Fundición a Presión de Aluminio Explicada: Fabricación de Piezas de Precisión

Última actualización: 28 de abril de 2022

Existen muchos métodos de fundición de metales utilizados desde hace siglos; algunos se remontan a más de 5000 años. Uno de los métodos más modernos y eficaces es la fundición a presión (die casting).

La fundición a presión es un método de fundición de metal que consiste en verter metal fundido en una cavidad de molde para que se solidifique adoptando la forma del molde. Esta técnica de conformado permite versatilidad en tamaño y forma de la pieza, incluso para geometrías complejas con cavidades internas o secciones huecas.

La fundición no es exclusiva de metales; también se usa para materiales no metálicos como vidrio, cerámica y plástico. La mayoría de las piezas de fundición a presión se hacen con metales no ferrosos como zinc, aluminio, cobre, magnesio y plomo. Este artículo detalla las ventajas y particularidades de la fundición a presión de aluminio para ayudarle a elegir el mejor material para sus piezas de aluminio.

La fundición a presión de aluminio es uno de los métodos más extendidos, usado en todas las industrias principales para fabricar componentes aeroespaciales, electrónicos, de vehículos, etc. Veamos cómo funciona.

¿Qué es la Fundición a Presión de Aluminio?

La fundición a presión de aluminio es un método para crear piezas de aluminio con buena textura o superficie lisa, acabado superficial de calidad y alta estabilidad dimensional. Las razones por las que se usa aluminio para fundición son:

• Es ligero y muy estable para formas complejas y paredes delgadas.
• Tiene alta conductividad térmica y eléctrica.
• Presenta buena resistencia a la corrosión.
• Mantiene su resistencia a temperaturas muy elevadas.

De los dos tipos básicos de máquinas de fundición a presión —cámara caliente y cámara fría—, las fundiciones de aluminio se procesan en máquinas de cámara fría. Debido a que la aleación de aluminio retiene su resistencia incluso a temperaturas muy altas, requiere alta presión.

Por tanto, el metal se funde en un horno separado antes de alimentar la máquina de cámara fría. La máquina fuerza el metal fundido en el molde mediante un émbolo presurizado.

¿Cómo Funciona la Fundición a Presión de Aluminio?

Como todo proceso típico de fundición a presión, la de aluminio implica verter aluminio líquido en un molde (matrices) y dejar que se solidifique en la forma deseada. Las matrices constan de al menos dos mitades para permitir la extracción de las piezas. La forma de las matrices influye en las formas complejas y características intrincadas de la fundición.

El proceso se desglosa en 9 pasos:

1. Los lingotes de aleación de aluminio se exponen a altas temperaturas hasta fundirse.
2. Las dos mitades del molde se limpian y lubrican antes de cerrarlas.
3. Se prepara el molde usando dos matrices de acero mecanizadas con la forma deseada y cerradas por una prensa de fundición.
4. El aluminio fundido se inyecta en la cavidad a alta presión, permitiendo su solidificación.
5. El proceso de transferencia del metal fundido a una cámara antes de la inyección depende de si se usa máquina de cámara fría o caliente.
6. Las máquinas de cámara fría se usan para aleaciones con puntos de fusión altos como aluminio, magnesio, etc. Por tanto, la fundición de aluminio se hace en cámara fría donde el metal se vierte en la cámara en lugar de ser bombeado por cilindros hidráulicos.
7. La fundición caliente se deja enfriar y solidificar. El metal fundido llena la cavidad adoptando la forma del diseño del molde.
8. Las dos mitades se separan y la pieza es expulsada.
9. Finalmente, el material excedente adherido a la fundición se recorta mediante operaciones secundarias como sierras, corte, etc.

La fundición de aluminio es uno de los procesos de fundición a presión de alta presión más rápidos y precisos. La pieza recuperada tiene buena textura, alta dureza, buena resistencia a la corrosión y requiere acabado superficial mínimo. Las matrices de acero son reutilizables, a diferencia de los moldes de arena, por lo que la fundición a presión de aluminio es el método más viable para producción en alto volumen de piezas de aluminio.

Aleaciones de Aluminio para Piezas de Fundición a Presión

Las aleaciones más usadas son A360, A380, A383 y A413. Cada una tiene sus ventajas y la elección depende de los requisitos de diseño. A continuación se resumen algunas propiedades:

¿Requiere la Fundición de Aluminio Acabado Posterior?

Una vez extraída la pieza del molde, aún requiere acabado para mejorar estética y propiedades funcionales. Estos toques pueden añadir brillo, alta resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste o protección frente a exposición ambiental.

Sin embargo, una pieza de fundición a presión de aluminio requiere acabado mínimo o nulo porque ya tiene un acabado superficial muy bueno para los estándares de fundición. Las imperfecciones menores se corrigen fácilmente con lijado (uso de material abrasivo como arena para alisar la superficie).

Otros procesos como granallado (shot peening) y recubrimiento en polvo también pueden aplicarse para mejorar resistencia al desgaste y añadir capa protectora respectivamente.

Ventajas de las Piezas de Fundición a Presión de Aluminio

La fundición de aluminio es uno de los procesos preferidos globalmente. Es la mejor alternativa económica a otros procesos. Las principales razones por las que las piezas son excepcionales:

• El aluminio, al ser una aleación ligera, permite fabricar piezas ligeras sin comprometer su resistencia.
• Versatilidad para producir piezas de paredes delgadas, simples o complejas, con buena precisión.
• Las piezas son bien texturizadas o lisas según requisitos.
• Al ser el proceso muy rápido, permite producir decenas de miles de piezas en menos tiempo y coste.
• Esta producción en masa es muy rentable frente a otros procesos de fundición a presión.
• Las piezas son altamente resistentes a la corrosión y excelentes conductoras de calor y electricidad.

Fundición a Presión de Aluminio vs Fundición en Arena vs Fundición al Vacío

La elección del método depende de las características de diseño requeridas para una pieza específica. Cada método tiene sus beneficios únicos.

Fundición a Presión de Aluminio

Implica inyección a alta velocidad de aluminio en la cavidad del molde a alta presión. El proceso es muy eficiente y rápido, ideal para alto volumen. La fundición tiene buen acabado y requiere acabado mínimo. Por su ligereza, el aluminio es preferido para piezas de pared delgada sin comprometer resistencia.

El aluminio tiene alto punto de fusión, por lo que se procesa en máquina de cámara fría. Sin embargo, debido a la inyección a alta presión, la fundición puede sufrir atrapamiento de gas que causa porosidad.

Fundición en Arena

Consiste en verter metal fundido en moldes de arena sin aplicación de presión. Es el método más antiguo y común de bajo coste para fabricar brutos o piezas complejas como bloques de motor, cigüeñales y culatas. Como el molde de arena se rompe para extraer la pieza, es un proceso muy lento y no apto para producción en serie.

Fundición al Vacío

Es un método avanzado que usa vacío para atraer el líquido al molde. Permite evitar el atrapamiento de aire en la cavidad y eliminar gases disueltos que causan porosidad en la superficie.

Permite fundir secciones delgadas con buen acabado, mejorando propiedades mecánicas y reduciendo necesidad de mecanizado adicional. Sin embargo, la estructura de sellado del molde es compleja y el coste total del proceso es alto.

Consejos de Diseño para Piezas de Aluminio Fundido a Presión

Para lograr los mejores resultados, considere estos factores importantes:

Selección de Material

Como se discutió, hay diferentes aleaciones de aluminio disponibles comercialmente. Según sus requisitos de diseño, elija considerando propiedades como dureza, resistencia, conductividad, punto de fusión, fluidez y estanqueidad a presión. Sea muy cuidadoso con la elección para lograr las características deseadas.

Margen de Mecanizado

Para asegurar que la fundición retenga sus propiedades y tenga densidad uniforme, debe mantenerse un margen de mecanizado adecuado. Es el material extraíble de una pieza fundida terminada. Un margen demasiado pequeño causa defectos superficiales; uno demasiado grande aumenta el tiempo de entrega. Un margen equilibrado es clave para resultados óptimos.

Contracción Durante el Diseño

La contracción es una consideración importante en cualquier proceso de fabricación. Todo material, incluido el metal, se contrae durante el enfriamiento o solidificación. Como las zonas más gruesas se contraen más que las delgadas, considere hacer secciones delgadas en su diseño para evitar superficies porosas e irregulares.

Espesor de Pared

Lograr espesor uniforme en componentes fundidos de aluminio es complicado. Las paredes delgadas son muy demandadas por menor coste de material y ligereza. Sin embargo, un ligero desequilibrio en la uniformidad del espesor puede afectar la resistencia del componente.

Resistencia de la Pieza

Como se mencionó, diferentes aleaciones están en un espectro distinto de resistencia. Por tanto, seleccione cuidadosamente la aleación para la resistencia requerida. Otro factor que impacta la resistencia es la técnica de fundición. Generalmente, la fundición al vacío es excelente para mejorar la resistencia y minimizar la porosidad superficial.

Proceso de Ensamblaje

Es importante planificar correctamente el ensamblaje de las piezas para evitar deficiencias en el diseño de la fundición. Como el ensamblaje de diseños simples difiere de los complejos, identifique y planifique bien el proceso requerido.

Apariencia del Diseño

Según los requisitos estéticos del componente, si la apariencia importa, se pueden realizar procesos de acabado como electrochapado, granallado o chorro de arena. Estas técnicas mejoran el aspecto sin comprometer durabilidad y características.

Conclusión

La fundición a presión de aluminio es un método muy viable, rentable y de alta precisión para producción en serie de piezas complejas. La elección de material y método depende de las características de diseño deseadas. Por tanto, considere todos los aspectos y planifique eficazmente para lograr resultados óptimos.

WayKen ofrece servicios de fundición a presión para cada cliente para resolver problemas de fundición de aluminio. Si tiene piezas metálicas (ej. componentes de aluminio) o proyectos de producto, no dude en contactarnos con nuestro equipo experimentado.

Preguntas Frecuentes

1. ¿Es el aluminio bueno para fundición a presión?
   Sí, el aluminio tiene alta conductividad eléctrica y térmica y es resistente a la corrosión. Su baja densidad y buenas propiedades mecánicas y térmicas lo convierten en una buena aleación para fundición a presión.
2. ¿Qué resistencia tiene el aluminio fundido a presión?
   Una pieza de aluminio fundido a presión, aunque no tan fuerte como una de acero, es muy fuerte y duradera comparada con fundición en arena y fundiciones de magnesio o zinc.
3. ¿Se puede fundir acero a presión?
   Sí. Sin embargo, es un metal ferroso y contiene hierro, por lo que no es resistente a la corrosión y no se prefiere.