Hispanopedia WikiLa fundición de metal semisólido ( SSM ) es una variante de la fundición a presión que permite obtener piezas con forma casi final . [ 1 ] El proceso se utiliza actualmente con metales no ferrosos, como el aluminio , el cobre [ 2 ] y el magnesio . Puede funcionar con aleaciones de alta temperatura que carecen de materiales de matriz adecuados. El proceso combina las ventajas de la fundición y la forja . El proceso recibe su nombre de la propiedad del fluido llamada tixotropía , que es el fenómeno que permite que este proceso funcione. Los fluidos tixotrópicos fluyen cuando se someten a cizallamiento, pero se espesan cuando están en reposo. [ 3 ] El potencial de este tipo de proceso se reconoció por primera vez a principios de la década de 1970. [ 3 ] Sus tres variantes son la tixofundición, la reofundición y el tixomoldeo. SIMA se refiere a un proceso especializado para preparar aleaciones de aluminio para la tixofundición mediante trabajo en caliente y en frío.
El proceso SSM se lleva a cabo a una temperatura que sitúa el metal entre su temperatura de liquidus y solidus , idealmente entre un 30 y un 65 % de sólidos. La mezcla debe tener baja viscosidad para ser utilizable, y para alcanzar esta baja viscosidad el material necesita una fase primaria globular rodeada por la fase líquida. [ 2 ] El rango de temperatura depende del material y, para las aleaciones de aluminio, puede llegar hasta los 50 °C, pero para las aleaciones de cobre con un rango de fusión estrecho, puede ser de tan solo unas décimas de grado. [ 4 ]
El SSM se utiliza normalmente para aplicaciones de alta gama. En el caso de las aleaciones de aluminio, las piezas típicas incluyen componentes estructurales para aplicaciones médicas y aeroespaciales, componentes sometidos a presión, componentes de defensa, soportes de motor, arneses de sensores de colectores de aire, bloques de motor y carcasas de filtros de bombas de aceite. [ 5 ]
Historia
El tixomoldeo fue inventado por Dow Chemical en la década de 1980 mediante la conversión de una extrusora de plástico. En 1990, transfirieron su patente de 1987 a Thixomat Inc. Japan Steel Works Ltd. y Husky Injection Molding Systems Ltd. obtuvieron la licencia de la tecnología. [ 6 ]
A partir de 2024, la pieza automotriz más importante fabricada mediante tixomoldeo fue el soporte de la rueda de repuesto del Jeep Wrangler . [ 6 ]
Sin embargo, en 2024 Idra lanzó sus máquinas de tixomoldeo que adoptaron la inyección de pistón tixotrópico (TPI). [ 6 ]
Procesos
Cuatro técnicas implican la fundición semisólida. Para las aleaciones de aluminio, los procesos más comunes son la tixofundición, la reofundición y la SIMA.
En el caso de las aleaciones de magnesio, el proceso más común es el tixomoldeo. [ 7 ]
Tixocasting
La tixofundición utiliza una palanquilla prefabricada con una microestructura no dendrítica que normalmente se produce agitando vigorosamente el metal fundido durante la fundición de la barra. Normalmente se utiliza calentamiento por inducción para recalentar las palanquillas hasta el rango de temperatura semisólida, y se utilizan máquinas de fundición a presión para inyectar el material semisólido en moldes de acero endurecido. La tixofundición se emplea comercialmente. La tixofundición puede producir componentes de alta calidad debido a la consistencia del producto que resulta del uso de palanquillas prefabricadas fabricadas bajo las mismas condiciones ideales de procesamiento continuo que se emplean para fabricar forja o material laminado. [ 8 ] La principal desventaja es su elevado coste debido a las palanquillas especializadas, aunque las instalaciones con capacidad propia de fundición magnetohidrodinámica continua pueden reciclar el 100 % de los residuos internos. Otras desventajas incluyen la compatibilidad con un número limitado de aleaciones y la capacidad propia de fundición magnetohidrodinámica para reutilizar directamente la chatarra. [ 9 ]
Reofundición
La reofundición desarrolla la suspensión semisólida a partir del metal fundido producido en un horno de fundición a presión típico. [ 8 ] Esto permite utilizar materia prima menos costosa, en forma de aleaciones típicas de fundición a presión, y permite el reciclaje directo. [ 9 ] Sin embargo, la reofundición también plantea problemas de control del proceso, de modo que después de un aumento inicial de actividad, se procesa muy poco material mediante reofundición.
Moldeo por tixomoldeo
Para las aleaciones de magnesio, el tixomoldeo utiliza una máquina similar a la del moldeo por inyección. En un proceso de un solo paso, las virutas de aleación de magnesio a temperatura ambiente se introducen en la parte posterior de un cilindro calentado mediante un alimentador volumétrico. El cilindro mantiene una atmósfera de argón para evitar la oxidación. Un transportador de tornillo ubicado dentro del cilindro impulsa las virutas de magnesio hacia adelante a medida que se calientan hasta alcanzar la temperatura semisólida. La rotación del tornillo proporciona la fuerza de cizallamiento necesaria para generar la estructura globular requerida para la fundición semisólida. Una vez que se ha acumulado suficiente lodo, el tornillo avanza para inyectarlo en un molde de acero. [ 10 ] El flujo del material es menos turbulento, lo que crea una porosidad casi nula. La menor velocidad del material dentro del molde extiende la vida útil del molde en más del doble.
Módulo de purín
La inyección de pistón tixotrópico incorpora el husillo formador de lodos como módulo para las máquinas de fundición a presión tradicionales. Conserva el uso del pistón de inyección existente para proporcionar la presión suficiente, mientras que el husillo se encarga de preparar (semifundir) el metal. Además, elimina los hornos de mantenimiento y fusión (que de otro modo fundirían el metal), evitando la separación de la aleación durante el mantenimiento. [ 6 ]
Activación por fusión inducida por deformación (SIMA)
En el método SIMA, el material se calienta primero a la temperatura SMM. Al acercarse a la temperatura de solidificación, los granos se recristalizan para formar una microestructura de grano fino. Una vez superada la temperatura de solidificación, los límites de grano se funden para formar la microestructura SSM. Para que este método funcione, el material debe extruirse o laminarse en frío en estado semiduro. Este método solo admite diámetros de barra inferiores a 37 mm (1,5 pulgadas) . [ 11 ]
Ventajas
Se utilizan altas presiones de consolidación para producir piezas de alta integridad. Las ventajas de la fundición semisólida son: [ 12 ]
- Piezas complejas producidas con forma final
- Libre de poros
- Reducción de la contracción
- Rendimiento mecánico
- Estanqueidad a la presión
- tolerancias estrictas
- Paredes delgadas
- Tratamiento térmico (T4/T5/T6)
- Buen acabado superficial
- Temperatura de fundición más baja [ 3 ]
- Utiliza materiales de acero para herramientas convencionales [ 3 ]
- Facilidad de automatización [ 3 ]
- Tasas de producción iguales o mejores que las tasas de fundición a presión [ 3 ]
- Microestructura uniforme. [ 3 ]
- Es relativamente insensible a la temperatura ambiente, ya que las pequeñas pérdidas de calor provocan solo cambios menores en la fracción sólida.
Desventajas
Las instalaciones de producción requieren un mayor grado de control sobre las condiciones del proceso,
- Requiere presiones de inyección finales más elevadas.
- Requiere velocidades de inyección más bajas.
- Se requieren capacidades de colada continua magnetohidrodinámica in situ para reciclar completamente los materiales devueltos internamente.
- La falta de materiales adecuados para moldes de alta temperatura limita la fundición de metales con alto punto de fusión, como el acero para herramientas y el estelita , a aplicaciones experimentales.
Véase también
Referencias
Notas
- ↑ "¡Bienvenido a MyNADCA!" . diecasting.org . Consultado el 20 de agosto de 2015 .
- 1 2 Young 2006 , pág. 1.
- 1 2 3 4 5 6 7 Lowe, Anthony; Ridgway, Keith; Atkinson, Helen (septiembre de 1999), "Thixoforming" , Materials World , 7 ( 9): 541–543.
- ↑ Vinarcik, Edward J. (2003), Procesos de fundición a presión de alta integridad , vol. 1, Wiley-IEEE, pp. 91–101 , ISBN 978-0-471-20131-1.
- ↑ Kapranos, Plato (2008). Actas de la 10.ª Conferencia Internacional sobre Procesamiento Semisólido de Aleaciones y Compuestos. Aquisgrán, Alemania y Lieja, Bélgica.
{{cite conference}}: Falta o está vacío|title=( ayuda ) - 1 2 3 4 Zirps, Melissa (15 de enero de 2024). "Cómo el tixomoldeo está redefiniendo la producción de vehículos eléctricos" . Revista Light Metal Age . Recuperado el 19 de agosto de 2024 .
- ↑ LeBeau, S.; Decker, R. (1998). Diseño microestructural de aleaciones de magnesio tixomoldeadas . Actas de la 5.ª Conferencia Internacional sobre Procesamiento Semisólido de Aleaciones y Compuestos. Golden, Colorado.
- 1 2 Midson, Stephen P. (septiembre de 2008). "Fundición semisólida de aleaciones de aluminio: una actualización". Die Casting Engineer .
- 1 2 John L., Jorstad (septiembre de 2006), "Tecnología futura del aluminio en la fundición a presión" (PDF) , Die Casting Engineering : 18–25 , archivado (PDF) del original el 14 de junio de 2011.
- ↑ Midson, Stephen P.; Kilbert, Robert K.; Le Beau, Stephen E.; Decker, Raymond (2004). Directrices para la producción de componentes semisólidos de magnesio tixomoldeados utilizados en aplicaciones estructurales . Actas de la 8.ª Conferencia Internacional sobre Procesamiento Semisólido de Aleaciones y Compuestos. Limasol, Chipre.
- ↑ Young 2006 , pág. 2.
- ↑ Midson, Stephen p. (1996). Conferencia NADCA sobre fundición semisólida y por compresión. Rosemont, Illinois.
{{cite conference}}: Falta o está vacío|title=( ayuda )
Bibliografía
- Young, Kenneth P. (2006), Fundición de metales semisólidos: Reducción del costo de las piezas de aleación de cobre (PDF) , Oficina de Asistencia Técnica de Massachusetts, archivado del original (PDF) el 7 de octubre de 2006..
Enlaces externos
- Vídeo de una celda de forja automática para SSM. Archivado el 27/09/2007 en Wayback Machine.
- "Tecnología TPI" . tpi-technology.com . Consultado el 19 de agosto de 2024 .
- Fundición
- Metalurgia