Fundición a Baja Presión Explicada: Beneficios, Proceso y Por Qué Es Esencial para Piezas Automotrices

Por su nombre, la fundición a baja presión implica inyectar el material fundido en el molde a presión bajo una presión baja bien controlada que da ventajas al proceso. Por ejemplo, permite la fabricación precisa de ruedas axialmente simétricas, por lo que las industrias automotrices son los principales usuarios del proceso.

Antes de externalizar a un servicio de fundición a presión, es importante conocer el proceso usted mismo. Por tanto, este artículo introducirá la fundición a baja presión, cómo funciona, sus ventajas y desventajas, y otras alternativas que podría usar.

¿Qué es la Fundición a Baja Presión?

LPDC implica llenar un molde de fundición a presión con metal fundido bajo baja presión. Es altamente precisa debido al llenado constante de la cavidad del molde durante la fase de contracción (solidificación). Esto significa que compensa la reducción de volumen. Otros atributos incluyen reducción en formación de óxido y porosidad y consistencia superior del metal fundido de arriba a abajo.

¿Cómo Funciona la Fundición a Baja Presión?

La fundición a baja presión usa presión pequeña, típicamente alrededor de 20-100 kPa (2,9-14,5 psi), en lugar de gravedad para llenar un molde. A diferencia del proceso tradicional de fundición a presión, tiene una configuración única y usa varios equipos. A continuación hay una ilustración de la configuración y equipos necesarios.

El proceso comienza con un horno de fusión que funde las aleaciones metálicas y las lleva a la temperatura de fundición. Por ejemplo, el aluminio tiene una temperatura de fundición de 710-720 °C.

El metal fundido irá luego a un horno de mantenimiento debajo del molde, que funciona como contenedor manteniendo el líquido a la temperatura de fundición.

La baja presión fuerza el metal fundido a través de un tubo de subida (riser tube) hacia el molde. El metal líquido se mueve bajo presión constante hasta que el metal fundido se solidifica en la cavidad del molde.

En la solidificación, la presión se libera y el metal fundido restante vuelve a través del tubo de subida al horno de mantenimiento para reciclaje. Finalmente, la fundición se extraerá fácilmente una vez que el molde se enfríe.

Ventajas de la Fundición a Baja Presión

LPDC tiene muchas ventajas que la hacen un método de fundición a presión aplicable en varias industrias. A continuación hay algunas ventajas del proceso.

Alta Precisión

Las piezas hechas usando el proceso son altamente precisas. Esto se debe a la presión baja mantenida durante la solidificación. Por tanto, hay un llenado continuo de la cavidad del molde, compensando la contracción de volumen a medida que el metal fundido se solidifica. Debido a la alta precisión, es el mejor método para fabricar piezas axialmente simétricas como ruedas.

Forma Fundiciones Altamente Puras

Las fundiciones son altamente puras debido a la escoria poca o nula responsable de la impureza. El bajo nivel de escoria se debe a la configuración de la máquina de fundición. Generalmente, las escorias están en la superficie de los metales fundidos. Sin embargo, como los tubos de subida bajan al horno de mantenimiento, el metal líquido forzado a la cavidad no contiene escorias. De ahí la fundición altamente pura. Además, al ser un proceso de baja presión, la posibilidad de escoria entrando al molde es baja.

Además, el proceso no lleva a oxidación del metal fundido debido al proceso de llenado estable. La estabilidad reduce o elimina volteo, impacto y salpicaduras del metal fundido durante el proceso. Por tanto, no hay formación de escorias de oxidación que puedan afectar la pureza de las fundiciones.

Buena Conformabilidad

El llenado a baja presión lleva a buena conformabilidad debido a la mejora en la fluidez del metal líquido. Por tanto, las fundiciones hechas con el proceso tienen contorno claro y superficie lisa. Generalmente, el proceso es ideal para fabricar piezas de fundición con geometrías complejas debido a su alta conformabilidad.

Cristalización

Como la fundición se solidifica bajo presión, puede cristalizar y formar una estructura compacta. Por tanto, las fundiciones hechas vía el proceso son sólidas y adecuadas para fabricar piezas que requieren buenos valores de resistencia.

Desventajas de la Fundición a Baja Presión

Mientras el proceso de fundición a baja presión es ideal para lograr resultados precisos, también tiene desventajas.

Ciclo de Fundición Más Lento

Una desventaja es que tiene un ciclo más lento debido a la baja presión. Por tanto, el número de piezas fabricables es bajo y las piezas tienen un coste alto.

Pieza Metálica Erosionada

La forma de fundición de aluminio erosionada puede ocurrir debido a la parte metálica del equipo entrando en contacto con el metal fundido. Esto puede llevar a altos costes de mantenimiento, especialmente en configuraciones de fabricación grandes. Además, los constituyentes de la parte metálica del equipo pueden entrar en el metal líquido, afectando el rendimiento.

No Adecuada para Fabricar Piezas de Pared Delgada

El espesor mínimo de pared de fundiciones que puede hacer usando el proceso es de unos 3 mm. Por tanto, no es adecuada para fabricar piezas de pared delgada que la fundición a alta presión.

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El proceso de fundición a baja presión debería estar en lo alto de su lista si su proyecto requiere precisión, fundición pura y propiedades de material sobresalientes. Aunque tiene un ciclo de fundición lento, elegir el proceso perfecto para su proyecto requiere experiencia y conocimiento. Así que es bueno obtener asesoramiento experto temprano.

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Fundición a Baja Presión vs. Fundición a Alta Presión

La fundición a baja y alta presión son aplicables en diferentes escenarios dependiendo de la complejidad del componente, el número de piezas y el presupuesto de fabricación. A continuación hay una clarificación sobre las diferencias entre las dos y las ventajas de la fundición a baja presión sobre la alta presión.

Tiempo de Ciclo

El rango de presión de fundición a baja presión es alrededor de 0,7 bar a 1 bar. Por otro lado, la fundición a alta presión implica alta presión (a menudo sobre 1000 bares).

Como resultado, la fundición a baja presión tiene un tiempo de ciclo menor que la fundición a alta presión. Esto es visible en que esta última es responsable de cerca del 50% de fundiciones de metales ligeros frente al 20% de la baja presión.

Resistencia de la Pieza

Las piezas hechas de fundición a baja presión tienen altos valores de resistencia ya que la solidificación ocurre bajo presión constante durante mucho tiempo para formar una estructura compacta y densa. Las hechas con alta presión también tienen buenos valores de resistencia. Sin embargo, no puede comparar su resistencia a piezas hechas con baja presión ya que la presión es alta y el tiempo es rápido.

Calidad de Fundición

Las fundiciones hechas con baja presión tienen mayor calidad que la fundición a alta presión. Esto se debe a la reducción de volumen por contracción siendo complementada por inyección constante de metal fundido en la cavidad del molde hasta solidificación.

Además, estas fundiciones son más puras debido a la menor cantidad de escoria presente, y no tienen poros. Esto es a diferencia de fundiciones a alta presión, que pueden tener poros debido a la alta presión, y las escorias son inyectables en la cavidad del molde.

Coste

La fundición a alta presión incurre en mayor coste operativo y de inversión que la fundición a baja presión debido a las máquinas requeridas. Sin embargo, tiene menor coste por pieza debido a su rápido tiempo de ciclo.

Espesor

La fundición a baja presión es el método ideal para fabricar piezas gruesas. Sin embargo, no es adecuada para piezas de pared delgada (no apta para espesor bajo 3 mm). Por otro lado, la fundición a alta presión puede fabricar piezas de pared delgada (bajo 0,40 mm).

Alternativas a la Fundición a Baja Presión

Aunque tiene numerosas ventajas, ciertas condiciones pueden limitar el uso de fundición a baja presión. Por tanto, introdujimos varias alternativas al proceso y cómo se comparan con el proceso de fundición a baja presión.

Fundición por Gravedad

La fundición por gravedad, también conocida como proceso de molde permanente, es un proceso que implica llenar el metal fundido en el molde usando gravedad. Es adecuada para aleaciones de materiales no ferrosos como aluminio, cobre, magnesio y zinc.

Una de las ventajas de la fundición por gravedad sobre la fundición a baja presión es su amplia gama de materiales compatibles. Esto es a diferencia de esta última siendo más popular para trabajar con aleaciones de aluminio. De ahí el nombre "fundición a baja presión de aluminio".

Fundición por Inversión (Investment Casting)

La fundición por inversión o fundición de precisión se basa en un proceso antiguo llamado fundición a cera perdida. El proceso implica hacer un patrón de cera en la forma del producto final vía procesos como moldeo por inyección o impresión 3D.

La cera se sumerge en una lechada cerámica con el espesor controlado para formar un molde. Al solidificar la cera, el molde se precalienta y la cera se elimina para crear un cascarón metálico. El metal fundido puede entonces inyectarse en el molde, y siguen los procedimientos adecuados.

La fundición por inversión es más precisa que las fundiciones a baja presión ya que el patrón de cera viene de procesos de fabricación precisos como impresión 3D. Además, la cerámica no se expande.

Fundición en Arena

La fundición en arena es el proceso de fundición metálica más común usado en fábricas especializadas llamadas fundiciones. El proceso tradicional implica hacer un molde usando arena, arcilla y agua, llenarlo con metal fundido y romper el molde al completar. La comparativa fundición a presión vs fundición en arena se basa mayormente en el tipo de metal con el que trabaja. La fundición en arena supera a la fundición a baja presión cuando quiere trabajar con un metal de alta temperatura.

Conclusión

La fundición a baja presión implica inyectar metal fundido (mayormente aluminio) en el molde con sobrepresión relativamente baja. El proceso tiene un tiempo de ciclo corto. Además, es altamente precisa para fabricar fundiciones con geometrías complejas y proporciona fundición pura con propiedades de material sobresalientes convirtiéndola en un proceso top en muchas industrias. Este artículo introdujo cómo funciona, sus ventajas y desventajas, y otras alternativas que podría usar.

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Preguntas Frecuentes

¿Por qué el aluminio es bueno para fundición a presión?

El aluminio es el material más común para fundición a presión debido a su ligereza. Aunque es ligero, la fundición de aluminio tiene alta resistencia a tracción. Además, hay más opciones de acabado superficial para fundición de aluminio. Por tanto, son material más estético que otros materiales no ferrosos.

¿Cuáles son los tipos de fundición a presión?

Hay dos tipos de fundición a presión: fundición a alta presión y fundición a baja presión. Ambos procesos son similares en configuración. Sin embargo, difieren en proceso y propiedades. Por tanto, son aplicables en diferentes escenarios.
La fundición a alta presión tiene aplicación más amplia debido a los ciclos de fundición altos. Sin embargo, la fundición a baja presión es más precisa y adecuada para fabricar piezas axialmente simétricas.