Fundición a presión de alta presión (HPDC): Dominando la producción de piezas metálicas complejas

La fundición a presión de alta presión es un proceso de fundición a presión que es altamente aplicable en industrias que fabrican piezas metálicas con diseños complejos. Además de su compatibilidad con cualquier diseño de producto, muchos fabricantes de piezas metálicas la consideran por su facilidad de operación, menor desperdicio de material y rentabilidad.

Si buscas el proceso correcto para tu proyecto de fundición a presión, la pregunta de "¿cómo puedo usar la fundición a presión de alta presión?" puede necesitar algunos insights. Como resultado, este artículo responderá hablando sobre el proceso, las máquinas usadas y su aplicación en la fabricación de piezas.

Concepto de fundición a presión de alta presión

La fundición a presión de alta presión (HPDC) es parte de los tres tipos principales de fundición a presión usados en la fabricación de piezas metálicas. Independientemente de la máquina, el proceso implica inyectar metales fundidos en un molde pre-diseñado a alta presión. Después, ocurre el enfriamiento y el metal fundido se solidifica y se remueve del molde. El ciclo continúa entonces.

El proceso de fundición a presión de alta presión a veces se confunde con la fundición a presión de baja presión (LPDC), otro tipo de fundición a presión. Sin embargo, ambos procesos son diferentes con sus ventajas y desventajas. A continuación, un resumen de lo que ambos implican.

• HPDC usa una máquina alineada horizontalmente
• Las máquinas HDPC inyectan el metal fundido a alta presión (1000 a 25000 PSI)
• Las máquinas LPDC tienen dos mitades de molde unidas a placas de máquina diferentes
• La fundición a presión de baja presión usa máquinas alineadas verticalmente
• Las máquinas LPDC inyectan el metal fundido a baja presión.

Materiales compatibles con la fundición a presión de alta presión

HPDC solo es aplicable en la fabricación de piezas metálicas, siendo los materiales más comunes aluminio, zinc y magnesio. A continuación, una breve introducción sobre los materiales compatibles para que sepas si quedarte con HPDC o usar otro.

1. Aluminio

El aluminio es el material HPDC más común – razón por la cual la fundición a presión de alta presión de aluminio es un proceso de fabricación popular en industrias como automotriz y aeroespacial.

Es muy común debido a sus propiedades inherentes. Además, el aluminio tiene un buen flujo al fundirse a alta presión pero requiere un sistema de cámara fría para fundiciones de alta calidad. Aleaciones de aluminio comunes usadas en el proceso son 380, 390, 412, 443 y 518.

Las piezas de aluminio HPDC son ampliamente aplicables en varias industrias debido a su ligereza, estabilidad dimensional, conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y resistencia térmica.

2. Magnesio

El magnesio es otro material HPDC popular conocido por su ligereza (más ligero que el aluminio) y alta mecanizabilidad. Son más adecuados para fundición a presión de cámara caliente debido a sus puntos de fusión más bajos. Aleaciones de magnesio comunes que puedes usar son AZ91D, AM60, AS41B y AE42.

3. Zinc

El zinc es el más amigable para fabricantes de los tres materiales HPDC comunes. Funciona mejor con un sistema de cámara caliente pero también es adecuado para un sistema de cámara fría. Aleaciones comunes de fundición a presión de zinc de alta presión incluyen Zamak 2, 3 y 5. Los materiales fundidos a presión de zinc son fuertes, duraderos y mecanizables.

Otros materiales compatibles incluyen cobre, plomo y aleaciones de estaño. Cada uno tiene sus propiedades únicas. Por lo tanto, debes verificar la función requerida y el entorno de uso antes de seleccionar. Es aún mejor consultar con un servicio de fundición a presión que realice el proceso sobre el material correcto.

Componentes de una máquina de fundición a presión de alta presión

Las máquinas de fundición a presión de alta presión usan dos sistemas diferentes: cámara fría y cámara caliente. Ambos sistemas usan casi los mismos componentes con funciones similares. Para un fabricante que quiere una máquina HPDC, a continuación hay algunos componentes de una máquina HPDC y sus funciones.

1. Molde de fundición a presión

Esta es la parte más importante de la hecha mayormente de acero usando un proceso como mecanizado CNC debido a la alta precisión, exactitud y tolerancia. Tiene un diseño que representa el producto previsto. Los moldes de fundición a presión tienen dos mitades (móvil y fija) unidas a la máquina. Ambas mitades se sujetan bajo fuerza cuando el operador inyecta metal fundido.

2. Pasadores expulsores

Estos componentes funcionan en la expulsión de la fundición a presión después de la solidificación. Están mayormente en la mitad móvil del molde.

3. Pistón

El pistón produce la presión que inyecta el metal fundido desde la cámara de soplado al molde. Dependiendo del tipo de máquina, puede ser automatizado.

4. Componentes de calentamiento

Los componentes de calentamiento son el elemento calefactor, termopar y cámara de soplado (ubicación del metal fundido). Funcionan en calentar el metal mientras almacenan y mantienen la temperatura del metal fundido. Los componentes de calentamiento están ausentes en el sistema de cámara fría.

5. Tubo de subida

Actúa como pasaje para el metal fundido hacia el molde de fundición a presión.

¿Cómo funciona el proceso de fundición a presión de alta presión?

La mayoría de entusiastas de la fundición a presión están de acuerdo que HPDC tiene cuatro procesos: preparación del molde, inyección, expulsión y post-tratamiento de fundición. A continuación, todo lo que necesitas saber sobre cómo funciona el proceso:

Paso #1: Preparación del molde

La preparación del molde incluye limpiar el molde para remover impurezas que pueden afectar la calidad de la fundición metálica. También incluye lubricar las paredes interiores del molde para una expulsión más fácil del molde y regulación de temperatura.

Paso #2: Inyección

Este paso implica inyectar el metal fundido en el molde. Sin embargo, el método de inyección depende del sistema de inyección de la máquina. Hay dos sistemas: cámara caliente y cámara fría. A continuación, una explicación de ambos métodos.

Sistema de inyección de cámara caliente

El sistema de inyección de cámara caliente es adecuado para trabajar con metales de bajo punto de fusión como zinc, magnesio y plomo. Implica fundir la pieza de metal en la máquina e inyectar el metal fundido al molde.

Sistema de inyección de cámara fría

La inyección de cámara fría implica verter el metal fundido en la cámara de soplado antes de inyectarlo en el molde. El sistema es adecuado para materiales con metales de alto punto de fusión, como aluminio y latón. Debido al alto punto de fusión del material, es necesario fundirlos fuera del sistema.

A continuación, algunos puntos clave sobre los dos sistemas:

• El sistema de inyección de cámara caliente es más rápido debido al paso extra del sistema de cámara fría de calentar el metal.
• La cámara caliente usa menos presión (1,000 – 5,000 PSI), a diferencia de los 1500 a 25000 psi de la cámara fría.
• El sistema de cámara fría puede usar inyección horizontal o vertical, mientras que el sistema de cámara caliente usa solo inyección horizontal.
• El sistema de inyección de cámara caliente es adecuado para fabricar piezas pequeñas e intrincadas debido a las restricciones de tamaño de la máquina.

Paso #3: Remoción de la pieza

Al enfriarse, el metal fundido se solidifica. Después, el operador usa el pasador expulsor para liberar la cavidad del molde y empujar hacia afuera las fundiciones solidificadas.

Paso #4: Recorte

El recorte es necesario para remover el material extra encontrado en la fundición y el molde. Hay muchas formas de recortar los materiales extra. Las comunes incluyen usar un troquel de recorte y sierra. Los materiales extra son reutilizables y reciclables. Como resultado, el proceso es rentable.

Ventajas de las fundiciones a presión de alta presión

La fundición a presión de alta presión tiene amplias aplicaciones industriales debido a sus ventajas. A continuación, algunas razones por las que deberías considerar usar el proceso para tu proyecto:

1. Tasas de producción más altas

La etapa de inyección es la etapa más crucial de HPDC y es rápida. Por lo tanto, HPDC tiene una alta tasa de producción. Como resultado, el proceso es importante en prototipado rápido, especialmente para fabricación de alto volumen. También es más rápido que LPDC y otros métodos de fundición.

2. Fundiciones a presión de alta presión de calidad

Las fundiciones hechas usando HPDC tienen alta precisión dimensional, buen acabado superficial y excelente uniformidad. También retienen las propiedades mecánicas del material original y rara vez necesitan mecanizado adicional.

3. Productos de pared delgada

La fundición a presión de alta presión puede obtener un espesor de pared delgado de menos de 0.40mm. También te permite añadir insertos (o piezas co-fundidas), reduciendo así el número de componentes durante el ensamblaje.

4. Lograr diseño complejo

HPDC es adecuado para fabricar productos con formas de molde complejas debido a la flexibilidad en el diseño de molde de fundición. Como resultado de la flexibilidad, es más fácil ensamblar las piezas producidas.

5. Moldes duraderos

Los moldes de fundición a presión usados en HPDC son altamente duraderos, haciéndolos útiles en múltiples ciclos de producción. Debido a su durabilidad, hay una reducción en el coste por unidad de fundiciones a presión.

Cuándo NO deberías considerar fundiciones a presión de alta presión

Aunque HPDC presume ventajas únicas, hay dos situaciones donde no es ideal. Si caes en esta categoría, asegúrate de hablar con una empresa de prototipado rápido sobre posibles procesos de fabricación. Puedes ver aquí sobre las ventajas y desventajas de la fundición a presión.

Presencia de aire

HPDC no es el material correcto para productos que no deben tener bolsas de aire. Debido a la alta presión usada, el atrapamiento de aire en el molde puede ocurrir durante la etapa de inyección. Como resultado, esto llevará a porosidad, y tales piezas no deben someterse a tratamiento térmico ya que esto puede causar ampollas superficiales. Si aún crees que la fundición a presión es el método correcto, puedes cambiar a fundición a presión de baja presión.

Costes iniciales de puesta en marcha

Configurar una máquina HPDC personal requiere una enorme inversión. Una razón por la que muchas personas y empresas consideran externalizar a un servicio de fundición a presión.

Aplicación del proceso de fundición a presión de alta presión

HPDC tiene amplias capacidades industriales, por lo tanto sus aplicaciones en las siguientes industrias:

1. Industria automotriz

La industria automotriz usa HPDC para fabricar bloques de motor, carcasa de caja de cambios, soportes de motor y otras piezas estructurales de vehículos. Estas piezas tienen un diseño complejo y requieren alta precisión. También son adecuadas por su compatibilidad con materiales como aluminio y magnesio

2. Industria médica

Piezas médicas como equipos de imagen de alta producción y bombas de infusión se fabrican usando máquinas HPDC. Es el proceso favorito debido a su productividad, compatibilidad de materiales y necesidad de compatibilidad con diseño de producto complejo.

3. Industria aeroespacial

La industria aeroespacial también usa HPDC en la fabricación de productos como piezas de motor. Aquí la fundición a presión de alta presión de zinc, magnesio y aluminio son comunes debido a sus propiedades.

¿Debería externalizar o conseguir una máquina de fundición a presión de alta presión?

Elegir entre externalizar y conseguir una máquina HPDC depende de tu negocio, el tamaño del proyecto y capacidades de inversión.

Pequeñas y medianas empresas deberían externalizar a servicios de fundición a presión independientemente de su tamaño de proyecto. Para grandes empresas, el deseo de maximizar ganancias determinará tu elección ya que HPDC tiene un alto coste de puesta en marcha, mantenimiento y operación.

La externalización a un servicio de fundición a presión solo debe ocurrir después de verificar varios factores, el más importante siendo la capacidad de fabricación, precios y calidad. En WayKen, nuestras plantas de fabricación e instalaciones avanzadas nos permiten fabricar piezas de fundición a presión de alta calidad y rentables. Usa nuestra cotización en línea y obtén un análisis DFM gratis. Además, disfrutas de tiempo de entrega rápido y precios competitivos de mercado.

Conclusión

La fundición a presión de alta presión es un proceso de fabricación común en industrias que usan piezas metálicas sólidas con diseños complejos. Ofrece facilidad de operación, menos desperdicio de material y rentabilidad. Este artículo habló sobre el proceso y su aplicación en la fabricación de piezas. ¿Necesitas piezas metálicas de alta calidad fabricadas usando fundición a presión? Déjanos ayudarte a empezar.

Preguntas frecuentes

¿Por qué usas mecanizado CNC para molde de fundición a presión?

El mecanizado CNC es el proceso de fabricación de moldes más común debido a su precisión, exactitud y alta tolerancia. El molde requiere un proceso que pueda entregar altos detalles. Así que el mecanizado CNC es un proceso común para hacer moldes de fundición a presión.

¿Es la fundición a presión de alta presión para plásticos?

No, necesitas usar moldeo por inyección para polímeros plásticos. La fundición a presión es moldeo por inyección para metales.

¿Cuál es la diferencia entre fundición a alta presión y fundición por gravedad?

La fundición a alta presión es un tipo de proceso de fundición a presión, es decir, inyecta usando presión. Por otro lado, la fundición por gravedad implica llenar el molde con metal fundido bajo la influencia de la gravedad.