Fundición de molde permanente - Permanent mold casting
La fundición de moldes permanentes es un proceso de fundición de metales que emplea moldes reutilizables ("moldes permanentes"), generalmente hechos de metal . El proceso más común usa la gravedad para llenar el molde, sin embargo también se usa presión de gas o vacío . Una variación del proceso típico de fundición por gravedad, llamada fundición de aguanieve , produce fundiciones huecas. Los metales de fundición comunes son las aleaciones de aluminio , magnesio y cobre . Otros materiales incluyen aleaciones de estaño , zinc y plomo, y el hierro y el acero también se moldean en moldes de grafito .
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 .
Proceso
Hay cuatro tipos principales de fundición de molde permanente: gravedad, aguanieve, baja presión y vacío.
Proceso de gravedad.
El proceso de gravedad comienza precalentando el molde a 150–200 ° C (300–400 ° F). para facilitar el flujo y reducir el daño térmico a la pieza fundida. Luego, la cavidad del molde se recubre con un material refractario o un lavado de molde , lo que evita que la pieza se pegue al molde y prolonga la vida útil del molde. A continuación, se instalan todos los núcleos de arena o metal y se cierra el molde con abrazaderas. 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 las posibilidades de desgarros calientes . A continuación, se inicia el proceso de nuevo, pero no se requiere precalentamiento porque el calor de la colada anterior es adecuado y el revestimiento refractario debe durar varias coladas. Debido a que este proceso generalmente se lleva a cabo en grandes series de producción de piezas de trabajo, se utiliza equipo automatizado para revestir el molde, verter el metal y retirar la fundición.
El metal se vierte a la temperatura práctica más baja para minimizar las grietas y la porosidad. La temperatura de vertido puede variar mucho según el 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).
Molde
Los moldes para el proceso de fundición constan de dos mitades. Los moldes de fundición generalmente se forman a partir de hierro fundido gris porque tiene la mejor resistencia a la fatiga térmica , pero otros materiales incluyen acero, bronce y grafito. Estos metales se eligen por su resistencia a la erosión y la fatiga térmica. Por lo general, no son muy complejos porque el molde no ofrece capacidad de colapso para compensar la contracción. En cambio, el molde se abre tan pronto como se solidifica la fundición, lo que evita las roturas calientes. Se pueden usar núcleos y generalmente están hechos de arena o metal.
Como se indicó anteriormente, el molde se calienta antes del primer ciclo de colada y luego se usa continuamente 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 de fundición.
La ventilación generalmente se produce a través de la pequeña grieta entre las dos mitades del molde, pero si esto no es suficiente, se utilizan orificios de ventilación muy pequeños. Son lo suficientemente pequeños como para dejar escapar el aire pero no el metal fundido. También se debe incluir una contrahuella para compensar la contracción. Esto suele limitar el rendimiento a menos del 60%.
Los eyectores mecánicos en forma de pasadores se utilizan cuando los revestimientos no son suficientes para eliminar las escayolas de los moldes. Estos pines se colocan por todo el molde y suelen dejar pequeñas impresiones redondas en la fundición.
Fango
La fundición de aguanieve es una variante de la fundición de moldeo permanente para crear una fundición hueca o una fundición hueca . En el proceso, el material se vierte en el molde y se deja enfriar hasta que se forma una capa de material en el molde. El líquido restante se vierte luego para dejar una cáscara hueca. La pieza fundida resultante tiene un buen detalle de la superficie, pero el grosor de la pared puede variar. El proceso se usa generalmente para moldear productos ornamentales , como candelabros , bases de lámparas y estatuas , a partir de materiales de bajo punto de fusión. Una técnica similar se utiliza para hacer figuras huecas de chocolate para Pascua y Navidad .
El método fue desarrollado por William Britain en 1893 para la producción de soldaditos de plomo . Utiliza menos material que la fundición sólida y da como resultado un producto más liviano y menos costoso. Las figuras de fundición huecas generalmente tienen un pequeño orificio por donde se vertió el exceso de líquido.
De manera similar, en la fabricación de tableros automotrices se utiliza un proceso llamado moldeo por aguanieve , para interiores de paneles blandos con cuero artificial, donde se vierte un compuesto de plástico en polvo que fluye libremente (que se comporta como un líquido), ya sea PVC o TPU, en un Se forma un moho hueco y una piel viscosa. A continuación, se escurre el exceso de aguanieve, se enfría el molde y se extrae el producto moldeado.
Baja presión
La fundición de 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 charco de líquido, lo que fuerza al 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 para que el material que se empuja al molde esté excepcionalmente limpio. No se requieren elevadores porque la presión aplicada fuerza el metal fundido hacia adentro para compensar la contracción. Los rendimientos suelen ser superiores al 85% porque no hay elevador y cualquier metal en el tubo de vertido simplemente vuelve a caer en el cucharón para su reutilización.
La gran mayoría de las piezas de fundición LPPM son de aluminio y magnesio, pero algunas son aleaciones de cobre. Las ventajas incluyen muy poca turbulencia al llenar el molde debido a la presión constante, que minimiza la porosidad del gas y la formación de escoria . Las propiedades mecánicas son aproximadamente un 5% mejores que las piezas de fundición en molde permanente por gravedad. La desventaja es que los tiempos de los ciclos son más largos que los de los moldes de fundición permanentes por gravedad.
Aspiradora
La fundición en molde permanente al vacío conserva todas las ventajas de la fundición LPPM, además de que los gases disueltos en el metal fundido se minimizan y la limpieza del metal fundido es aún mejor. El proceso puede manejar perfiles de paredes delgadas y proporciona un excelente acabado superficial . Las propiedades mecánicas suelen ser de un 10 a un 15% mejores que las de los moldes de fundición permanentes por gravedad. El proceso tiene un peso limitado de 0,2 a 5 kg (0,44 a 11,02 libras).
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 (0.015 in para la primera pulgada) y 0.02 mm para cada centímetro adicional (0.002 in por in); si la cota cruza la línea de partición, agregue 0,25 mm (0,0098 pulg.) adicionales. Los acabados superficiales típicos son de 2,5 a 7,5 μm (100–250 μin) RMS . Se requiere un calado de 2 a 3 °. Los espesores de pared están limitados a 3 a 50 mm (0,12 a 1,97 in). Los tamaños típicos de las piezas varían de 100 ga 75 kg (varias onzas a 150 lb). Otras ventajas incluyen la facilidad de inducir la solidificación direccional cambiando el grosor de la pared del molde o calentando o enfriando partes del molde. Las velocidades de enfriamiento rápidas creadas mediante el uso de un molde de metal dan como resultado una estructura de grano más fina que la fundición en arena. Se pueden usar núcleos de metal retráctiles para crear socavados mientras se mantiene un molde de acción rápida.
Hay tres desventajas principales: alto costo de herramientas, limitado a metales de bajo punto de fusión y corta vida útil del molde. Los altos costos de las herramientas hacen que este proceso sea antieconómico para pequeñas tiradas de producción. Cuando el proceso se utiliza para fundir acero o hierro, la vida útil del molde es extremadamente corta. Para metales con un punto de fusión más bajo, la vida útil del molde es más larga, pero la fatiga térmica y la erosión generalmente limitan la vida de 10,000 a 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 más 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 encogimiento y generar tiempos de ciclo más largos. Si la temperatura del molde es demasiado baja, se producen errores de funcionamiento , pero si la temperatura del molde es demasiado alta, el tiempo del ciclo se prolonga y la erosión del molde aumenta. Las grandes diferencias en el grosor de la sección en el molde o la fundición también pueden reducir la vida útil del molde.
Referencias
Bibliografía
- Degarmo, E. Paul; Negro, JT; Kohser, Ronald A. (2003), Materiales y procesos en la fabricación (9a 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.