Aunque los cigüeñales fundidos están en desuso en la mayoría de los motores de automóviles modernos, todavía se encuentran en vehículos antiguos, de producción y en maquinaria más pequeña. Actualmente, los fabricantes optan por forjar el cigüeñal en motores de alto rendimiento, pero los cigüeñales fundidos que aún se utilizan se fabrican mediante un proceso que requiere un gran esfuerzo. Para que se haga una idea, le explicaremos todo sobre el proceso de fundición del cigüeñal, así como los materiales utilizados.
¿Qué es un cigüeñal fundido?
Lo que sucede con los cigüeñales fundidos es lo siguiente: existen tres formas de fabricar un cigüeñal: fundición, forja y mecanizado CNC . De estas, la fundición es la más económica, por lo que los principales fabricantes de cigüeñales suelen optar por ella cuando buscan ahorrar dinero.
Pero el problema de los cigüeñales fundidos es que son frágiles , porque su resistencia a la tracción y su ductilidad son mucho menores en comparación con los que se mecanizan a partir de un bloque sólido.
Los cigüeñales fundidos tienen una resistencia a la tracción típica de entre 60,000 y 100,000 psi y un índice de elongación de entre el 2 % y el 3 %, que es la medida de la ductilidad o cuánto se puede deformar una pieza antes de que se rompa.
Los cigüeñales forjados tienen una resistencia a la elongación de entre el 20 % y el 22 % antes de fallar, y son más duraderos que los cigüeñales fundidos. Cuando este porcentaje es bajo, se sabe que la pieza no soportará un uso intensivo.
Los cigüeñales fundidos se fabrican vertiendo metal fundido en un molde y dejándolo solidificar. Esto suele dar como resultado una estructura granular bastante irregular . La estructura granular se refiere a la forma en que se disponen las diminutas partículas de metal dentro del cigüeñal y desempeña un papel fundamental en la resistencia de la pieza.
Antes, se veían cigüeñales fundidos en coches, motos y prácticamente cualquier vehículo con motor. Pero ahora, las cosas han cambiado.
Aunque estos cigüeñales todavía se utilizan en vehículos de producción o en cualquier situación en la que sea necesario reducir el coste, hoy en día los fabricantes se decantan mayoritariamente por la forja porque produce cigüeñales mucho más resistentes y fiables.
¿Cuáles son los materiales utilizados en la fundición del cigüeñal?
Al fundir cigüeñales, el material utilizado influye enormemente en el rendimiento del motor . Existen tres materiales principales: hierro gris, hierro dúctil y acero.
Ahora bien, hablando específicamente del hierro gris , se trata de una aleación. Esto significa que es una mezcla de hierro, carbono, silicio y manganeso. El carbono en el hierro gris suele constituir entre el 2.5 % y el 4 % de la mezcla, mientras que el silicio suele estar entre el 1 % y el 3 %.
Lo que hace que el hierro gris sea una opción tan buena es principalmente que es barato, fácil de mecanizar con tolerancias estrictas, lo que significa que se puede cortar y darle forma al tamaño exacto, y resiste muy bien el desgaste.
Luego está el hierro dúctil , también llamado hierro nodular . En lugar de las típicas escamas de grafito, tiene una estructura de grafito nodular. Esta estructura se forma añadiendo magnesio o cerio al hierro fundido.
Debido a esa estructura nodular, el hierro dúctil acaba teniendo una resistencia a la tracción mayor que el hierro gris, por lo que es una mejor opción para motores de alto rendimiento.
Por último, está el acero , una aleación de carbono y hierro, que se utiliza en motores de alta gama porque tiene la mayor resistencia y rigidez de los tres.
El acero contiene hasta un 2% de carbono. Sin embargo, es más caro y difícil de mecanizar que la fundición gris y la fundición dúctil.
¿Cuál es el proceso de fundición de un cigüeñal?
Hablemos del proceso de fundición de cigüeñales. Con este método, el cigüeñal resulta más preciso y afilado.
Paso 1. Preparación del molde
El proceso comienza con la creación de un molde , que a menudo se realiza mediante técnicas de fundición en arena. Esto significa que se crea una cavidad en un molde de arena, cuya forma coincide exactamente con la del cigüeñal. Para lograrlo, se utiliza un modelo que se presiona sobre la arena para que la cavidad del molde se forme a su alrededor.
Al mismo tiempo, durante esta etapa se diseña un sistema de alimentación . Este incluye componentes como compuertas, bebederos y respiraderos. Dicho sistema garantiza que el metal fluya correctamente hacia el molde durante las siguientes etapas.
El molde suele estar hecho de dos partes, llamadas tapa y cola . Esta configuración de dos partes es importante porque permite retirar el cigüeñal terminado una vez finalizado el proceso de fundición.
Paso 2. Derretir y verter
Una vez que el molde está listo, se coloca una pieza redonda y resistente de metal justo encima del sistema de alimentación.
A continuación, la aleación metálica seleccionada , que puede ser hierro fundido, acero, etc., se funde en un horno. El metal se calienta hasta alcanzar la temperatura y consistencia adecuadas para la fundición del cigüeñal.
Después, el metal fundido se vierte cuidadosamente en la cavidad del molde utilizando el sistema de alimentación.
Mientras esto ocurre, el metal líquido debe fluir con fluidez para evitar turbulencias y no mezclarse con el gas. De lo contrario, podría oxidarse o desarrollar poros.
También es necesario controlar la velocidad tangencial , ya que si aumenta demasiado, podría salpicar y chocar contra la pared interior de la cavidad y el núcleo de arena.
Paso 3. Enfriamiento y desmoldeo
Tras el vertido, el molde se retira con cuidado del soporte de fijación. Se saca al exterior para que se enfríe a temperatura ambiente, y este enfriamiento continúa hasta que el metal fundido se solidifica y adquiere la forma completa del cigüeñal.
Una vez que la pieza se ha enfriado, se retira el molde de arena con un martillo o alguna otra herramienta para dejar al descubierto el cigüeñal.
Paso 4. Acabado del cigüeñal fundido
Cuando la pieza fundida del cigüeñal está lista, pasa por una serie de procesos de mecanizado para poder alcanzar la forma final y la precisión requeridas.
Estos procesos incluyen rectificado , perforación y equilibrado.
Una vez finalizado todo el mecanizado, el cigüeñal se pule y se limpia para que esté completamente listo para ser instalado en un motor.
Conclusión
La fundición de cigüeñales requiere un arduo trabajo manual hasta el final para producir una pieza vital del motor que sea asequible, fiable y que requiera menos mecanizado. Por otro lado, la forja es la norma cuando se necesita la resistencia y durabilidad adicionales del acero forjado para soportar las exigencias de un motor de alto rendimiento.
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