Defectos en Fundición a Presión: Tipos, Causas y Técnicas de Prevención Comprobadas

El proceso de fundición a presión implica aplicar alta presión a metal fundido, un proceso similar al moldeo por inyección de plástico. Sin embargo, la fundición a presión es compleja, y muchos factores pueden comprometer la calidad de los productos fundidos. Los defectos de fundición a presión son ahora una preocupación importante debido al control laxo de materias primas, planificación inadecuada de proceso y producción, y otros.

Consecuentemente, la incapacidad para resolver adecuadamente estos defectos de fundición afectará la calidad de los productos finales. Sin embargo, una cosa esencial a tener en cuenta es que puede no ser posible evitar todos los defectos durante el proceso de fundición a presión. En tales casos, los diseñadores pueden tener que modificar el diseño del molde.

Por tanto, analizaremos los diversos tipos de defectos de fundición en este artículo, detallando sus causas, soluciones y cómo prevenirlos. ¡Entremos en materia!

Defectos de Fundición a Presión: Tipos, Causas y Soluciones

Aquí cubriremos los diversos defectos de fundición a presión y sus remedios. Estos defectos a menudo ocurren debido a llenados incorrectos o una fase de solidificación inadecuada, y hay dos categorías principales:

Defectos Internos de Fundición a Presión

Estos tipos de defectos de fundición son difíciles de encontrar y debilitan la resistencia estructural de los componentes. Los dos principales defectos internos de fundición son:

1. Porosidad por Gas

Esto implica la formación de burbujas en la fundición tras el enfriamiento. Verá las porosidades por gas como estructuras redondas u ovaladas en el cuerpo de las piezas de fundición a presión, y también tienen superficies lisas, blancas brillantes o amarillas.

La mayoría de los metales sólidos no pueden retener una gran cantidad de gas disuelto, pero los metales líquidos sí. Como resultado, el gas en el metal sólido forma vacíos o burbujas dentro de la fundición a medida que se enfría. Esto ocurre a menudo durante la fase de solidificación, y puede notar algunos agujeros dentro de la fundición. Dependiendo de la gravedad de la porosidad por gas, puede llevar a otros tipos de defectos y aumentar las tasas de desecho.

Causas:

• Hidrógeno liberado de aleaciones de metal fundido – Temperaturas de fundición más altas a menudo conducen a mayor solubilidad de hidrógeno en aleaciones de metal fundido. El enfriamiento y solidificación involucrados en la fundición a presión reducen la solubilidad del hidrógeno y lo liberan del metal fundido. Como resultado, ocurren porosidades por gas.
• Gases involucrados en el proceso de llenado de la aleación metálica – El proceso de fundición a presión implica llenar aleación metálica fundida en moldes a alta velocidad y presión. Por tanto, pueden ocurrir turbulencias si la aleación líquida no puede fluir de forma estable y ordenada, llevando a porosidades por gas.
• Gases de agentes desmoldeantes – Los agentes desmoldeantes suelen descomponerse y liberar gases al calentarse por la aleación metálica fundida. Consecuentemente, la volatilización de gas puede ocurrir debido al uso excesivo de agentes desmoldeantes.

Soluciones:

• Controle el proceso de fundición fundiendo la materia prima en vacío bajo fundente o alrededor de un gas de baja solubilidad para evitar que el aire alcance el metal fundido.
• Asegúrese de usar un lingote de aleación metálica limpio y seco.
• Use parámetros de fundición a presión discernibles, incluyendo velocidad de inyección.
• Una entrada (sprue) y canal (runner) de longitud suficiente ayudarán a que la aleación fundida fluya de forma estable y descargue gases fácilmente.
• Seleccione agentes desmoldeantes de alta calidad y use una cantidad razonable.

2. Porosidad por Contracción

La porosidad por contracción se forma durante el proceso de enfriamiento y solidificación de la fundición, y las aleaciones metálicas se contraen al enfriarse. Por tanto, hay una alta posibilidad de que este defecto ocurra sin las precauciones adecuadas. Sin embargo, se convierte en un defecto cuando la contracción desigual deforma la forma o crea agujeros en la fundición.

La porosidad por contracción puede ocurrir como contracción abierta, deformación y contracción cerrada, afectando la tensión del metal. Vería este defecto como bordes angulares, y también pueden venir con grietas o fracturas dendríticas.

Causas:

• Diseño irrazonable del sistema de refrigeración.
• Apertura del molde demasiado temprana.
• Uso de una temperatura de colada extremadamente alta.

Soluciones:

• Mejore la estructura general de la fundición.
• Rediseñe el sistema de alimentación (compuerta) para tener alimentadores que permitan un flujo continuo de metal fundido.
• Inserte enfriadores internos, serpentines de refrigeración o nervios para aumentar la disipación de calor.
• Ajuste la temperatura de fundición para reducir los déficits de volumen totales.

3. Inclusiones

Estos son agujeros de forma irregular dentro de la fundición o en su superficie. Con las inclusiones, hay partículas no deseadas de arena, material, escoria o producto de desoxidación en la fundición metálica. Las inclusiones pueden afectar las funciones mecánicas de la fundición metálica, y pueden identificarse usando rayos X o UT.

Causas:

• Impurezas del metal debido a purificación inadecuada o contaminación por basura.
• Baja pureza de la carga del horno.
• Interacción del metal con la atmósfera circundante o con la superficie del molde.
• Inclusión de demasiado grafito en agentes desmoldeantes.

Soluciones:

• Asegúrese de que la carga del horno sea pura.
• Purificación adecuada del metal líquido con eliminación completa de escorias.
• Limpie adecuadamente la cavidad del molde y los cucharones.
• Si los agentes desmoldeantes contienen grafito, asegure una mezcla y agitación uniforme.

Defectos Superficiales de Fundición a Presión

Estos tipos de defectos de fundición son a menudo visibles y destruyen la superficie del componente y su calidad estética. Incluyen:

1. Grietas (Cracks)

Las grietas ocurren cuando el material se rompe debido a tensiones internas y externas del material. Aparecen como patrones irregulares o lineales en las superficies de fundición a presión. La primera grieta ocurre durante el proceso de enfriamiento y solidificación.

Ocurre porque los materiales de geometría de cavidad no pueden contraerse en su estado natural. Como resultado, la tensión residual genera grietas o deformaciones en el molde. La segunda forma de grieta ocurre debido a fuerza externa en el componente. Las fuerzas provienen de la fase de corte o del molde durante la expulsión de la pieza.

Las grietas son resultado de elementos de aleación inadecuados contenidos en la aleación de moldeo. Así, desea usar los elementos de aleación correctos durante la fundición. Además, optimizar la estructura del componente y asegurar un espesor de pared uniforme prevenirá este defecto. Una expulsión equilibrada de la pieza de fundición a presión también es una buena solución para este defecto de fundición.

2. Lapse en Frío (Cold Shut)

Aquí hay líneas lineales irregulares en la superficie de la fundición. Las líneas son estrechas y pequeñas, con bordes lisos que podrían extenderse con fuerzas externas. Los defectos de lapso en frío en fundición a presión ocurren cuando hay una fusión inadecuada de dos frentes de metal líquido en la cavidad del molde. Consecuentemente, queda un punto débil en el componente.

Baja temperatura de fundición, baja velocidad de inyección, diseño irrazonable del sistema de alimentación y mala fluidez de la aleación son algunas de las causas de lapso en frío. Las inspecciones visuales le ayudarán a descubrir este defecto. Una buena forma de evitar el lapso en frío es aumentar las temperaturas del molde y del metal fundido. También puede cambiar el tamaño y posición de la compuerta mientras aumenta la velocidad del émbolo.

3. Grietas en Red (Network Cracks)

Las grietas en red aparecen como depresiones y protuberancias en forma de cabello o red en la superficie de la pieza fundida a presión. La protuberancia del molde se extiende con un aumento en los ciclos de fundición a presión. Puede ocurrir debido a una cavidad de molde rugosa, alta temperatura de llenado, material de fundición inadecuado y tratamientos térmicos inadecuados.

Su material de molde de fundición a presión y proceso de tratamiento térmico deben ser adecuados para evitar este defecto. Además, debe asegurar un calentamiento uniforme y suficiente del molde para eliminar tensiones internas. El equilibrio térmico de la cavidad del molde debe asegurarse con métodos de refrigeración adecuados. Quiere un buen nivel de rugosidad para el proceso de fundición a presión. Por tanto, debe pulir regularmente la cavidad del molde y el sistema de alimentación.

4. Rayaduras y Soldadura (Drags and Soldering)

Las rayaduras son defectos que ocurren paralelos a la dirección de apertura del molde. Aparecen como rayas en la superficie de los componentes de fundición. La soldadura resulta de la adherencia anormal de la cavidad del molde y la aleación metálica. Aparece como exceso o falta de material en algunas áreas del componente.

Estos defectos en fundición a presión son causados por aleación fundida sobrecalentada, daño en la superficie de la cavidad del molde, o ángulos de desmoldeo insuficientes. Un mecanismo de inyección irrazonable y mala calidad de agente desmoldeante también pueden causar estos defectos.

Por tanto, lo mejor sería usar agentes desmoldeantes de alta calidad y optimizar su mecanismo de eyección. Si hay daños en la superficie de la cavidad del molde, asegúrese de hacer reparaciones adecuadas. También puede ajustar la dirección de la compuerta para mantener los núcleos del molde en las condiciones correctas.

5. Rebabas (Flashes)

Este defecto de fundición a presión da formas de lámina metálica delgada e irregular en la pieza fundida. Algunas de sus causas incluyen alta velocidad de inyección, alta temperatura de llenado, basura sucia en la superficie de partición, y fuerza de sujeción insuficiente del molde. Por tanto, debe usar los parámetros de proceso correctos y asegurar un mantenimiento regular del molde para prevenir este defecto.

6. Ampollas (Blisters)

La fundición a presión implica comprimir el aire en la máquina y expulsar la pieza del molde con una válvula de vacío, desbordamiento o ventilación. El aire que queda dentro se disolverá en el metal fundido con una distribución uniforme. Las turbulencias hacen que el aire se concentre, causando una cavidad de alta presión: ampollas.

Este defecto en fundición a presión permanece oculto si la temperatura del componente es baja, reduciendo así la resistencia del componente. En un caso donde la temperatura es alta, notará burbujas en la superficie. Por tanto, sus parámetros de fundición a presión deben ser adecuados. También debe optimizar su sistema de alimentación para asegurar un rendimiento de ventilación adecuado.

7. Deformación

Esto ocurre cuando la forma de la pieza final no coincide con el dibujo. La deformación ocurre debido a extracción inadecuada de la compuerta, mal diseño de fundición, apertura prematura del molde, mecanismos de eyección inadecuados y arrastres durante la expulsión de la fundición.

Por tanto, debe asegurar que elige un mecanismo de extracción de compuerta adecuado. Además, ajuste el tiempo de apertura del molde para asegurar rigidez. Optimizar diseños de fundición estructurales y eliminar factores de desmoldeo desfavorables también ayuda a prevenir este defecto.

8. Marcas de Flujo (Flow Marks)

Estas son rayas y líneas no direccionales en la superficie de la pieza de fundición a presión que difieren en color de la base de la fundición. El metal líquido que entra en la cavidad a menudo forma una capa delgada e incompleta que puede llenarse con metal fundido. Este llenado deja rastros en el componente.

Otras causas de marcas de flujo incluyen baja temperatura del molde, baja presión de llenado, exceso de lubricante o agente desmoldeante, y área transversal pequeña. Por tanto, debe aumentar la temperatura del molde, ajustar la velocidad de inyección, área transversal y otros parámetros de fundición.

9. Llenado Corto (Short Filling)

En este defecto en fundición a presión, algunos materiales podrían faltar en el área de superficie de la fundición. Ocurre debido a mala fluidez de la aleación metálica, baja temperatura de llenado, baja presión de inyección, malas condiciones de llenado y uso excesivo de lubricantes.

Una buena forma de evitar el llenado corto es eligiendo la aleación metálica adecuada. También ayudaría si aumenta la temperatura del molde y de llenado, así como la velocidad y presión de inyección. Mejorar el diseño del sistema de alimentación y la desviación del flujo de metal líquido también ayudará a prevenir el llenado corto.

10. Laminaciones

Las laminaciones provienen de la superposición de dos capas separadas durante el proceso de llenado. Estos defectos en fundición a presión son difíciles de detectar. Aparecen después de operaciones de pre-acabado como chorro de arena y tumbado.

El impacto entre la fundición y los insertos durante estas fases causa el levantamiento de las capas de zinc. Como resultado, la suciedad y fluidos pueden ocultarse en el medio de estas capas. Las sustancias ocultas pueden mostrarse en la superficie durante procesos de acabado superficial como galvanizado y pintado, empeorando el resultado.

11. Hundimientos (Sinks)

Estos son depresiones en la superficie de la fundición junto con las áreas de pared gruesa. Los hundimientos son causados por la baja presión de inyección, espesor de pared de fundición no uniforme, sobrecalentamiento parcial del molde, y tiempos cortos de mantenimiento de presión.

Puede asegurar un espesor de pared uniforme optimizando diseños de fundición. Además, puede prevenir hundimientos mejorando el rendimiento de ventilación de la cavidad del molde y aumentando la presión de inyección. Aumentar el tiempo de mantenimiento de presión también es un método efectivo.

Consejos para Evitar Defectos de Fundición a Presión

Los defectos de fundición a presión ocurren por diversas razones. Una buena guía de diseño de moldeo será efectiva. Sin embargo, los siguientes consejos de 'primer principio' le ayudarán a evitar estos defectos:

Un Sistema de Calificación Efectivo

Un sistema de calificación efectivo le dirá si está reduciendo defectos o la situación empeora. El sistema de calificación le ayudará a saber si necesita correcciones. Esto es importante porque quiere abordar el defecto antes de que alcance el nivel crítico.

La porosidad por gas, contracciones e inclusiones son defectos mayores en fundición a presión que requieren juicio para conocer su gravedad. Como no puede mejorar algo sin medirlo, necesita un sistema de calificación efectivo para evitar estos defectos.

Espesor de Pared Adecuado

El espesor de pared juega un papel importante en los defectos de fundición, con diferentes paredes produciendo diferentes resultados. Una pared delgada hará que la aleación metálica se congele, aumentando la deformación. El espesor mínimo de pared para magnesio y aluminio es 1,5 – 2,5 mm, y 1,0 mm para zinc.

Tiempo de Llenado Adecuado

El tiempo de llenado comienza cuando la aleación llega por primera vez a la compuerta y termina cuando la cavidad está llena. Aquí hay una guía para el tiempo máximo de llenado para la mayoría de fundiciones:

Aleación	Pared delgada <2mm	Pared media >2mm
Aluminio ~2kg	0,09 segundos	0,1 segundos
Zinc ~1,4kg	0,03 segundos	0,05 segundos
Magnesio ~1kg	0,02 segundos	0,03 segundos

Puede predecir el tiempo de llenado correcto usando el cálculo PQ2. El cálculo predice cambios en velocidades de compuerta y tiempos de llenado cambiando cualquiera de estos:

• Área de la compuerta
• Tamaño del émbolo
• Presión hidráulica de la máquina
• Ajuste de velocidad del émbolo

Patrón de Flujo de Metal Adecuado

El factor clave en el diseño de la compuerta es el flujo de metal, que es una función de los estándares de diseño. Estos sencillos pasos le ayudarán a usar el patrón de flujo de metal correcto:

• Use el cálculo PQ2 para determinar el tamaño de la compuerta y el émbolo, asegúrese de usar el tiempo de llenado correcto, velocidad de compuerta y presión de cavidad
• Luego divida la fundición en zonas
• Divida las compuertas para que cada zona se llene al mismo tiempo
• Fluya a través de la fundición
• Evite mezclar defectos de fundición

Temperatura del Molde Adecuada

Tiene que usar la temperatura correcta para evitar defectos de fundición. Las bajas temperaturas enfrían el metal líquido y pueden afectar la superficie aumentando la porción solidificada. Un alto porcentaje de metal sólido hace que la corriente sea rígida y no se mezcle bien. Como resultado, puede haber flujo en frío, llevando a defectos.

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Comprender los defectos de fundición a presión y sus causas es vital para asegurar la calidad de la pieza. Sin embargo, hay mucho más que saber, por lo que es mejor asociarse con un experto en fundición a presión. RapidDirect ofrece los mejores servicios personalizados de fundición a presión con materiales de primera, técnicos profesionales y procesos de vanguardia.

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Preguntas Frecuentes

¿Cómo Puede Reducir los Defectos de Fundición?

Puede evitar defectos de fundición usando un sistema de calificación efectivo. Usar el espesor de pared, temperatura del molde y patrón de flujo de metal adecuados también son soluciones efectivas.

¿Para Qué Sirve la Fundición a Presión?

El proceso de fundición a presión es popular para fabricar componentes en la industria automotriz. Diseñadores y fabricantes también usan este proceso para hacer herrajes decorativos y otros componentes más pequeños.

¿Cómo Eliminar la Porosidad en Fundiciones?

Un buen diseño de molde le ayudará a deshacerse de la porosidad por gas. También puede eliminar este defecto añadiendo nitrógeno al metal de aluminio antes de verter. Una entrada y canal de longitud suficiente asegurarán un flujo de aleación estable para descargar gases fácilmente.