Diseño de fundición de metal:la vida de una fundición

Ingeniería de piezas fundidas de metal para calidad y valor

Un buen diseño de fundición de metales significa crear el molde más simple que producirá la forma deseada. Este proceso requiere un conocimiento experto de los metales y los métodos de fundición para encontrar el mejor valor en una fundición de calidad.

Los usuarios finales a menudo necesitan saber cómo se comportará un objeto de metal fundido cuando sea golpeado, en diferentes condiciones de calor y, lo que es más importante, bajo carga. ¿Se deformará, agrietará o deformará con el tiempo? Estos requisitos mecánicos determinan qué tipo de metal es mejor para un producto. Los diseños de metal también pueden requerir un cierto grado de acabado por razones estéticas o mecánicas. Un ingeniero o diseñador elige metales y métodos de fundición para responder a estas necesidades y crea un diseño utilizando su experiencia de cómo el material y el método se influyen mutuamente en la fundición. Conocer el comportamiento del metal en estado líquido, de refrigeración y sólido es importante al crear un diseño que minimice los problemas en la planta de producción.

Variables en el diseño de fundición de metales

Capacidad del metal

Hay cuatro características principales del metal que afectan el resultado de un diseño de fundición:

• Fluidez es la facilidad con que varios metales fluyen en estado fundido. Cuanto más fluido es un metal cuando está líquido, mejor puede capturar pequeños detalles dentro de un molde.
• Contracción es la tasa de contracción del metal fundido a medida que se enfría desde un estado líquido. La contracción líquida describe la tasa de contracción cuando el metal comienza a enfriarse por primera vez, la contracción de solidificación describe el momento en que el metal comienza a congelarse de líquido a sólido y la contracción sólida cuando el metal se ha fraguado. Estas tasas pueden predecir tensiones y defectos que pueden ocurrir durante el enfriamiento. Si partes del diseño se congelan mucho más rápido que otras, puede desafiar la integridad de la fundición.
• Formación de escoria o escoria describe la presencia de inclusiones no metálicas en una fundición y dónde son aceptables (superficiales) o perjudiciales (subsuperficiales).
• Temperatura de vertido es la temperatura a la que se puede verter una aleación dada; cuanto más caliente está el metal, más desafíos de producción se presentan.

Transferencia de calor

Dos tasas diferentes de transferencia de calor afectan la rapidez con que un metal se solidifica dentro de un molde. Uno es la dispersión de calor del metal a través de sí mismo y el otro es la tasa de transferencia de calor desde donde la fundición toca el molde. Estas tasas ayudan a determinar la diferencia de temperatura general a través de la fundición, así como el enfriamiento diferencial que puede ocurrir cuando las secciones de la fundición cambian de estado primero.

Patrones de solidificación

Por lo general, una fundición se enfría más rápidamente donde toca el molde, cristalizando desde el borde hacia adentro. Conocer las tasas de cristalización, transferencia de calor y contracción de un metal determinado permite a un ingeniero o metalúrgico predecir el patrón de cristalización a través de la fundición. Cuando se busca minimizar los problemas de contracción, los moldes se diseñan teniendo en cuenta estos patrones de solidificación. Las partes del molde se pueden enfriar con escalofríos para crear una contracción más rápida en una sección. Otras partes de la fundición pueden estar conectadas a depósitos, llamados elevadores, que introducen lentamente metal líquido en una fundición que se está enfriando para evitar que se formen cavidades a medida que el metal solidificado se contrae.

Cambios de forma y tamaño de sección

Se pueden formar puntos calientes en las fundiciones de enfriamiento donde hay un mayor espesor en el material. Siempre que sea posible, es útil diseñar fundiciones de espesor uniforme, pero cuando esto no es posible, los diseños pueden minimizar la tensión cambiando gradualmente la pendiente de las paredes y asegurándose de que en todos los lugares se conserve el espesor mínimo del metal.

Uniones entre tramos

Los ángulos agudos en las uniones entre secciones son un área que los ingenieros tienen en cuenta al considerar el espesor de fundición. A menos que un diseñador sea cuidadoso, dos o más secciones de una fundición que se juntan pueden crear un mayor volumen de metal en el punto en que se unen las secciones. Si el diseñador suaviza estas esquinas y las aleja de los ángulos agudos, este volumen se puede hacer más consistente con los volúmenes de metal de ambos lados.

Estabilidad del molde

El molde de fundición debe poder manejar el comportamiento del metal mientras se enfría. La expansión, la contracción y la liberación de gases (gases que se desprenden del molde durante el vertido y que quedan atrapados en la fundición solidificada) son todas posibilidades, según el metal que se utilice. Los materiales utilizados en el molde deben ser capaces de soportar el metal en todos los estados, sin fracturarse ni colapsarse.

Capacidad de acabado superficial

Diferentes métodos de moldeo producen diferentes acabados. Si un producto necesita un acabado fino, los procesos de moldeado suelen ser más costosos. En algunos casos, solo se necesitan acabados de precisión para una parte del producto, y parte de la fundición se puede mecanizar después de ser desmoldeada:en estos casos, el metal debe ser fácilmente mecanizable. Los acabados muy suaves tienden a provenir de procesos de moldeo más intensivos y, por lo tanto, más costosos, pero para objetos grandes esto es menos costoso que mecanizar toda la superficie.

Otras consideraciones de diseño de moldes

Para producir una fundición excelente a un buen precio, el diseñador debe minimizar o eliminar los núcleos costosos, las corrientes de aire profundas y las separaciones irregulares.

Borradores

Los borradores se refieren a la conicidad en las paredes verticales de una fundición. Estos son necesarios para que un patrón, que es la imagen "positiva" del objeto que se está diseñando, pueda eliminarse sin perturbar las paredes del molde.

Núcleos

Los núcleos se utilizan para crear orificios o vacíos intencionales dentro de una fundición. Están diseñados para quemarse durante el moldeado o sacudirse después. Suelen ser costosos de producir y, en algunos diseños, se pueden evitar cambiando la "línea de separación" del molde o la orientación de la fundición.

Líneas de separación

Se crean líneas de separación donde se unen las dos mitades de un molde. Las contrahuellas y las compuertas a menudo se colocan a lo largo de la línea de separación y, debido a esto, es posible que se necesite trabajo de metal adicional después de quitar la pieza fundida para quitar el material adicional. También puede haber fugas de metal en la línea de partición, generalmente delgadas y planas:esto se denomina rebaba y la eliminación de rebabas es un paso común después de la fundición.

Excelencia en diseño de fundición

Al diseñar una fundición de metal, comprender la relación entre los materiales y los métodos es clave para hacer un producto de calidad y valor. Las dependencias entre el metal y el molde son complejas. Conocer las propiedades mecánicas necesarias para el producto final influirá en qué metal se necesita; el comportamiento del metal en estado líquido, de enfriamiento y sólido determinará algunas de las necesidades del molde. Por ejemplo, los metales con menos fluidez pueden funcionar mejor en moldes con menos detalles:los metales que son muy quebradizos al enfriarse pueden ser menos adecuados para diseños con bordes afilados que son propensos a astillarse. La temperatura de fusión requerida también determinará los desafíos del proceso en el piso de fundición; por ejemplo, el alto punto de fusión del acero requiere un mayor nivel de monitoreo y precisión durante todo el proceso de fundición. La experiencia y la comunicación entre diseñadores, ingenieros y trabajadores del metal pueden ayudar a crear un producto superior al precio más bajo.

Publicación anterior:IntroducciónProceso de fundición de metalesPublicación siguiente:Creación de prototipos