 650-700°C a presiones de 500-2.000 bar en un molde de acero para herramienta (H13) a velocidades de inyección de 30-100 m/s. El ciclo de producción dura 30-120 segundos, lo que implica que el desmoldeante se aplica y se evapora en cada ciclo.
El desmoldeante HPDC: función doble en un spray
El desmoldeante en HPDC cumple simultáneamente dos funciones críticas: (1) Refrigeración del molde: el agua de la emulsión extrae el calor del aluminio solidificado, reduciendo la temperatura del molde de 550°C a 180-250°C en 5-15 segundos; (2) Separación: la capa de cera o grafito que queda tras la evaporación del agua actúa como barrera desmoldeante para el siguiente ciclo de inyección. La relación agua/desmoldeante y la temperatura del molde determinan qué función predomina.
Fase 1: Spray de agua+desmoldeante (5-15 s)
La emulsión diluida (0,5-3% en agua) se pulveriza sobre el molde caliente. El agua se evapora con efecto Leidenfrost: las gotas no mojan el molde sino que crean una película de vapor aislante.
Fase 2: Evaporación (3-8 s)
El agua se evapora completamente. El surfactante y los componentes activos (cera, grafito, silicona en aleaciones no pintadas) quedan como película sólida sobre la superficie del molde.
Fase 3: Soplado (2-5 s)
Aire comprimido elimina el exceso de agua condensada en zonas frías. Un molde húmedo causa porosidad por gas (hydrogen porosity) en la pieza de aluminio.
Fase 4: Cierre e inyección
El molde se cierra a alta presión. La película de desmoldeante actúa como separador durante la inyección y solidificación del aluminio.
3. Formulación del desmoldeante HPDC
| Componente | % típico en concentrado | Función |
|---|---|---|
| Agua (en uso diluido 0,5-3%) | 97-99,5% en uso | Refrigeración; portador del concentrado activo |
| Ceras (parafina, carnauba, polietileno) | 15-40% en concentrado | Capa de separación principal; no absorbe aluminio |
| Surfactante no iónico | 5-15% en concentrado | Emulsificación estable de ceras en agua; mojado del molde |
| Grafito coloidal (opcional) | 0-10% en concentrado | Mayor separación en zonas de alta presión; piezas oscuras |
| Silicona (PDMS) (para piezas sin pintura) | 0-5% en concentrado | Acabado superficial brillante; PROHIBIDA si pieza va pintada/anodizada |
| Biocida (isothiazolinona) | 0,1-0,3% en concentrado | Prevención de proliferación bacteriana en baño de dilución |
| Inhibidor de corrosión (azol, amina) | 1-3% en concentrado | Protección de equipos de acero del sistema de spray |
| Cera de politetrafluoroetileno (PTFE) | 0-5% en concentrado | Separación adicional en moldes de geometría compleja |
SILICONA EN DESMOLDEANTE HPDC: solo si la pieza no va pintada ni anodizada
La silicona (PDMS) en el desmoldeante HPDC produce un acabado superficial brillante que facilita la separación, pero deja una película de silicona sobre la pieza de aluminio fundido. Esta película impide la adhesión de pintura (defecto de cratering) y bloquea la anodización (poros cerrados). Para piezas destinadas a pintura, recubrimiento en polvo o anodizado — la mayoría de piezas de automoción y construcción — el desmoldeante debe ser libre de silicona (silicone-free). Solo es aceptable en piezas estructurales sin acabado superficial posterior.
4. Molde permanente (coquilla): recubrimientos refractarios
La fundición en coquilla (permanent mold casting) usa moldes de hierro fundido o acero para producir piezas de aluminio o hierro en ciclos repetidos. A diferencia del HPDC, la presión es gravitacional o baja (0,3-0,8 bar en baja presión). Los recubrimientos del molde se aplican antes de cada colada o cada pocas coladas, en lugar de cada ciclo.
Recubrimientos para coquilla de aluminio
- → Pintura de óxido de titanio (TiO₂) en base acuosa
- → Pintura de wollastonita + arcilla refractaria
- → Aplicación: spray con pistola sobre molde precalentado (150-200°C)
- → Espesor: 0,1-0,5 mm según zona (mayor en zonas de alta temperatura)
- → Frecuencia: renovar cada 50-200 coladas según desgaste
- → Temperatura de trabajo del molde: 200-350°C
Recubrimientos para coquilla de hierro
- → Pintura de grafito en base acuosa o alcohólica
- → Aplicación a molde a 400-500°C: el alcohol se evapora instantáneamente
- → Deja capa de grafito adherida por carbonización del portador
- → Espesor: 0,3-1,0 mm (mayor que en aluminio por temperatura)
- → Frecuencia: cada 5-20 coladas (el grafito se consume por oxidación)
- → Temperatura de trabajo del molde: 300-500°C
5. Lubricación de plunger y sistema de inyección HPDC
El plunger (émbolo de inyección) desliza dentro del cilindro de inyección y empuja el aluminio fundido hacia el molde. Opera en contacto con aluminio a 650-700°C, a velocidades de hasta 10 m/s y presiones de 500-2.000 bar. Su lubricación es crítica: sin lubricante, el aluminio se suelda al cilindro de inyección (scoring) en segundos.
| Tipo de lubricante de plunger | Composición | Ventajas | Limitaciones |
|---|---|---|---|
| Pasta de grafito | Grafito 30-70% + aceite mineral o parafínico | Excelente protección contra soldadura; alta temperatura | Humos de aceite; residuos en aluminio si exceso |
| Lubricante sólido de grafito | Bloque de grafito prensado aplicado manualmente | Sin humos; mínimo residuo en pieza fundida | Aplicación manual; difícil automatizar |
| Aceite de plunger sintético | PAO VG 150-460 sin aditivos reactivos | Limpio; menor residuo; automatizable por bomba | Menor protección extrema que grafito a 700°C |
| Híbrido grafito + PAO | PAO + grafito coloidal 10-20% | Combinación de limpieza PAO con protección grafito | Coste alto; gestión de sedimentación en sistema |
6. Lubricación de maquinaria de fundición
| Equipo / Punto | T ambiente | Lubricante | Frecuencia |
|---|---|---|---|
| Sistema hidráulico de máquina HPDC | 60-80°C aceite | HLP VG 46-68 de alta limpieza (ISO 4406 17/15/12) | Anual o 4.000 h + análisis semestral |
| Guías de cierre del molde (tie bars) | 40-80°C por radiación | Grasa Li-complejo NLGI 1-2 aplicada periódicamente | Cada 500-1.000 ciclos |
| Rodamientos de extractor (knockout) | 100-200°C zona de molde | Grasa Ca-sulfonato o poliurea NLGI 2 alta temperatura | Mensual o 50.000 ciclos |
| Transportador de piezas calientes | 100-300°C en entrada | Cadena de grafito en portador acuoso o PAO VG 220 | Dosificación continua |
| Robot de extracción de piezas | Ambiente + radiación | Grasas y aceites estándar de robótica (PAO NLGI 2) | Semestral según fabricante |
| Horno de mantenimiento de aluminio | 700°C interior / 200°C exterior | Sin lubricante en zona caliente; grafito en mecanismos externos | Mensual exterior |
| Cuchara de vertido motorizada | 400-600°C en zona de contacto | Pasta de grafito puro en articulaciones; sin aceite en zona caliente | Por inspección |
7. Tabla comparativa por proceso y material
| Proceso | Material | Agente de desmoldeo | Frecuencia aplicación |
|---|---|---|---|
| Moldeo arena verde | Hierro gris, acero | Pintura grafito en base acuosa sobre cavidad | Antes de cada colada |
| Moldeo arena furánica | Hierro gris, hierro nodular | Pintura de zirconia en alcohol | Antes de cada colada |
| HPDC (alta presión) | Aluminio, magnesio, zinc | Emulsión acuosa 0,5-3% (water-based release agent) | Cada ciclo (30-120 s) |
| Coquilla gravitacional (Al) | Aluminio | Pintura TiO₂ + wollastonita en agua | Cada 50-200 coladas |
| Coquilla gravitacional (Fe) | Hierro gris | Pintura grafito en alcohol | Cada 5-20 coladas |
| Baja presión (LPDC) | Aluminio (ruedas) | Pintura refractaria + talco en zonas de flujo | Cada 100-500 coladas |
| Investment casting | Acero inox, superaleaciones | Cáscara cerámica (no hay desmoldeante), fusión del molde de cera | N/A |
| Plunger HPDC | Aluminio | Pasta grafito/PAO + grafito en cilindro de inyección | Cada ciclo o cada 5-10 inyecciones |
Conclusión
La lubricación en fundición combina dos mundos: los agentes de desmoldeo (que no son lubricantes en el sentido convencional sino barreras físico-químicas entre metal fundido y molde) y los lubricantes de la maquinaria (que deben sobrevivir en el entorno de alta temperatura radiante y vapores metálicos de una fundería). La prohibición de silicona en desmoldeantes para piezas pintadas o anodizadas es tan crítica como la selección del grafito correcto para la lubricación de plunger a 700°C.
El mantenimiento del sistema hidráulico de la máquina HPDC — con aceite de alta limpieza y análisis semestral — cierra el círculo de la lubricación total en fundición a presión.
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