Dominando los Moldes de Fundición a Presión: Guía Completa de Herramentales

La fundición a presión es un proceso significativo para aplicaciones en diversas industrias. Un componente esencial del proceso de fundición a presión es el molde de fundición a presión. La forma y características del molde afectan las prestaciones del producto final.

Por tanto, es necesario comprender el diseño del molde de fundición a presión. Esto le ayudará a diseñar y elegir el molde adecuado para sus proyectos de fundición a presión. Además, puede estar seguro de que el producto final cumplirá con los requisitos de fabricación únicos.

Así, este artículo le dará una visión detallada de los diferentes tipos de herramentales para fundición a presión. También aprenderá cómo diseñar un molde y los factores que debe considerar al fabricar herramentales de fundición a presión.

¿Por Qué es Importante el Molde para la Fundición a Presión?

El diseño del molde de fundición a presión juega un papel vital en la forma de la pieza. Además, afecta la calidad, uniformidad y configuración de los componentes del proceso de fundición a presión.

Las especificaciones incorrectas pueden resultar en corrosión del material o de la herramienta. No obstante, un diseño de molde adecuado puede impulsar el tiempo y la eficiencia del producto. En última instancia, la calidad de la estructura del molde determinará si la producción procedería sin problemas y las fundiciones serían de la mejor calidad.

Además, el diseño de la herramienta de fundición a presión refleja esencialmente los diferentes factores que pueden ocurrir durante la producción. Por tanto, debe analizar la estructura de una fundición durante el diseño. También es esencial dominar las condiciones de llenado, implementar parámetros de proceso críticos y considerar otros efectos económicos. Esto garantizará que las herramientas de fundición a presión puedan cumplir con los requisitos esenciales de producción.

Componentes del Molde de Fundición a Presión

Comprender el molde de fundición a presión comienza con el conocimiento de la estructura del molde. Los componentes esenciales del molde de fundición a presión incluyen:

Sistema de Moldeo

Este incluye la cavidad, el núcleo, insertos, deslizadores y pasadores de inserción. La cavidad de fundición a presión determina la forma de la fundición a medida que el núcleo móvil se cierra.

Sistema de Base del Molde

Los componentes principales del sistema de base del molde de fundición a presión son placas de acero y bastidores. Este sistema combina las diferentes partes del molde y permite la instalación del molde en la máquina de fundición a presión.

Sistema de Eyección

Este sistema funciona para expulsar las piezas del molde. Estas piezas incluyen componentes de eyección, retorno y guiado.

Sistema de Canales (Runner System)

El sistema de canales se conecta con la pieza de fundición a presión y la cámara de presión. Así, guía el material metálico hacia la cavidad del molde en una dirección específica. Este sistema impacta directamente la presión y velocidad del metal fundido. Los componentes del sistema de canales son un canal, una entrada (sprue), una entrada interior (inner gate), etc.

Sistema de Desgasificación (Overflow System)

Este canal elimina el aire de la cámara de presión. Generalmente, los componentes principales son ranuras de desbordamiento y ranuras de ventilación. Sin embargo, los fabricantes instalan tapones de ventilación en las cavidades profundas para mejorar las condiciones de ventilación.

Otros

Otros componentes del molde de fundición a presión incluyen piezas de posicionamiento para colocar las piezas correctamente en el molde. Además, hay pasadores y tornillos para fines de fijación.

Tipos de Moldes de Fundición a Presión

Existen varios tipos de herramentales de fundición a presión, y tienen diferentes funciones según los requisitos. Incluyen:

Moldes de Prototipado

Una inversión significativa en fundición a presión es un molde personalizado totalmente equipado. Por tanto, un molde de prototipo ayuda a realizar bastantes coladas para probar las diferentes piezas. Las estrategias de prototipado son fundición por gravedad, mecanizado de bloques (hog outs) e impresión 3D. Sin embargo, implican compensaciones en propiedades, tolerancias y diseño.

Un prototipo de fundición a presión de alta presión será su mejor opción siempre que necesite la misma aleación, propiedades, proceso y geometría para la producción. Los moldes de prototipado pueden utilizar aceros para herramientas preendurecidos, sin recubrir y componentes estandarizados. Como resultado, pueden producirse en plazos cortos y a coste reducido.

A diferencia de otras técnicas de producción, estos moldes también hacen uso de técnicas de eyección o refrigeración menos eficientes. Por tanto, debe tener en cuenta que la herramienta no durará mucho y el molde no será tan eficiente como uno de producción. Sin embargo, esto no será un problema si solo necesita una pequeña cantidad de fundiciones.

Moldes de Herramental Rápido (Rapid Tooling)

El herramental rápido se refiere a insertos y moldes producidos usando métodos con plazos de entrega más cortos que los métodos convencionales. A diferencia del mecanizado en bruto y tratamiento térmico, los métodos de herramental rápido son sinterizado selectivo por láser, deposición directa de metal, conformado neto por ingeniería láser, etc.

Por tanto, esperaría que la creación de estos herramentales de fundición a presión sea mucho más rápida. Los fabricantes pueden usar estos moldes ya sea como moldes de prototipado o como moldes de producción. La opción más viable dependerá de los requisitos de volumen de producción.

Moldes de Producción

Estos moldes son los tipos más comunes de moldes de fundición a presión. Los moldes de producción son esenciales cuando todo el diseño ha sido finalizado y está listo para lanzarse como un producto real.

Podemos tener:

• Moldes de cavidad única sin deslizadores
• Moldes de múltiples cavidades con varias opciones de deslizadores

El material de la cavidad es acero de alta calidad, y a menudo se retiene en un bloque portador. El diseño de los moldes de producción asegura que tengan dimensiones críticas. Así, puede estar seguro de que permiten las especificaciones de mecanizado requeridas.

Moldes Unitarios (Unit Dies)

El molde unitario es un tipo especial de molde de fundición a presión. Un portador unitario del fundidor mantiene los moldes unitarios o cavidades propiedad del cliente dentro de la cavidad intacta. Podemos tener portadores unitarios simples o dobles. Ejemplos típicos de tamaños de bloques de cavidad que sostienen los moldes son 8 x 10, 10 x 12, 12 x 15 y 15 x 18 (todo en pulgadas).

Los moldes unitarios emplean piezas genéricas usadas para componentes menos complejos con bajo volumen. Un molde personalizado es más efectivo para piezas de alto volumen con geometría compleja. Estos moldes están diseñados específicamente para una pieza, proporcionando máximo control y eficiencia.

Moldes de Recorte (Trim Dies)

CMW usa moldes de recorte para producción de alto volumen y moldes de producción. El molde de recorte elimina la rebaba, el canal y el desbordamiento de la pieza inmediatamente después de que la fundición esté completa. Algunos moldes de recorte necesitan movimientos hidráulicos o levas, mientras que otros requieren funciones de apertura y cierre para eliminar la rebaba eficazmente.

La geometría de la pieza impide la capacidad de eliminar la rebaba con un molde de recorte totalmente. Por tanto, las estrategias de desbarbado manual y servicio de recorte personalizado son una opción ideal en esta situación.

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Proceso de Diseño de Molde para Fundición a Presión

Esta sección describirá el proceso involucrado en el diseño de un molde para proyectos de fundición a presión de alta presión. El proceso tiene cinco categorías amplias:

Fase Preliminar

Antes de diseñar el molde, es importante comprobar la fabricabilidad de la pieza con tecnología de fundición a presión. Esta fase implica juzgar la practicidad del producto desde un punto de vista geométrico y dimensional.

Vista Dimensional: Es necesario conocer la dimensión de la pieza y el número de cavidades requeridas para cada fundición. Esto ayudará a conocer la fuerza de apertura y el volumen de la fundición. El conocimiento de estos datos hará que los estudios de factibilidad sean mucho más fáciles.

Vista Geométrica: La geometría de las piezas incluye trazar la línea de partición. La línea de partición divide el molde de fundición a presión en dos, permitiendo una fácil apertura del molde y expulsión de la fundición. Además, la superficie de las piezas depende de su posición respecto a las líneas de partición. En consecuencia, las superficies deben diseñarse en la dirección de apertura del molde.

La tolerancia geométrica de las cotas encontradas en el modelo 2D puede ser bastante difícil de producir debido a la contracción causada por el enfriamiento del metal. Cuanto mayor sea el número de cotas, más difícil es obtener el mismo valor en la fundición. Por tanto, puede proceder con el diseño del molde de fundición tan pronto como confirme la fabricabilidad de la pieza.

Número de Cavidades

Para conocer el número de cavidades, debe considerar el número de piezas a producir, la orientación de la cavidad y el tiempo de ciclo hipotético. Así, puede decidir la mejor opción entre un molde multi-cavidad o mono-cavidad.

Al optar por un molde multi-cavidad, recuerde que, aparte del hecho de que las fases de eyección y la complejidad de llenado aumentan, el proceso de producción podría verse afectado por la dimensión de la cavidad y la disposición del producto.

Área de Proyección

El área de proyección es la superficie obtenida de la proyección de las cavidades en el plano. Es perpendicular a la dirección de apertura del molde. El área de proyección es un componente vital de la fase de diseño. Relaciona la fuerza de apertura del metal fundido con las paredes del molde. Como resultado, la fuerza dependerá de la orientación de la forma y dimensión. Una fuerza fuerte causará desbordamiento de material, resultando en la formación de rebabas.

Por tanto, necesita estimar las fuerzas producidas por el metal fundido para prevenir este defecto de fundición. La fuerza es el producto de la presión específica de la máquina, el área de proyección y los factores de seguridad preestablecidos. El factor ofrece un margen más amplio para ayudar a contrarrestar la presión máxima después del llenado. Muchos se refieren a esto como golpe de ariete.

La máquina transfiere la fuerza dinámica y estática al final del proceso. Así, se produce un pico de presión que la fuerza de cierre de la máquina debe absorber. Esta fuerza de cierre depende de la dimensión de la carrera y el modelo de prensa.

Volumen y Forma del Molde

El volumen y la forma del molde son esenciales para el diseño del molde. Además del volumen deseado, considere que las piezas grandes se contraerán debido a un tiempo de enfriamiento más largo, aumentando la tasa de contracción. Por tanto, es necesario dimensionar las cavidades del molde en consecuencia.

Además, es aconsejable considerar diferentes variables que afectan el tamaño final del molde. Los factores más importantes a considerar son:

Canales de Inyección: El tamaño de los canales de inyección varía con el número de cavidades y la posición de las entradas y piezas. La forma de los canales de inyección debe cumplir algunos requisitos de dinámica de fluidos. Por ejemplo, los fabricantes disminuyen la sección para adherirse correctamente a la pared del molde al moverse en la dirección del metal fundido. Debido a la contracción, hay un flujo acelerado y se desprenden de las paredes. Una capa externa más suave evitará turbulencias, atrapamiento de aire y otros defectos.

Tipo de Cierre del Molde: El cierre de molde abierto/cerrado es el más simple. Es mejor para productos con formas limpias y simples que pueden expulsarse fácilmente. Sin embargo, no es la mejor opción para piezas con geometría compleja. Los productos con geometría compleja serían difíciles de extraer, por lo que el fabricante necesita aumentar el tamaño total del molde.

Presencia de Desbordamientos: Los desbordamientos son pequeños pozos diseñados en partes estratégicas del molde de fundición a presión. Son importantes para recoger los primeros chorros de metal porque a menudo son más fríos que los siguientes. Como resultado, puede evitar lapsos en frío y otros defectos estéticos similares. Además, los desbordamientos sirven como fuente de calor, aumentando la temperatura del molde en áreas críticas para la fundición final.

Simulación mediante Modelos Semi-Empíricos

Después de completar la etapa inicial de diseño, la siguiente etapa es la simulación del llenado del molde usando modelos semi-empíricos. La simulación ayuda a calcular la modalidad de llenado del molde. Además, la modalidad depende de la función de la pieza fundida y el proceso de llenado. Para piezas con estructuras complejas, es mejor inducir compacidad y resistencia mecánica. Mientras tanto, para piezas estéticas, el acabado superficial debe ser de primera.

Las características pueden alterarse variando el tiempo de llenado. Cuanto más rápido el llenado, mayor la calidad de la superficie, mientras que un llenado más largo impactará más resistencia a los componentes. Una vez completado el análisis, es más fácil notar si habrá problemas de fundición.

El diseño del molde de fundición a presión de aluminio comienza analizando la fabricabilidad, luego calculando las fuerzas y comprobando los canales de inyección. La optimización y diseño de estos canales se hace mediante simulación para conocer el modo de llenado y detectar cualquier problema. Tras la finalización exitosa de esta etapa, puede pasar a producir el molde diseñado.

Factores a Considerar para Fabricar Herramentales de Fundición a Presión Perfectos

Antes de fabricar herramentales de fundición a presión, hay algunas cosas a tener en cuenta para guiar el diseño de la herramienta. Incluyen:

Desmoldeo (Die Draft)

El desmoldeo es el grado en que puede modificar un núcleo de molde. Necesita un desmoldeo preciso para extraer la fundición del molde de forma segura. Sin embargo, el desmoldeo no es constante, variando según el ángulo de la pared. Así, características como el tipo de aleación fundida usada, la profundidad del molde y la forma del molde pueden afectar todo el proceso.

Otro factor que puede afectar los desmoldeos es la geometría del molde. Generalmente, los agujeros sin roscar necesitan roscado debido al riesgo de contracción. Del mismo modo, las paredes internas necesitan más desmoldeo que las externas porque las paredes internas tienden a contraerse.

Redondos (Fillets)

Un redondo es una unión cóncava que ayuda a suavizar una superficie angular. Una superficie curva perturba el proceso de fundición, por lo que los pliegues tienen redondos para producir un borde pulido y limitar el riesgo de errores de producción. Aunque hay una excepción en las líneas de partición, puede añadir redondos a cualquier parte del molde.

El redondo aumentará la vida útil de la herramienta. Para permitir la continuidad de la suavidad, haga un redondo de radio constante. Además, las herramientas que tienen un interior profundo necesitarán redondos más grandes.

Líneas de Partición (Parting Lines)

Las líneas de partición, también conocidas como superficies de partición, unen varias secciones del molde. Si la línea de partición se deforma debido a la tensión de trabajo o está mal posicionada, el material puede pasar por el espacio entre las piezas del molde. Esto puede llevar a uniones excesivas y no uniformes.

Resaltos (Bosses)

Los resaltos son protuberancias de fundición a presión que sirven como separadores o puntos de montaje en el herramental de fundición a presión. Las industrias manufactureras suelen añadir un agujero a la estructura interna del resalto para asegurar que las paredes tengan un espesor uniforme. Es difícil llenar los resaltos con metal, por lo que el nervado y el redondeo son esenciales para eliminar este problema.

Nervios (Ribs)

Los nervios de fundición a presión ayudan a mejorar la resistencia del material para un producto que carece del espesor de pared deseado. La colocación selectiva de nervios mejora la capacidad de llenado y disminuye el peso del producto. También reduce la ocurrencia de espesor no uniforme y agrietamiento por tensiones.

Agujeros y Ventanas

Tener agujeros y ventanas en el molde de fundición a presión de aluminio permite la creación de desmoldeos sustanciales y facilita la extracción de un molde completado. Sin embargo, características como desbordamientos, alimentadores cruzados y rebosaderos son necesarios para prevenir el flujo de material y fundiciones no deseadas en los agujeros. Los agujeros y ventanas están entre las cosas esenciales en la geometría de diseño. Afectan el flujo del metal fundido y juegan un papel vital en la calidad final del producto.

Símbolos

Los fabricantes siempre añaden logotipos de producto o nombres de marca en el diseño del molde en fundición a presión. Algunas fundiciones tienen una fecha para diferenciar un lote de otro. Aunque los símbolos no complican el proceso de diseño, pueden aumentar el coste de producción. Un logotipo en relieve requerirá un metal diferente para cada pieza fabricada, mientras que un símbolo hundido requerirá una menor cantidad de metal.

Espesor de Pared

Las fundiciones a presión tienen una pared delgada que no tiene reglas rápidas y duras para el espesor máximo y mínimo. Es necesario crear un espesor de pared uniforme en toda la pieza. La uniformidad proporcionará un flujo suave de metal al llenar y reducirá la distorsión resultante del enfriamiento y la contracción. El objetivo principal es que el molde de fundición a presión se llene antes del proceso de solidificación para prevenir lapsos en frío.

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Preguntas Frecuentes

¿Es la Fundición a Presión un Molde Permanente?

En el molde permanente, el metal fluye directamente a la cavidad desde el depósito. En la fundición a presión, el metal fundido es forzado a la cavidad bajo alta presión.

¿Qué es el Molde en la Fundición a Presión?

El molde consta de dos partes: el eyector y la parte estacionaria. Contiene el espacio que forma la dimensión y contorno de la fundición. El molde también se conoce como matriz (die), y están hechos de acero endurecido para cumplir con el requisito de forma de la pieza de fundición a presión.

¿Cómo se Fabrican los Moldes para Fundición a Presión?

La producción de moldes implica pasar un metal fundido bajo alta presión en una matriz metálica. La creación del molde ocurre en secciones para permitir una fácil extracción antes de colocarlos en máquinas de modo que uno sea extraíble y el otro fijo. El metal fundido pasaría por la cavidad y luego se solidificaría.