Optimización de tolerancias de modelo para fundiciones metálicas precisas

Las tolerancias de modelo para producir una fundición de tamaño y forma adecuados dependen partly del diseño del producto, diseño del molde, características de contracción y contracción del metal a fundir, etc. En realidad, es muy difícil predecir con precisión cualquier regla matemáticamente, y un proceso de prueba y error es el mejor para lograr el ajuste de las dimensiones del modelo y obtener los resultados deseados.

1. Tolerancia de contracción

Cuando cualquier metal se enfría, se contrae naturalmente en tamaño. La contracción total de una fundición comprende tres elementos: la contracción del líquido desde la temperatura de vaciado hasta la de congelación, la contracción por el cambio de líquido a sólido y la contracción duradera de la fundición sólida desde la temperatura de congelación hasta el entorno. Mientras que las dos primeras contracciones se atienden en el diseño de las fundiciones, el último efecto se atiende diseñando el modelo de mayor tamaño.

Si se usa el objeto real para el modelo, la fundición resultante sería ligeramente menor que la deseada. Para compensar esta posibilidad, se usa una regla de contracción en la medición de las dimensiones del modelo. Una regla de contracción para hierro fundido es 10 mm por metro (la contracción promedio para hierro fundido) más larga que la regla estándar.

Tolerancias de contracción típicas para materiales de fundición importantes en mm/metro son: Hierro fundido gris — 7 a 10,5, hierro fundido blanco — 21, hierro maleable — 15, acero — 20, latón — 14, aluminio — 18, aleaciones de aluminio — 13 a 16, bronce — 10,5 a 21, magnesio — 18. En la práctica real, la tolerancia de contracción varía con el diseño de la fundición, espesor y otras dimensiones, tipo de metal, temperatura de vaciado, y resistencia del molde a la contracción normal de la fundición causada por salientes, núcleos, diseño e intrincación de la fundición, material de moldeo usado y su dureza, método de moldeo, etc.

Cuando los modelos metálicos deben fundirse a partir de los modelos originales, debe permitirse una doble contracción.

2. Tolerancia de desmoldeo (Draft Allowance)

Cuando un modelo se extrae de un molde, la tendencia a arrancar los bordes del molde en contacto con el modelo se reduce enormemente si las superficies del modelo reciben una ligera conicidad en una dirección paralela a la que se está retirando (ver Fig. 3.15).

Esta conicidad de los lados del modelo, conocida como desmoldeo, se hace para proporcionar un pequeño despeje para el modelo al ser levantado. La cantidad de desmoldeo requerida depende de la forma y tamaño de la fundición (longitud del lado vertical del modelo), método de moldeo, método de producción, intrincación del modelo, y si se moldea a mano o máquina. El moldeo a máquina requiere desmoldeo mínimo.

La cantidad de desmoldeo en superficies exteriores es de aproximadamente 10 a 20 mm por metro. En agujeros interiores bastante pequeños, el desmoldeo debería ser alrededor de 30 mm por metro. En moldeo de arena verde, las superficies interiores usualmente requieren más desmoldeo que las exteriores.

3. Tolerancia de acabado (Finishing Allowance)

Cuando un delineante dibuja los detalles de una pieza a fabricar, cada superficie a mecanizar se indica con una marca de acabado. La marca indica que se debe proporcionar metal adicional en ese punto para que haya metal que mecanizar. La cantidad a agregar depende del tamaño, forma de la fundición, pero en general, la tolerancia para fundiciones pequeñas y de tamaño promedio es 3 mm para fundiciones ferrosas y 1,5 mm para no ferrosas.

Siempre que sea posible, las superficies a mecanizar deben fundirse en el lado del arrastre del molde. Sin embargo, donde las superficies acabadas se funden en la copia, debe hacerse una tolerancia extra. La tolerancia de acabado o mecanizado depende del método de mecanizado usado (torneado, taladrado, rectificado, etc.), características del metal (ferroso, no ferroso, blando, fácilmente mecanizable), método de fundición usado (p. ej., fundición centrífuga requiere más tolerancia en el lado interior), tamaño y forma de la fundición (p. ej., más tolerancia en la superficie superior que recoge impurezas, fundiciones largas tienden a alabearse), grado de acabado requerido.

4. Tolerancia de distorsión o encorvamiento

Esta tolerancia se aplica solo a fundiciones de formas irregulares como forma en U o aquellas con grandes áreas planas, que se distorsionan en el proceso de enfriamiento como resultado de la contracción del metal. Por ejemplo, una fundición en forma de U se distorsionará con las patas divergentes, en lugar de paralelas. Para compensar esto, el modelo se hace de manera que las patas converjan, pero al enfriarse las patas de la fundición se enderezan. Tal tolerancia depende del juicio y experiencia del modelista, quien entiende las características de contracción del metal.

5. Tolerancia de golpeo o sacudida (Rapping or Shaking Allowance)

Cuando un modelo está atrapado en el molde antes de ser retirado, la cavidad en el molde se aumenta ligeramente. En una fundición de tamaño promedio, este aumento de tamaño puede ignorarse. En fundiciones grandes o en una que deba encajar sin mecanizado, sin embargo, la tolerancia de sacudida debe considerarse haciendo el modelo ligeramente más pequeño.