Especificación y pedido de fundiciones de metal personalizadas:una guía

9 consideraciones importantes para garantizar el éxito de sus proyectos personalizados de fundición de metales

La fundición de metales es un proceso que produce formas (fundiciones) llenando vacíos en moldes con metal líquido. Los productos de metal fundido ofrecen una resistencia y durabilidad excepcionales, lo que los hace útiles para aplicaciones de maquinaria pesada en industrias relacionadas con la agricultura, automóviles, ferrocarriles, electrodomésticos, arquitectura de edificios, construcción naval, extracción de petróleo y gas, procesamiento de agua, silvicultura y minería, por nombrar algunos. pocos.

La calificación de una fundición proveedora y el pedido de piezas fundidas de metal pueden ser una prueba que requiere mucho tiempo, pero no tiene por qué serlo. Se pueden evitar errores costosos al comprender el proceso de cotización y casting. Una comunicación clara y completa con la fundición proveedora dará como resultado un producto final bien diseñado y económico.

Solicitud de cotización

El propósito de solicitar una cotización para una fundición es establecer el equilibrio óptimo entre el costo, la calidad y el tiempo de entrega de la fundición comprada. Si bien puede ser tentador seleccionar automáticamente el precio más bajo cotizado, hacerlo puede provocar un retraso en la entrega o una fundición de menor calidad, los cuales pueden ser más costosos a largo plazo.

Un cliente inteligente debe sopesar todas las disposiciones de la cotización recibida, incluidos los requisitos de herramientas, las tolerancias y las tolerancias de acabado, así como cualquier excepción a los dibujos, especificaciones y requisitos de procesamiento. Otros factores, como la reducción del trabajo de la máquina, la mejora de los plazos de entrega y la experiencia y confiabilidad de la fundición del proveedor, son particularmente importantes para determinar el costo real versus el valor de la fundición.

Hay al menos nueve consideraciones importantes que deben tenerse en cuenta al solicitar precios de fundición de metales a una fundición proveedora:

1. Diseño de fundición preliminar
2. Cantidad
3. Especificaciones
4. Sólido
5. Pruebas e inspección
6. Peso
7. Patrones
8. Mecanizado
9. Calendarios de producción y entrega

1. Diseño de fundición preliminar

Una pieza de metal fundido debe diseñarse para aprovechar al máximo el proceso de fundición. Para una producción eficiente y sensible a los costos, el diseño de fundición debe seleccionar los métodos de producción más simples que den como resultado las propiedades físicas deseadas, las demandas de forma neta y la apariencia estética.

Se deben incluir dibujos que detallen las dimensiones exactas de la pieza requerida con cualquier solicitud de cotización.

Hay varios componentes clave del diseño en los que la comprensión de los procesos de fundición y/o las comunicaciones con las fundiciones proveedoras ayudarán a determinar los diseños más rentables desde el punto de vista de una fundición.

Espesor mínimo de sección

Cada fundición tiene un espesor mínimo determinado por su resistencia y rigidez. Los diseños más delgados que las especificaciones pueden hacer que el proyecto no se pueda moldear. Para tener éxito, el diseño de una fundición debe permitir que el metal licuado llene el molde en las secciones más delgadas.

El metal licuado (fundido) se enfría a un ritmo excepcionalmente rápido. Puede que se enfríe demasiado rápido para entrar en secciones delgadas que están lejos de la puerta del molde. Como regla general, los diseños no deben tener áreas que sean más delgadas que 0,25 pulgadas (6 mm) cuando se utilizan procesos convencionales. La fundición de inversión permite un mayor nivel de libertad y el grosor de la pared puede caer hasta 0,030 in (0,76 mm).

Borrador y núcleo

El término "borrador" se refiere a la conicidad en las caras verticales de un patrón. Es necesario un tiro para extraer el patrón del molde sin perturbar las paredes del molde. Ignorar las limitaciones de estos ángulos hará que el molde se rompa cuando se retire de la fundición.

Varios factores afectarán la cantidad de tiro que se requiere para cada fundición:el proceso de fabricación, el tamaño de la fundición y si el moldeado se realiza a mano o con una máquina cambiarán el grado de tiro requerido. Se requiere menos tiro para piezas moldeadas a máquina. Sin embargo, las piezas fundidas producidas con moldes de arena verde requerirán más tiro de lo habitual. La regla general es permitir 3/16 de pulgada de calado por pie (aproximadamente 1,5 grados).

Un núcleo es un espacio hueco creado dentro de una fundición por un trozo de arena de moldeo. Los núcleos son necesarios cuando los espacios o cavidades no se pueden crear solo con el patrón. El uso de núcleos puede eliminar la necesidad de tiro, sin embargo, su uso debe limitarse ya que aumentan el costo de la fundición.

Tres factores afectan el diámetro mínimo de un núcleo que se puede colocar en una fundición:

1. El grosor o la profundidad del área en la que se colocará el núcleo,
2. Cuánto mide el núcleo y
3. El método de fundición que empleará la fundición del proveedor.

Línea de partición

La separación en un plano facilita la producción de patrones así como la producción del molde. Los patrones con líneas de separación rectas (con líneas de separación en un plano) se pueden producir más fácilmente y a un costo menor que aquellos con líneas de separación irregulares. Las formas de fundición que son simétricas sugieren fácilmente la línea de separación. Dicho diseño de fundición simplifica el moldeo y la extracción de núcleos, y debe usarse siempre que sea posible. Siempre se deben hacer como "patrones divididos" (capa y arrastre separados) que requieren un mínimo de trabajo manual en el molde, mejoran el acabado de la fundición y reducen los costos.

Núcleos

Un núcleo es una pieza separada (a menudo hecha de arena para moldear) que se coloca dentro del molde para crear aberturas y cavidades que no se pueden hacer solo con el patrón. Para reducir el costo final de la fundición, el diseño debe hacer todo lo posible para eliminar o reducir la cantidad de núcleos necesarios.

El diámetro mínimo de un núcleo que se puede utilizar con éxito en fundiciones de acero depende de tres factores:

El espesor de la sección de metal que rodea el núcleo,
La longitud del núcleo, y
Las precauciones y procedimientos especiales utilizados por la fundición proveedora.

Las condiciones térmicas adversas a las que se somete el núcleo aumentan en severidad a medida que aumenta el espesor del metal que rodea el núcleo y disminuye el diámetro del núcleo. Estas cantidades crecientes de calor de la sección pesada deben disiparse a través del núcleo. A medida que aumenta la severidad de las condiciones térmicas, la limpieza de las piezas fundidas y la extracción del núcleo se vuelven mucho más difíciles y costosas.

El espesor de la sección de metal que rodea el núcleo y la longitud del núcleo afectan los esfuerzos de flexión inducidos en el núcleo por las fuerzas de flotación y, por lo tanto, la capacidad de la fundición proveedora para obtener las tolerancias requeridas. Si el tamaño del núcleo es lo suficientemente grande, a menudo se pueden usar varillas para fortalecer el núcleo. Naturalmente, a medida que aumenta el espesor del metal y la longitud del núcleo, también aumenta la cantidad de refuerzo necesaria para resistir los esfuerzos de flexión. Por lo tanto, el núcleo de diámetro mínimo también debe aumentar para acomodar el refuerzo adicional.

El costo de retirar los machos de las cavidades de fundición puede volverse prohibitivo cuando las áreas a limpiar son inaccesibles. El diseño de la fundición debe prever aberturas lo suficientemente grandes como para permitir la extracción del núcleo.

Las áreas menos accesibles en la fundición dificultan la extracción de núcleos y afectan la viabilidad económica de los proyectos. Las piezas fundidas siempre deben diseñarse con aberturas lo suficientemente grandes como para permitir la extracción de núcleos.

Las piezas fundidas normalmente se envían con superficies de fundición sin mecanizar, a menos que se especifique lo contrario. Para aprovechar el proceso de fundición, la fundición del proveedor debe saber qué superficies se mecanizarán finalmente (consulte "8. Mecanizado" a continuación para obtener más detalles) y dónde se encuentran los puntos de referencia. Las tolerancias dimensionales aceptables deben indicarse cuando se proporciona un dibujo. Las tolerancias normalmente se acuerdan entre el proveedor de fundición y el cliente.

La estrecha cooperación entre los ingenieros de diseño del cliente y la fundición del proveedor es esencial para optimizar el diseño de fundición. Todos los diseños de fundición deben ser revisados ​​por un profesional de la fundición antes de la producción para determinar la viabilidad del proyecto de fundición.

2. Cantidad

Debe indicarse claramente el número de piezas fundidas que se van a producir o la duración de la tirada. La cantidad del pedido tendrá un impacto significativo en el precio, con tiradas más largas correspondientes a un menor costo por fundición.

La cantidad de piezas requeridas no es una consideración menor; el consumo del proyecto de la pieza no solo determinará los tipos de herramientas necesarias, sino que también definirá la capacidad de fundiciones específicas para satisfacer las necesidades de volumen de producción.

Muchas fundiciones se especializan en la producción de trabajos de "trabajo de corta duración" a corto plazo, mientras que otras se centran en la producción de alto volumen. Definir sus necesidades desde el principio le ayudará a asegurarse de que se está comunicando con las instalaciones de producción correctas.

3. Especificaciones

Las especificaciones estándar de la industria brindan al cliente de fundición las herramientas necesarias para establecer criterios para casi cualquier aplicación de fundición. Estas especificaciones no excluyen requerimientos especiales que puedan requerir los miembros del personal técnico del cliente. Las variaciones de las especificaciones estándar pueden generar malentendidos, costos más altos y la descalificación de las fundiciones proveedoras potenciales. Si se hace una excepción a una disposición en el cuerpo principal de un requisito de especificación (en lugar de hacer una excepción a un requisito complementario de una especificación), no se puede considerar que la fundición resultante cumpla con esas especificaciones.

La aleación de metal exacta que se va a fundir debe especificarse mediante un estándar reconocido internacionalmente, como ASTM. Las piezas fundidas se fabrican a partir de dos categorías de metales:ferrosos (a base de hierro) y no ferrosos (sin base de hierro).

El acero fundido es el metal de fundición ferroso más común; sin embargo, se pueden usar otros metales según las propiedades físicas deseadas, incluidos el acero inoxidable, el hierro maleable y el hierro dúctil. El aluminio y el cobre son los metales no ferrosos más comunes utilizados en la fundición.

Las propiedades mecánicas pueden verificarse mediante el uso de barras de prueba, ya sea fundidas por separado o unidas a las piezas fundidas. Las propiedades mecánicas obtenidas representan la calidad del metal, pero no representan necesariamente las propiedades de las propias piezas fundidas, que se ven afectadas por las condiciones de solidificación y la velocidad de enfriamiento durante el tratamiento térmico, que a su vez se ven afectadas por el grosor, el tamaño y la forma de la pieza fundida. . La capacidad de endurecimiento de algunos grados puede restringir el tamaño máximo al que se pueden obtener las propiedades mecánicas requeridas.

Tratamiento térmico

El tratamiento térmico se utiliza para estandarizar, homogeneizar y mejorar las propiedades de aleaciones específicas. Para muchas aleaciones, el tratamiento térmico es un proceso de rutina empleado para garantizar que se alcancen las propiedades físicas mínimas especificadas en los productos fundidos finales. Los dispositivos de control de temperatura e incluso equipos avanzados de registro de temperatura se encuentran habitualmente en los hornos de tratamiento térmico modernos para garantizar la consistencia y la calidad de los pasos de tratamiento térmico.

En algunos casos, el tratamiento térmico especializado (como el endurecimiento por llama, el endurecimiento superficial, etc.) se puede especificar como un proceso adicional que debe realizar la fundición del proveedor.

4. Solidez

La solidez de los componentes metálicos se refiere al nivel de ausencia de impurezas y/o discontinuidades, como inclusiones de arena, inclusiones de escoria, macroporosidad y contracción. Es imposible producir una pieza fundida sin defectos, solo piezas fundidas con defectos de diversos grados. La aceptación o el rechazo de las piezas fundidas se determina mediante el examen de las piezas (de acuerdo con estándares reconocidos internacionalmente como ASTM) en función de los requisitos formales de ingeniería de los clientes; los criterios de aceptación y rechazo se definen mediante un acuerdo entre la fundición proveedora y el cliente antes de la producción. Estos criterios afectan tanto al coste de fundición como a los procesos de producción utilizados.

5. Pruebas e inspección

Después de la producción, todas las piezas fundidas deben probarse para garantizar que cumplan con los requisitos de las especificaciones. Las fundiciones también se inspeccionan para determinar la precisión dimensional, el estado del acabado de la superficie, las propiedades físicas, la solidez interna y las grietas. En muchas aplicaciones, las pruebas son obligatorias; podrían requerirse pruebas adicionales para garantizar que se cumplan las especificaciones del material u otros requisitos generales.

Los criterios de prueba y aceptación deben comunicarse claramente y acordarse antes de la producción. Los términos más rigurosos de las pruebas aumentarán el costo total. Para seguir siendo rentable, los términos de prueba y aceptación deben basarse en los requisitos precisos de cada aplicación.

Hay dos tipos de pruebas que se utilizan para inspeccionar piezas fundidas:pruebas destructivas y pruebas no destructivas.

Pruebas destructivas

Las pruebas destructivas requieren la fundición de una prueba por separado además de la pieza requerida. La fundición de prueba luego se somete a destrucción para determinar visualmente la solidez interna (volumen de inclusiones, contracción o presencia de gas). Las pruebas destructivas solo informan la condición de la pieza probada y no garantizan que otras piezas no probadas estén en buen estado, pero se usan ampliamente en la práctica. Si la fundición de prueba es aceptable, la producción puede continuar suponiendo que las piezas fundidas producidas de la misma manera exhibirán el mismo nivel de solidez.

Ensayos no destructivos

Se emplean métodos de prueba no destructivos en la fundición misma para verificar la solidez interna y externa sin dañar el producto. Los métodos incluyen inspección visual, inspección dimensional, inspección de líquidos penetrantes (LPI), inspección de partículas magnéticas (MPI), prueba ultrasónica (UT) e inspección radiográfica (X-Ray).

Una vez que se completan las inspecciones, las piezas de fundición inspeccionadas y aceptadas a veces se usan tal cual y se envían a los clientes, pero con mayor frecuencia están sujetas a un procesamiento adicional. Esto puede incluir tratamiento térmico especializado, pintura, aceites preventivos contra la oxidación, otros tratamientos de superficie (como galvanizado en caliente) y mecanizado.

6. Peso

Un componente de costo significativo para cualquier fundición es el material. Cuanto mayor sea el peso de la fundición, mayor será el costo del material para dicha fundición. Cuantos más datos de peso detallados se puedan proporcionar a una fundición sobre las piezas en cuestión, más precisos y fiables serán los cálculos de precios que se puedan realizar.

Las fundiciones no solo se preocupan por el peso neto (resultante) de una fundición; en su mayoría están preocupados por el peso bruto de la fundición. El peso bruto se mide por el peso de metal fundido requerido para llenar un molde compuesto por la fundición resultante y todo el material de alimentación (compuertas, contrahuellas, etc.) requerido para garantizar que el proceso de fundición produzca una fundición sólida. El precio de fundición de una fundición se verá significativamente afectado por el rendimiento de fundición (la eficiencia del proceso de fundición y el peso de la fundición resultante dividido por el peso del metal de alimentación vertido en el molde) que logren.

7. Patrones

Se requieren patrones para hacer moldes, y la fabricación de patrones es el proceso y el oficio para producir patrones. Dado que los patrones son las formas de los moldes, el molde no puede ser mejor que los patrones a partir de los cuales está hecho. Cuando se deseen tolerancias estrechas o acabados de fundición uniformes, es particularmente importante que los patrones se diseñen, construyan y terminen cuidadosamente.

El diseño del equipo patrón y los costos resultantes pueden constituir una fuente importante de malentendidos entre el cliente y la fundición del proveedor. La necesidad de construir nuevos equipos de patrones que se adapten a la maquinaria de producción de una fundición aunque haya equipos existentes/antiguos disponibles, el requisito de una caja de machos divididos completos en lugar de una caja de medio macho, la necesidad de producir patrones de metal en lugar de patrones de madera , y/o las necesidades de patrones montados en lugar del uso de patrones sueltos son solo algunas de las muchas áreas de discusión que afectan el costo del equipo. Invariablemente, el costo de fundición más bajo y la calidad de fundición más alta evolucionan desde el equipo de patrón más sofisticado, que genera el costo de patrón más alto.

8. Mecanizado

El proceso de eliminar mecánicamente el material adicional innecesario se llama maquinado y es un proceso vital cuando se necesita un alto nivel de precisión dimensional. Como tal, se debe asignar una cierta cantidad de material adicional para el margen de mecanizado cuando sea necesario, especialmente cuando la pieza o el producto fundido tiene una tolerancia estrecha.

La tolerancia se refiere a la precisión dimensional alcanzable para un método de producción dado. La expansión del molde, la contracción por solidificación y la contracción térmica influyen en la tolerancia de la pieza terminada en el proceso de fundición en arena verde. En consecuencia, existen límites para las tolerancias en una pieza fundida. El mecanizado posterior se emplea comúnmente cuando se requiere una tolerancia más estricta.

No todas las fundiciones de proveedores ofrecen mecanizado interno, pero son responsables de producir un producto fundido capaz de transformarse mediante mecanizado para cumplir con los requisitos específicos de la pieza. Para lograr este objetivo, se debe mantener una estrecha relación entre el personal de ingeniería y compras del cliente y el productor de fundición. Con un enfoque cooperativo, se deben considerar los siguientes puntos:

• El proceso de fundición, junto con sus ventajas y limitaciones,
• Mecanizado de existencias permitidas (cantidad de material que queda para el acabado después del corte de desbaste) para asegurar la limpieza en todas las superficies mecanizadas,
• Diseño del producto en relación con la aplicación de dispositivos de fijación y sujeción que aseguran la pieza durante el mecanizado,
• Selección de especificación de material y tratamiento térmico, y
• Cantidad de piezas a producir.

Cada diseño de fundición, cuando se produce por primera vez, debe verificarse para determinar si todos los requisitos de mecanizado son alcanzables. Un método para lograr esto es crear un diseño completo de la pieza fundida de muestra y comprobar si existe una asignación de material de mecanizado adecuada en todas las superficies que requieren el procedimiento de mecanizado.

Para diseños más simples, puede que no sea necesario un diseño completo de la fundición. Pero en otros casos en los que las dimensiones de mecanizado sean más complicadas, es recomendable comprobar minuciosamente la fundición. Esto se puede hacer diseñando puntos objetivo y marcando líneas para indicar todas las superficies mecanizadas, asegurando la consistencia en todas las etapas de producción.

9. Cronogramas de producción y entrega

La comunicación de los requisitos de entrega y demanda es esencial para encontrar la tienda adecuada que satisfaga las necesidades tanto a corto como a largo plazo.

Además de todas las demás consideraciones anteriores, es imperativo que tanto los clientes como los proveedores estén al tanto de las necesidades del cronograma de producción. Por ejemplo, si un cliente requiere la entrega de piezas de producción en seis semanas, limitaría significativamente la cantidad de fundiciones dispuestas o capaces de cotizar dicho trabajo, y mucho menos ejecutar la producción de manera confiable dentro de un cronograma tan ajustado. Por el contrario, si un cliente está buscando fundiciones interesadas para revisar sus necesidades detalladas a largo plazo (por ejemplo, 600 piezas por año de la parte "x", producida en lotes de 150 piezas por pedido, con ciclos de producción iniciales necesarios no antes de dentro de seis meses), entonces encontrarán muchas más partes interesadas y capaces de abordar sus necesidades.

Una solicitud de cotizaciones debe hacerse mucho antes de la fecha de entrega requerida. Debido a la complejidad del proceso de fundición de metales, los plazos de entrega del proyecto pueden extenderse fácilmente hasta 24 semanas antes de la producción completa y la entrega una vez que se solicitan las piezas fundidas. Este tiempo puede incluir consideraciones comerciales (administración financiera), construcción de patrones y herramientas, muestreo, inspecciones, cambios de patrones, configuración de producción (completa), producción, procesos de posproducción y más.

Solicitud de coladas

Un esfuerzo cooperativo es esencial para la subcontratación exitosa de un proyecto de fundición de metales:la fundición del proveedor debe participar desde las primeras etapas del diseño hasta la fabricación y la entrega del producto.

Una vez que la fundición del proveedor revisa una solicitud de cotización, trabajará junto con los clientes para evaluar todos los costos y determinar los objetivos del producto. Una buena planificación vale la pena tanto para la fundición como para el cliente, ya que los expertos en fundición evalúan el proyecto antes de la producción y recomendarán los mejores materiales y métodos para lograr la solución más económica.

Al proporcionar a las fundiciones la información más precisa y detallada posible sobre sus necesidades de fundición, los clientes pueden esperar recibir muchos comentarios, preguntas y, una vez que se confirmen los detalles, precios de las partes interesadas. La preparación adecuada agiliza el proceso de pedido, ahorrando tiempo y reduciendo la probabilidad de errores en el producto.