Fundición a Presión Explicada: Procesos, Materiales, Aplicaciones y Costes

El proceso de fundición a presión implica inyectar metal fundido con puntos de fusión bajos como zinc y aluminio en el molde de fundición a presión y permitir que se enfríe. Dependiendo del punto de fusión, ocurre bajo dos mecanismos diferentes (cámara caliente y cámara fría), y es adecuado para fabricar piezas de chapa metálica simples y complejas.

El proceso tiene un enfoque único y es responsable de fabricar muchas piezas metálicas usadas en la fabricación de productos de consumo e industriales. Sin embargo, antes de usar el proceso o externalizar a empresas que prestan tales servicios, debe adquirir un conocimiento exquisito sobre él. Por tanto, este artículo presentará la fundición a presión, su historia, mecanismos y las ventajas y desventajas del proceso.

¿Qué es la Fundición a Presión?

La fundición a presión es un proceso que implica fundir metales de bajo punto de fusión e inyectarlos en un molde ya hecho conocido como molde de fundición a presión. Un molde o herramienta proviene de acero fabricado para un solo proyecto usando procesos de fabricación como mecanizado CNC. En consecuencia, las piezas de chapa metálica fabricadas por fundición a presión tienen alta precisión, exactitud y repetibilidad.

Historia de la Fundición a Presión en la Fabricación

La fundición a presión se remonta a 1800 y fue una técnica importante en la industria de la impresión. En 1849, Sturges fabricó la máquina de fundición a presión manual operada a mano usada en impresión, haciéndola más precisa, creativa y persistente al fabricar diferentes formas complejas. Más tarde, en 1855, Otto Mergenthaler fabricó la máquina linotipo conocida por su mejor eficiencia y es una parte importante de la industria editorial.

La demanda de máquinas de fundición a presión creció en el siglo XIX debido a sus ventajas. En consecuencia, la fundición a presión se volvió popular en muchas industrias. Durante este período, hubo avances tecnológicos. Por ejemplo, el aluminio reemplazó al estaño y plomo debido a su mayor calidad. Además, el proceso original de fundición a presión de inyección a baja presión cambió a métodos de fundición a alta presión.

Según Grand View Research, la Industria de Fundición a Presión representa actualmente el 49,7% de las cuotas globales en 2016 debido a las bajas tasas de producción y consistencia.

Tipos de Procesos de Fundición a Presión

Los dos procesos de fundición a presión usados industrialmente son cámara caliente y cámara fría. Cada uno tiene sus peculiaridades y es aplicable en diferentes escenarios. A continuación se detalla lo que implican los dos tipos de procesos.

Fundición a Presión de Cámara Caliente

El proceso de fundición a presión de cámara caliente es el método perfecto para trabajar con materiales de bajo punto de fusión como zinc, estaño, plomo y aleaciones de magnesio. No es adecuado para aleaciones con un punto de fusión más alto ya que dañaría la bomba ya que la bomba contactaría directamente con el metal. Implica fundir el metal e inyectarlo en el molde usando presión de un sistema hidráulico.

Fundición a Presión de Cámara Fría

La fundición a presión de cámara fría es el método perfecto para trabajar con materiales de alto punto de fusión como el aluminio. Este proceso es ideal para tal metal ya que la alta temperatura necesaria para fundir el material puede dañar el sistema de bombeo.

El proceso implica cucharar el material fundido en una cámara fría antes de inyectarlo en el molde. El sistema hidráulico usado en un proceso de cámara fría es similar al del proceso de cámara caliente. Sin embargo, podría requerir una presión mayor que oscile entre 2000 y 20000 psi.

Pasos del Proceso de Fundición a Presión

Ya sea fundición a presión de cámara caliente o fría, el proceso estándar implica inyectar metal fundido en un molde bajo alta presión. A continuación se muestran los pasos intrincados del proceso de fundición a presión:

· Sujeción (Clamping)

El primer paso en la fundición a presión es la sujeción. Sin embargo, antes de eso, limpie el molde para eliminar impurezas y lubrique el molde para una mejor inyección y extracción del producto solidificado. Tras la limpieza y lubricación, sujete y cierre el molde con alta presión.

· Inyección

Funda el metal que desea inyectar y viértalo en la cámara de inyección. El procedimiento depende del proceso que use. Por ejemplo, la cámara de inyección es fría en la fundición a presión de cámara fría, mientras que es caliente para la de cámara caliente. Después, inyecte el metal en el molde bajo alta presión generada por un sistema hidráulico.

· Enfriamiento

Mientras está sujeto, deje que el metal se enfríe para solidificación. El material solidificado tendrá una forma similar al diseño del molde.

· Expulsión (Ejection)

Tras desbloquear el molde, un mecanismo de expulsión empujará la fundición sólida fuera del molde. Asegure una solidificación adecuada antes de expulsar el producto final.

· Recorte (Trimming)

Este es el paso final e implica la eliminación del metal sobrante en la entrada y canal encontrados en el producto terminado. El recorte es achievable usando un molde de recorte, sierra u otros procedimientos. Las piezas de metal removidas son reciclables y reutilizables en el proceso.

Aleaciones para Fundición a Presión

La mayoría de aleaciones usadas en fundición a presión son no ferrosas con fuertes propiedades mecánicas. La parte no ferrosa es responsable del bajo punto de fusión de acuerdo con las fuertes propiedades mecánicas. El tipo de propiedades necesarias depende del material trabajado. En consecuencia, no hay limitación al elegir un material. Sin embargo, a continuación se muestran varias aleaciones populares:

Aleaciones de Aluminio

Las aleaciones de aluminio tienen propiedades únicas, haciéndolas aplicables en la fabricación de una amplia gama de productos. Por un lado, la aleación de aluminio 380.0 es el material más común en fundición a presión debido a sus propiedades únicas. Otras aleaciones incluyen Aleaciones de Aluminio 360, 390 y 413. Puede usar aleaciones de aluminio por lo siguiente:

• Altas temperaturas de operación
• Excepcional resistencia a la corrosión
• Ligereza
• Muy buena resistencia y dureza
• Buena rigidez y relación resistencia-peso
• Excelentes propiedades de apantallamiento EMI y RFI
• Excelente conductividad térmica
• Alta conductividad eléctrica
• Buenas características de acabado
• Total reciclabilidad
• Soporta las temperaturas de operación más altas de todas las aleaciones de fundición
• Resistencia a la corrosión
• Mantiene alta estabilidad dimensional con paredes delgadas

Aleaciones de Zinc

Las aleaciones de zinc tienen increíble resistencia, tenacidad, firmeza, rendimiento y rentabilidad. Como resultado, son una parte importante del proceso de fundición a presión, con propiedades que rivalizan y superan otras aleaciones como aluminio, magnesio y bronce.

Hay muchas aleaciones de zinc que puede usar. Sin embargo, los materiales de zinc comunes para fundición a presión son Zamak #2, #3, #5, #7, ZA8 y ZA27, conocidos por las siguientes propiedades:

• Mejor fundibilidad
• Tiempo de ciclo acortado
• Vida útil del molde extendida
• Cualidades mecánicas ideales

Aleaciones de Magnesio

El magnesio es otro material usado para fundición a presión. Tiene muchas aleaciones, pero la más común es la AZ91D, conocida por su tenacidad, durabilidad, ligereza y buena fundibilidad. Es un 75% más ligero que el acero y un 33% más ligero que el aluminio sin pérdida de resistencia. La mayoría de entusiastas prefieren el magnesio ya que es mejor para fundiciones complejas con tolerancias ajustadas y tiene mejor resistencia a la corrosión.

Otras Aleaciones

Otras aleaciones adecuadas para fabricar piezas de fundición a presión incluyen Bronce, Latón, plomo y estaño.

• El estaño es el primer material usado en fundición a presión debido a su alta fluidez. Tiene un bajo punto de fusión y deja poco o ningún desgaste en los moldes.
• El bronce (bronce blanco) es el material de fundición a presión adecuado usado en la industria de la joyería. Tiene un color similar al oro blanco y aleaciones de acero inoxidable pero es adecuado para fundición a presión debido a su bajo punto de fusión.

Opciones de Acabado Superficial para Piezas de Fundición a Presión

La pieza fundida debe tener un buen acabado superficial que promueva durabilidad, protección o efecto estético. Hay diferentes opciones de acabado que puede usar para piezas de fundición a presión. Sin embargo, las elecciones se basan en el tamaño de las piezas fundidas y la aleación que está usando.

Pintura

La pintura es la técnica de acabado superficial más común ideal para muchos materiales. Puede ser para mayor protección o propósito estético.

El proceso implica aplicar lacas, pinturas o esmaltes con consideración especial para el metal usado. Antes de la adición, limpie la superficie del metal para eliminar impurezas como aceite (esto también ayuda en la adhesión), añada una pintura base (imprimación) y la pintura principal.

Recubrimiento en Polvo (Powder Coating)

El recubrimiento en polvo es otro acabado decorativo común que puede usar para su pieza de fundición a presión. Implica aplicar partículas cargadas en la superficie de la pieza de fundición a presión. Este proceso es ideal ya que oculta defectos menores en la superficie de fundición, tiene mejor control de espesor y es uniforme. En consecuencia, el producto se vuelve duradero, duro, alta anticorrosión y anti-rayaduras al completar el proceso. El recubrimiento en polvo es ecológico ya que no produce material tóxico peligroso.

Antiqueado (Antiquing)

Esta técnica de acabado superficial da a la fundición un aspecto antiguo, y es mayormente aplicable a fundiciones de zinc. La fundición se electroplatea con cobre u otras aleaciones y luego se cubre con un componente coloreado como sulfuro de cobre. La fundición se alivia (es decir, se eliminan algunas capas coloreadas para dar la capa subyacente de cobre) y luego se trata para prevenir el deslustre.

Recubrimiento Cerámico

El recubrimiento cerámico es un proceso decorativo e implica añadir cerámica en su forma de solución al exterior de una pieza. El proceso produce una capa delgada similar al anodizado. En consecuencia, los procedimientos de preparación de superficie son importantes antes de sus aplicaciones.

Plateado (Plating)

El plateado puede ser procesos electroless o electroplateado y es un método adecuado y barato para acabado de fundición a presión. Como la opción de recubrimiento cerámico, la capa de acabado es delgada. Por tanto, necesita un procedimiento de preparación de superficie antes de usarlo.

El plateado electroless usa químicos en lugar de electricidad para platear una pieza de fundición. La pieza fundida se coloca en un químico con propiedades reductoras. Cuando es catalizado por otros minerales, el químico se deposita en la fundición. El electroplateado es similar. Sin embargo, en lugar de ser catalizado por minerales, la catálisis ocurre al pasar una corriente a través del electrolito. Ambos métodos son ideales para propósitos estéticos. Aunque algunos entusiastas de la chapa metálica lo usan para mejorar la conductividad de algunas piezas.

Aplicaciones de Piezas de Fundición a Presión

El proceso de fundición a presión es aplicable en la creación de diferentes piezas y componentes que son verdaderamente únicos y altamente funcionales. A continuación se muestran algunas aplicaciones del proceso:

Fabricación de productos de consumo e industriales

El proceso es adecuado para fabricar productos de consumo como grifos de fregadero, pistones de compresor, bielas, disipadores de calor, etc.

Fabricación de productos automotrices

El proceso se usa en la fabricación de engranajes, cilindros, motores pequeños, acoples de mano, cajas de transferencia y más piezas específicas aplicables en vehículos.

Fabricación de piezas aeroespaciales

La fundición a presión es una solución rentable para producir componentes metálicos ligeros pero superiores que cumplen los altos estándares de calidad de la industria aeroespacial.

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Ventajas del Proceso de Fundición a Presión

La fundición a presión es un método importante de fabricación metálica debido a su producción de bajo coste y facilidad de operación. Sin embargo, hay otros beneficios de usar el proceso: Aquí están las ventajas del proceso de fundición a presión.

• Puede crear piezas complejas
• Fabricación de múltiples piezas sin necesidad de ensamblaje
• Reducción de costes laborales
• Espesores de pared variables
• Tolerancias más ajustadas
• Tiempos de ciclo de producción rápidos
• Elección de material reciclable

Desventajas del Proceso de Fundición a Presión

• No adecuado para metales con altos puntos de fusión
• No adecuado para piezas grandes de chapa metálica
• Alto coste del molde.
• Largo plazo de entrega.

Factores que Afectan los Costes de Fundición a Presión

Generalmente, la fundición a presión tiene una producción de bajo coste. Sin embargo, el coste depende de varios factores. A continuación se muestran algunos factores que puede considerar al ajustar lo mejor para su proyecto de fundición a presión en términos de coste.

· Selección de Material

El tipo de materiales que elija juega un papel enorme en el coste de la fundición a presión. Algunos materiales son costosos en valor. Además, el precio de los materiales de fundición a presión está aumentando generalmente aunque parezca errático.

· Coste de Producción

El coste de producción depende de tres factores importantes: el coste de herramental y coste de fundición a presión. Dependiendo de los procesos de producción que use, el enfoque tecnológico, el proceso de fabricación del molde y mantenimiento, el coste de herramental puede ser alto.

· Coste del Molde

El coste del molde depende del proceso de fabricación usado. Por ejemplo, al usar mecanizado CNC, las capacidades y ventajas del proceso contribuirán a un alto coste del molde.

· Coste de Operaciones Secundarias

Operaciones secundarias como el recorte también jugarán un papel en el coste de fundición a presión. Por tanto, el alcance, eficiencia y efectividad del coste de operaciones secundarias serán importantes en su coste.

· Coste de Acabado

El coste de acabado también depende del método de acabado que use. Por ejemplo, métodos como el electroplateado tendrán un coste de acabado más alto comparado con la pintura.

RapidDirect: Servicios de Fundición a Presión

La fundición a presión es un importante proceso de fabricación de chapa metálica conocido por su producción de bajo coste y eficiencia. El proceso es simple pero puede requerir poco conocimiento y experiencia, haciendo que externalizar al servicio adecuado como el nuestro sea un mejor enfoque.

En RapidDirect, tiene acceso a un equipo de ingenieros bien experimentados en servicios de fundición a presión. La experiencia de nuestro equipo nos pone en una mejor posición para asesorarle sobre el proceso de fundición a presión adecuado para su proyecto.

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Preguntas Frecuentes

¿Por qué se llama fundición a presión?

El proceso se llama fundición a presión debido a su uso de matrices (dies). Las matrices son los moldes de acero hechos mayormente por mecanizado CNC en los que inyecta el metal líquido. Tiene dos mitades: la mitad fija, que es estacionaria y unida a la máquina de fundición y la mitad eyectora que es móvil.

¿Cuál es la diferencia entre fundición en arena y fundición a presión?

La fundición en arena y la fundición a presión son ambos importantes procesos de fabricación metálica. La diferencia entre ambos procesos es el material usado para formar los moldes. Por un lado, el proceso de fundición a presión requiere un molde metálico. Por otro lado, la fundición en arena usa un molde hecho de arena. Además, la fundición a presión solo es adecuada para metales no ferrosos de bajo punto de fusión, mientras que la fundición en arena tiene un rango de soporte más amplio.

¿Cuál es la diferencia entre moldeo por inyección y fundición?

La fundición a presión y el moldeo por inyección tienen el mismo mecanismo, es decir, inyectar material fundido en un molde y dejar que se enfríe. Sin embargo, el moldeo por inyección usa plásticos como ABS, polipropileno, TPU, polietileno, mientras que la fundición a presión usa metales de bajo punto de fusión.