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La fundición en molde permanente es un proceso de fundición de metales que emplea moldes reutilizables ("moldes permanentes"), generalmente de metal . El proceso más común utiliza la gravedad para llenar el molde; sin embargo, también se emplean presión de gas o vacío . Una variante del proceso típico de fundición por gravedad, denominada fundición en suspensión , produce piezas huecas. Los metales comunes para la fundición son las aleaciones de aluminio , magnesio y cobre . Otros materiales incluyen aleaciones de estaño , zinc y plomo , y también se funden hierro y acero en moldes de grafito . [ 1 ] [ 2 ]
Los productos típicos son componentes como engranajes , estrías , ruedas , carcasas de engranajes , accesorios de tubería , carcasas de inyección de combustible y pistones de motores de automóviles . [ 1 ]
Proceso
Existen cuatro tipos principales de fundición en molde permanente: por gravedad, por fusión parcial, a baja presión y al vacío.
Proceso de gravedad
El proceso de gravedad comienza precalentando el molde a 150–200 °C (302–392 °F) para facilitar el flujo y reducir el daño térmico a la pieza fundida. A continuación, la cavidad del molde se recubre con un material refractario o un lavado para moldes , lo que evita que la pieza se adhiera al molde y prolonga su vida útil. Posteriormente, se instalan los núcleos de arena o metal y se cierra el molde. Luego se vierte el metal fundido en el molde. Poco después de la solidificación, se abre el molde y se retira la pieza fundida para reducir la posibilidad de grietas en caliente . El proceso se repite, pero no se requiere precalentamiento, ya que el calor de la fundición anterior es suficiente y el recubrimiento refractario debería durar varias fundiciones. Dado que este proceso se suele realizar en piezas de producción en serie, se utiliza equipo automatizado para recubrir el molde, verter el metal y retirar la pieza fundida. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
El metal se vierte a la temperatura práctica más baja para minimizar grietas y porosidad. [ 4 ] La temperatura de vertido puede variar mucho dependiendo del material de fundición; por ejemplo, las aleaciones de zinc se vierten a aproximadamente 370 °C (698 °F) , mientras que el hierro gris se vierte a aproximadamente 1370 °C (2500 °F) . [ 1 ]
Moho
Los moldes para el proceso de fundición constan de dos mitades. Generalmente se fabrican con hierro fundido gris debido a su excelente resistencia a la fatiga térmica , aunque también se utilizan otros materiales como acero, bronce y grafito. Estos metales se eligen por su resistencia a la erosión y a la fatiga térmica. Suelen ser sencillos, ya que el molde no presenta mecanismos de colapso para compensar la contracción. En cambio, se abre tan pronto como la pieza fundida se solidifica, lo que evita grietas en caliente. Se pueden utilizar machos, que suelen estar hechos de arena o metal. [ 4 ] [ 5 ]
Como se indicó anteriormente, el molde se calienta antes del primer ciclo de colada y luego se utiliza de forma continua para mantener una temperatura lo más uniforme posible durante los ciclos. Esto disminuye la fatiga térmica, facilita el flujo del metal y ayuda a controlar la velocidad de enfriamiento del metal fundido. [ 5 ]
La ventilación suele producirse a través de la pequeña fisura entre las dos mitades del molde, pero si esto no es suficiente, se utilizan orificios de ventilación muy pequeños. Estos son lo suficientemente pequeños como para permitir la salida del aire, pero no del metal fundido. También debe incluirse una mazarota para compensar la contracción. Esto suele limitar el rendimiento a menos del 60 %. [ 5 ]
Los eyectores mecánicos en forma de pasadores se utilizan cuando los recubrimientos no son suficientes para extraer las piezas fundidas de los moldes. Estos pasadores se colocan a lo largo del molde y generalmente dejan pequeñas marcas redondas en la pieza fundida.
Fango
La fundición por vertido es una variante de la fundición en molde permanente que se utiliza para crear piezas huecas . En este proceso , el material se vierte en el molde y se deja enfriar hasta que se forma una capa. El líquido restante se vierte para dejar una estructura hueca. La pieza resultante presenta un buen detalle superficial, pero el grosor de la pared puede variar. Este proceso se suele utilizar para fundir productos ornamentales , como candelabros , bases de lámparas y estatuas , a partir de materiales de bajo punto de fusión. [ 2 ] Una técnica similar se utiliza para elaborar figuras de chocolate huecas para Pascua y Navidad . [ 6 ]
Este método fue desarrollado por William Britain en 1893 para la producción de soldaditos de plomo . Utiliza menos material que la fundición maciza y da como resultado un producto más ligero y económico. Las figuras huecas fundidas suelen tener un pequeño orificio por donde se vierte el exceso de líquido.
De manera similar, en la fabricación de tableros de automóviles, para interiores de paneles blandos con cuero sintético, se utiliza un proceso llamado moldeo por fusión , donde un compuesto plástico en polvo de flujo libre (que se comporta como un líquido), ya sea PVC o TPU, se vierte en un molde hueco caliente y se forma una capa viscosa. Luego se drena el exceso de material fundido, se enfría el molde y se extrae el producto moldeado. [ 7 ]
Baja presión
La fundición en molde permanente de baja presión ( LPPM ) utiliza un gas a baja presión, generalmente entre 3 y 15 psi (20 a 100 kPa), para empujar el metal fundido hacia la cavidad del molde. La presión se aplica a la parte superior del baño de líquido, lo que fuerza el metal fundido a subir por un tubo de vertido refractario y finalmente al fondo del molde. El tubo de vertido se extiende hasta el fondo de la cuchara, de modo que el material que se empuja hacia el molde es excepcionalmente limpio. No se requieren mazarotas porque la presión aplicada fuerza el metal fundido para compensar la contracción. Los rendimientos suelen ser superiores al 85 % porque no hay mazarotas y cualquier metal en el tubo de vertido simplemente cae de nuevo a la cuchara para su reutilización. [ 2 ] [ 8 ]
La gran mayoría de las piezas fundidas mediante moldeo por inyección de baja presión (LPPM) son de aluminio y magnesio, aunque también existen algunas aleaciones de cobre. Entre sus ventajas se incluye una mínima turbulencia durante el llenado del molde debido a la presión constante, lo que minimiza la porosidad gaseosa y la formación de escoria . Las propiedades mecánicas son aproximadamente un 5 % mejores que las de las piezas fundidas por gravedad en molde permanente. La desventaja radica en que los tiempos de ciclo son más largos que en las piezas fundidas por gravedad en molde permanente. [ 8 ]
Vacío
La fundición en molde permanente al vacío conserva todas las ventajas de la fundición LPPM, además de minimizar los gases disueltos en el metal fundido y mejorar aún más su pureza. El proceso permite trabajar con perfiles de paredes delgadas y ofrece un excelente acabado superficial . Las propiedades mecánicas suelen ser entre un 10 y un 15 % superiores a las de la fundición en molde permanente por gravedad. El peso de las piezas está limitado a entre 0,2 y 5 kg (0,44 y 11,02 lb) . [ 8 ]
Ventajas y desventajas
Las principales ventajas son el molde reutilizable, buen acabado superficial, buena precisión dimensional y altas tasas de producción. Las tolerancias típicas son 0,4 mm para los primeros 25 mm (0,98 pulg. para la primera pulgada) y 0,02 mm por cada centímetro adicional (0,002 pulg. por pulg.); si la dimensión cruza la línea de separación, agregue 0,25 mm adicionales (0,0098 pulg.) . Los acabados superficiales típicos son de 2,5 a 7,5 μm (100–250 μin) RMS . Se requiere un ángulo de desmoldeo de 2 a 3°. Los espesores de pared están limitados a 3 a 50 mm (0,12 a 1,97 pulg.) . Los tamaños de piezas típicos varían de 100 g a 75 kg (varias onzas a 150 lb). Otras ventajas incluyen la facilidad de inducir la solidificación direccional cambiando el espesor de la pared del molde o calentando o enfriando partes del molde. La rápida velocidad de enfriamiento que se logra al usar un molde metálico da como resultado una estructura de grano más fino que la obtenida con la fundición en arena. Se pueden usar núcleos metálicos retráctiles para crear socavados manteniendo un molde de acción rápida. [ 2 ] [ 3 ]
Existen tres desventajas principales: alto costo de utillaje, limitación a metales de bajo punto de fusión y corta vida útil del molde. El alto costo del utillaje hace que este proceso no sea rentable para series de producción pequeñas. Cuando el proceso se utiliza para fundir acero o hierro, la vida útil del molde es extremadamente corta. Para metales de menor punto de fusión, la vida útil del molde es mayor, pero la fatiga térmica y la erosión suelen limitarla a entre 10 000 y 120 000 ciclos. La vida útil del molde depende de cuatro factores: el material del molde, la temperatura de vertido, la temperatura del molde y la configuración del molde. Los moldes hechos de hierro fundido gris pueden ser más económicos de producir, pero tienen una vida útil corta. Por otro lado, los moldes hechos de acero para herramientas H13 pueden tener una vida útil varias veces mayor. La temperatura de vertido depende del metal de fundición, pero cuanto mayor sea la temperatura de vertido, menor será la vida útil del molde. Una temperatura de vertido alta también puede provocar problemas de contracción y aumentar los tiempos de ciclo. Si la temperatura del molde es demasiado baja, se producen fallos de fundición, pero si es demasiado alta, el tiempo de ciclo se prolonga y aumenta la erosión del molde. Las grandes diferencias en el espesor de la sección en el molde o la fundición también pueden disminuir la vida útil del molde. [ 5 ]
Referencias
- ^ Todd, Allen y Alting 1994 , págs . 258–262 .
- 1 2 3 4 Degarmo, Black y Kohser 2003 , pág. 327 .
- 1 2 Degarmo, Black y Kohser 2003 , pág. 325 .
- 1 2 3 Kalpakjian y Schmid 2006 , págs. 303–304 .
- 1 2 3 4 5 Degarmo, Black y Kohser 2003 , pág. 326 .
- ↑ "Una vida diminuta, la historia ilustrada de una pasión por un coleccionista veterano de coches de juguete" . Archivado del original el 15 de enero de 2010. Consultado el 4 de noviembre de 2009 .
- ↑ "Moldeo por lodo" . Diccionario de términos científicos y técnicos . McGraw-Hill. 2003.
- 1 2 3 Degarmo, Black y Kohser 2003 , pág. 328 .
Bibliografía
- Degarmo, E. Paul; Black, JT; Kohser, Ronald A. (2003), Materiales y procesos en la fabricación (9.ª ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
- Kalpakjian, Serope; Schmid, Steven (2006), Ingeniería y tecnología de fabricación (5.ª ed.), Pearson, ISBN 0-13-148965-8.
- Todd, Robert H.; Allen, Dell K.; Alting, Leo (1994), Guía de referencia de procesos de fabricación , Industrial Press Inc., ISBN 0-8311-3049-0.
Enlaces externos
- Efunda: Fundamentos de ingeniería
- Artículo sobre el proceso de moldeo permanente
- Fundición