Fundición a Alta Presión (HPDC): Proceso de Precisión para Piezas Complejas

¿Alguna vez se ha preguntado cómo fabricar piezas complejas de vehículos como bloques de motor, tren motriz y componentes de suspensión? Contraste estas piezas voluminosas con componentes ligeros como herramientas quirúrgicas en la industria médica. La fundición a alta presión, un proceso de fabricación popular, puede fabricar esta gama de productos.

¿Qué hace que este sea un proceso tan popular con aplicaciones tan extendidas? Encontrará esto y más sobre las tecnicidades del proceso en este artículo. Explica el proceso de fundición a alta presión HPDC, su aplicación y sus ventajas para que pueda tomar una decisión informada sobre si el proceso es adecuado para sus necesidades de fabricación.

¿Qué es la Fundición a Alta Presión?

La fundición a alta presión es un proceso mediante el cual el metal fundido se alimenta en un molde y se solidifica para obtener el componente deseado. El metal fundido es forzado, bajo alta presión (generalmente presión hidráulica), dentro de la cavidad del molde y una potente prensa lo asegura en el interior. Una vez completada la solidificación, la extracción de la fundición tiene lugar abriendo el molde. Tras la expulsión del producto final, el molde se cierra de nuevo para el siguiente ciclo de producción. El utillaje de fundición a alta presión comprende dos bloques de acero que forman los dos extremos de una cavidad de molde que forma el objeto deseado.

Historia Evolutiva de la Fundición a Alta Presión

El proceso de fundición a presión se originó a mediados del siglo XIX para la industria de la imprenta. Verter una combinación de plomo y estaño en un molde de acero produjo las teclas de maquinaria de imprenta. Posteriormente, el proceso ganó popularidad en varias otras industrias. Usar varias formas de molde en fundición a presión podía crear una gama diversa de productos. Desde 1914 en adelante, el proceso de fabricación comenzó a utilizar otros materiales como aleaciones de zinc y aluminio (que encuentran uso común en la industria actual). Además, la mayoría de las aleaciones que la industria usa hoy estaban disponibles a mediados de los años 1930.

¿Cómo Funciona la Fundición a Alta Presión?

HPDC típicamente trabaja en 4 procesos: preparación del molde, inyección, expulsión y post-tratamiento de fundición. Puede haber variaciones en el método para atender diferentes requisitos de producto. Estas mejoras incluyen fundición al vacío, fundición de llenado lento y procesamiento de metal semisólido (SSM), etc. Sin embargo, los pasos procesales generales son los siguientes:

1. Preparación del Molde

Al inicio del ciclo de producción, es importante limpiar el molde de fundición a presión para eliminar impurezas. Luego lubricar las paredes interiores del molde. Esto regula la temperatura del molde y permite la fácil extracción del producto fundido.

2. Inyección

Vierta el metal fundido en una cámara de inyección y luego inyéctelo en el molde. Hay 2 métodos mediante los cuales puede ocurrir este proceso de inyección. Estos son inyección en cámara caliente e inyección en cámara fría.

Inyección en Cámara Caliente

En este método, sumerja el sistema de inyección en el horno de fusión. El metal fundido abre camino a través del émbolo de inyección hacia la boquilla y, posteriormente, el molde. Este método es adecuado para metales como zinc, magnesio y plomo.

Inyección en Cámara Fría

En este método, vierta el metal fundido a mano o mediante un mecanismo automatizado, en una manga de cámara fría. Luego, fuerce un émbolo hidráulico a través de la manga. Este émbolo sella el puerto y fuerza el metal hacia el molde. Una vez completada la solidificación, retire el émbolo y luego abra el molde para expulsar la cavidad. Este método es adecuado para sólidos con puntos de fusión altos como aluminio, latón y magnesio. El proceso de cámara fría, además, usa inyección horizontal o vertical.

El magnesio puede funcionar con ambos procesos de inyección en cámara fría y caliente. Típicamente, piezas pequeñas e intrincadas se producen mediante máquinas de cámara caliente porque estas máquinas tienen restricciones de tamaño. Además, las piezas de fundición de zinc a alta presión son típicamente más fuertes que las de fundición de aluminio a presión.

El proceso de inyección, en ambos métodos, ocurre a altas presiones típicamente entre 1.500 y 25.000 PSI. Este proceso tiene lugar en una fracción de segundos. El molde debe estar completamente sellado y mantenido bajo esta alta presión para que ocurra la solidificación. Las presiones hidráulicas pueden comprimir cualquier gas atrapado dentro del molde y alimentar la contracción de solidificación durante el proceso de enfriamiento. Fuerzas de hasta 4.000 toneladas están disponibles comercialmente para asegurar el molde y soportar las altas presiones.

3. Extracción de la Pieza

Tras asegurar que todo el metal fundido se ha solidificado, retire la cavidad del molde. Los pasadores expulsores pueden liberar la cavidad. Los pasadores expulsores suelen estar en el extremo móvil del molde y empujan la pieza de fundición solidificada fuera de la cavidad.

4. Recorte

El paso final de la fundición a alta presión implica la eliminación de material extra del producto y del molde. Una matriz de recorte, sierra, etc., pueden ayudar a conducir el proceso de recorte. Además, los recortes de metal pueden ser reutilizables y reciclables en ciclos de producción subsiguientes.

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Ventajas de la Fundición a Alta Presión

La fundición a alta presión es un proceso popular en varias industrias debido a sus varios beneficios relativos a otros procesos de fabricación. A continuación se muestran algunas de las ventajas.

Mayores Tasas de Producción

El proceso de fundición a alta presión resulta en mayores tasas de producción que la fundición a baja presión o por gravedad. El uso de alta presión permite la inyección de metal fundido a altas velocidades lo que resulta en mayores tasas de producción. Así, haciendo este proceso popular en fabricación de alto volumen.

Piezas de Buena Calidad Fabricadas

Además, la fundición a alta presión entrega buena calidad en términos de precisión dimensional y acabado superficial superior. Los productos de alta precisión no necesitan procesos extra de recorte que pueden consumir tiempo y ser costosos. Un buen acabado superficial facilita el proceso de plateado. Además, las ventajas de los productos de fundición a alta presión incluyen excelente uniformidad y propiedades mecánicas óptimas.

Productos de Pared Delgada

Las altas presiones en este proceso de fundición a presión pueden permitir secciones transversales más delgadas que cualquier otro proceso de fundición. Obtener espesores de pared por debajo de 0,40 mm es posible según su requisito y tamaño de componente. Las paredes delgadas ayudan en una reducción de peso de los productos. También permite la adición de insertos (también llamados piezas "co-fundidas") como tornillos y revestimientos, dentro del producto durante el proceso de fundición. Así, ayudando a reducir el número de componentes durante el montaje.

Lograr Diseños Complejos

El proceso de fundición a presión permite el uso de varias formas de molde. La flexibilidad en formas de molde significa que piezas complejas pueden producirse durante el proceso de fundición, ayudando en montajes complejos.

Moldes Duraderos

Los moldes usados en el proceso tienen una vida útil duradera lo que significa que pueden reutilizarse en múltiples ciclos de producción. Esto reduce el coste por unidad del producto de fundición a presión.

Aplicaciones de la Fundición a Alta Presión

Debido a la calidad superior de productos obtenidos mediante HPDC, el proceso ha encontrado varias aplicaciones críticas en un conjunto diverso de industrias.

Industria Automotriz

La fundición a alta presión puede producir varios componentes estructurales de automoción de aluminio y magnesio. Fabrica piezas como bloques de motor, carcasas de caja de cambios, carteres de aceite, soportes de motor y piezas estructurales como vigas transversales.

Industria Médica

También es una técnica popular en la producción de herramientas quirúrgicas ligeras en la industria médica. Además, dispositivos médicos y equipos de imagen de alta producción, bombas de infusión, etc., también se fabrican usando el proceso HPDC.

Industria Aeroespacial

Debido a la capacidad de fabricar diseños complejos e intrincados y automatización, este proceso es muy popular en la industria aeroespacial. Aleaciones de aluminio, zinc y magnesio se usan para fabricar piezas de motor para aplicaciones aeroespaciales.

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Preguntas Frecuentes

P1. ¿Por qué se llama fundición a presión (die casting)?

La razón es que el proceso usa moldes (dies). Los moldes son moldes de acero fabricados mayormente por mecanizado CNC en los que se inyecta metal líquido. Se divide en dos mitades: una fija acoplada a la máquina de fundición y una mitad móvil expulsora.

P2. ¿Cómo difiere la fundición a presión de otros métodos de producción de fundición?

Las fundiciones a presión tienen muchas de las mismas ventajas que los productos de fundición por gravedad, como rigidez, apariencia y tacto del metal sólido; propiedades de resistencia a fatiga probadas; buenas capacidades de amortiguación de sonido; blindaje EMI integrado para aplicaciones electrónicas. Sin embargo, en particular, la fundición a presión permite producción rápida con excelente precisión dimensional que a menudo elimina toda necesidad de mecanizado. Además, la fundición en arena requiere un molde nuevo para cada producción mientras que la fundición en molde permanente es más lenta comparada con fundición HPDC.

P3. ¿Cuál es la diferencia entre fundición a baja presión y alta presión?

LPDC tiene rangos de presión entre 0,08-0,15 MPa mientras que HPDC tiene un rango entre 30-70 MPa. Las tasas de producción en LPDC son medias con un ciclo de fundición lento. Mientras HPDC tiene mayores tasas de producción con ciclos de fundición más rápidos. HPDC produce productos con porosidad y buen acabado superficial. Por otro lado, LPDC produce porosidad nula dentro de la fundición, pero su acabado superficial es medio.