Materiales de fundición a presión y cuándo usarlos

La fundición a presión es un proceso de fabricación de metales altamente preciso y eficiente para bienes industriales, comerciales y de consumo. Con herramientas que duran mucho tiempo, la fundición a presión es adecuada para la fabricación de piezas metálicas complejas y ofrece un gran valor cuando se trata de producción en masa.

Varios metales pueden fabricar materiales de fundición a presión adecuados. Estos son en su mayoría metales no ferrosos (metales que no contienen una cantidad significativa de hierro) aunque ocasionalmente también se pueden utilizar metales ferrosos. Los principales materiales de fundición a presión son el aluminio , magnesio y zinc aleaciones, todas las cuales tienen ventajas particulares y aplicaciones adecuadas.

Este artículo analiza los mejores materiales de fundición a presión, enumerando sus respectivos beneficios y aplicaciones comunes en el mundo de la fabricación.

¿Qué es la fundición a presión?

La fundición a presión es una forma de fundición de metales, una familia de procesos en los que el metal fundido se vierte o se fuerza en la cavidad de un molde. Hay muchas formas de fundición de metales, incluida la fundición en arena (bajo costo), la fundición de inversión (bajo volumen) y la fundición a presión (alto volumen). Los procesos de fundición difieren en términos de sus tipos de patrones, tipos de moldes, materiales compatibles y métodos de entrega de materiales (por ejemplo, vertido por gravedad frente a inyección a alta presión).

Dentro de la familia de la fundición de metales, la fundición a presión es especialmente adecuada para la producción de grandes volúmenes de piezas complejas. Esto se debe a que utiliza un molde permanente en forma de dos troqueles de acero para herramientas . Estos troqueles son costosos de fabricar, generalmente mediante mecanizado, pero duran mucho tiempo y brindan valor a largo plazo.

La fundición a presión se emplea en muchas industrias en la producción de productos industriales, comerciales y de consumo. En comparación con otras técnicas de fundición de metales, se adapta mejor a piezas de tamaño pequeño o mediano que requieren un buen acabado superficial.

El proceso de fundición a presión

La fundición a presión tiene algunas variantes (discutidas en la siguiente sección), pero el proceso generalmente sigue una rutina establecida.

Antes de que comience la fundición a presión, un fabricante debe obtener dos matrices de metal:la mitad de la matriz de la cubierta y la mitad de la matriz del eyector. Juntos, estos dos troqueles forman el utillaje para la fundición a presión, y el espacio entre las dos mitades del troquel funciona como la cavidad del molde. Los troqueles normalmente se mecanizan a partir de acero endurecido para herramientas, que es muy duradero.

La primera etapa propiamente dicha del proceso de fundición a presión consiste en preparar las matrices para la fundición. Esto implica aplicar lubricante (generalmente a base de agua) a las paredes de la cavidad, asegurándose de que las piezas fundidas no se adhieran al interior de los moldes. El lubricante también ayuda con el control de la temperatura.

La siguiente etapa es la entrega de material. En la mayoría de las configuraciones de fundición a presión, la máquina de fundición a presión inyecta metal fundido en la cavidad del molde bajo alta presión — aunque el grado exacto de presión depende del tipo de material y de si se trata de una máquina de fundición a presión de cámara caliente o de cámara fría. La presión asegura que el material sea forzado incluso en las grietas más pequeñas, y esta presión se mantiene a medida que el metal fundido se enfría y solidifica para mitigar la contracción.

Una vez que el metal se ha enfriado y solidificado dentro de la cavidad del molde, la fundición se expulsa. abriendo los troqueles y empujando suavemente las piezas fundidas fuera de los troqueles con pasadores eyectores. Se puede preparar otro disparo inmediatamente después de la expulsión, lo que permite una rápida fabricación en masa de piezas idénticas.

La etapa final del proceso de fundición a presión es el sacudido etapa, que consiste en cortar (manualmente o mediante maquinaria especial) las piezas sobrantes de metal adheridas a la fundición, incluido el rebaba de la línea de separación y las compuertas, corredores y bebederos (partes del diseño del troquel que permiten que el metal fundido entre en el molde). cavidad).

La fundición a presión produce un acabado superficial excelente que no requiere el mismo nivel de procesamiento posterior que, por ejemplo, las piezas mecanizadas o impresas en 3D.

Fundición a presión en cámara caliente frente a fundición a presión en cámara fría

La fundición a presión se divide en dos subtipos principales:fundición a presión en cámara caliente y fundición a presión en cámara fría. Estos subtipos difieren en términos de dónde se funde el metal y cómo se inyecta. Fundamentalmente, solo ciertos materiales son adecuados para la fundición a presión en cámara caliente . (Tenga en cuenta que la fundición a presión en cámara fría aún requiere metal completamente fundido; no procesa el metal en su forma sólida).

La característica principal de una fundición a presión de cámara caliente es la capacidad de calentar el metal dentro de la máquina de fundición a presión. A veces llamadas máquinas de cuello de cisne , estos sistemas contienen un área de combustión interna y una olla para el metal fundido. Un pistón (hidráulico o neumático) empuja el metal fundido desde la cámara hacia la matriz, después de lo cual la cámara se puede volver a llenar de inmediato en preparación para el siguiente disparo.

La fundición a presión en cámara fría requiere el calentamiento externo de los materiales de fundición a presión y, a continuación, el metal fundido debe transferirse a la máquina de fundición a presión con un tubo de transferencia. o cucharón . Un ariete empuja el metal fundido desde la cámara hacia la matriz (a una presión más alta que la que se usa para la fundición a presión en cámara caliente). Este proceso es más lento, ya que el metal debe transferirse desde la fuente externa para cada disparo.

Aunque la fundición a presión en cámara caliente es más rápida, tiene una compatibilidad de materiales más limitada. Por lo general, solo funciona para metales con un punto de fusión bajo, como zinc, magnesio y aleaciones de plomo. No puede procesar aleaciones de aluminio, ya que estas pueden recoger hierro de la cámara.

Consideraciones sobre el material de fundición a presión

Los fabricantes deben considerar ciertos factores y variables al elegir los materiales de fundición a presión. Estos incluyen:

• Si el material es adecuado para la fundición a presión en cámara caliente
• Costos de materiales
• Costos de materiales indirectos (por ejemplo, cualquier posprocesamiento adicional requerido)
• Propiedades estructurales del material
• Fuerza
• Peso
• Acabado superficial
• Maquinabilidad

Todos estos factores deben tenerse en cuenta al elegir un material de fundición a presión para piezas o prototipos.

Aleaciones de fundición a presión de aluminio

El aluminio es uno de los principales metales de fundición a presión, y las aleaciones de aluminio se utilizan en la fundición a presión en cámara fría. Estas aleaciones suelen contener silicio, cobre y magnesio.

Las aleaciones de fundición a presión de aluminio son livianas y ofrecen una buena estabilidad dimensional, lo que las convierte en una buena opción para piezas complejas con características finas. Otras ventajas incluyen buena resistencia a la corrosión, resistencia a la temperatura y conductividad térmica y eléctrica.

Las aleaciones de aluminio de fundición a presión comunes incluyen:

• 380 :Una aleación de aluminio de uso general que equilibra la colabilidad con buenas propiedades mecánicas. Se utiliza en una amplia variedad de productos, incluidos soportes de motores, muebles, cajas electrónicas, marcos, manijas, cajas de cambios y herramientas eléctricas.
• 390 :Una aleación con excelente resistencia al desgaste y resistencia a la vibración. Fue desarrollado específicamente para la fundición a presión de bloques de motores de automóviles y también es adecuado para cuerpos de válvulas, impulsores y carcasas de bombas.
• 413 :Una aleación de aluminio con excelentes propiedades de fundición. Tiene una buena estanqueidad a la presión y, por lo tanto, se utiliza para productos como cilindros hidráulicos, así como piezas arquitectónicas y equipos para la industria alimentaria y láctea.
• 443 :La más dúctil de las aleaciones de aluminio de fundición a presión, esta aleación es adecuada para bienes de consumo, especialmente aquellos que requieren deformación plástica después de la fundición.
• 518 :Una aleación de aluminio dúctil con buena resistencia a la corrosión. Se utiliza en una variedad de productos, incluidos accesorios de hardware para aeronaves, hardware ornamental y componentes de escaleras mecánicas.

Aleaciones de fundición a presión de magnesio

El magnesio es otro material de fundición a presión muy popular. Es incluso más liviano que el aluminio, con la ventaja adicional de ser altamente maquinable, lo que lo hace adecuado para piezas fundidas que requieren detalles maquinados adicionales o acabado superficial maquinado.

Una de las principales ventajas de las aleaciones de fundición a presión de magnesio es su idoneidad para la fundición a presión en cámara caliente, lo que las hace más fáciles de usar que los metales de fundición a presión como el aluminio. Otros elementos en las aleaciones de magnesio incluyen aluminio, zinc, manganeso y silicio.

Las aleaciones comunes de fundición a presión de magnesio incluyen:

• AZ91D :Una aleación de uso general con buena colabilidad, resistencia a la corrosión y relación resistencia-peso. Las aplicaciones incluyen componentes mecánicos y del tren de potencia.
• AM60 :Una aleación con buena colabilidad, resistencia, amortiguación de vibraciones y ductilidad. Se utiliza en componentes automotrices como marcos y paneles de asientos.
• Aleaciones de tierras raras AS41B y AE42 :Aleaciones con resistencia superior a la temperatura, así como buena resistencia a la fluencia, resistencia a la corrosión y ductilidad. Ambas aleaciones se encuentran en las piezas del motor.

Aleaciones de fundición a presión de zinc

Otra categoría importante de metales de fundición a presión son las aleaciones de zinc. Moldeable en una máquina de fundición a presión de cámara caliente, el zinc es el material de fundición a presión más fácil de fabricar y ofrece otros beneficios como resistencia al impacto, ductilidad e idoneidad para el enchapado. Debido a su moldeabilidad, también da como resultado un desgaste mínimo del troquel.

El zinc es más pesado que el aluminio y el magnesio y suele estar aleado con aluminio, cobre y magnesio.

Las aleaciones comunes de fundición a presión de zinc incluyen:

• Zamak 3 :Una aleación de zinc de uso general que es fácil de moldear y ofrece una excelente estabilidad dimensional. En América del Norte, más de dos tercios de las piezas fundidas a presión de zinc utilizan Zamak 3. Los ejemplos de uso incluyen ventiladores de techo y componentes de plomería.
• Zamak 2 :Una aleación un poco más fuerte y más cara con contenido de cobre añadido. A menudo se utiliza para producir herramientas para moldeo por inyección de plástico.
• Zamak 5 :Una aleación de zinc de composición similar a Zamak 3 pero con mayor resistencia a la tracción y menor ductilidad. Popular para productos como piezas de automóviles y pesos para equilibrar ruedas.

Otras aleaciones de fundición a presión

Otros materiales de fundición a presión incluyen cobre, tombac de silicio, plomo y aleaciones de estaño, además de aleaciones de zinc y aluminio.

Las aleaciones de cobre exhiben alta resistencia, dureza y resistencia a la corrosión, además de una excelente estabilidad dimensional. Mientras tanto, las aleaciones de plomo y estaño son muy densas y pueden ser resistentes a la corrosión. Las aleaciones de zinc-aluminio se reconocen por el prefijo ZA; los que tienen un contenido de aluminio más bajo pueden moldearse en cámara caliente, pero los que tienen un 11 % o más normalmente no pueden hacerlo.