Fundición con arena, troquel y fundición a la cera perdida:elección del proceso adecuado para sus piezas metálicas

Debido a su adaptabilidad, rendimiento y costo comparativamente más económico, algunos procesos de fundición se utilizan ampliamente en la fabricación con muchas aplicaciones industriales. Por ejemplo, la fundición en arena, la fundición a presión y la fundición a la cera perdida son procesos de fundición ampliamente utilizados en todo el mundo para fabricar piezas metálicas para las industrias de consumo, automotriz, médica y aeroespacial.

Aunque los tres procesos de fabricación pueden producir piezas metálicas de buena calidad, uno se adaptará más a su aplicación que el otro porque cada procedimiento tiene sus ventajas y limitaciones. El enfoque ideal depende de sus requisitos, la complejidad del diseño, las características de los materiales y otros elementos cruciales del diseño de su pieza.

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Fundición de metales

¿Qué son las fundiciones de metales? En pocas palabras, el proceso de fundición implica fundir metal y verter el material fundido en un molde preparado para darle forma. La mayoría de las técnicas de fundición actuales varían en la forma en que se manipula y coloca el metal fundido en el molde. Dependiendo del diseño de la pieza, los procesos de fundición pueden producir piezas en forma de red. Por lo tanto, no se requieren operaciones de mecanizado adicionales para lograr la forma y el ajuste final requeridos por la pieza.

Un diseñador de producto debe saber cómo funciona cada proceso y en qué se diferencia entre sí para decidir cuál es mejor para el componente:fundición en arena, fundición a presión o fundición a la cera perdida. El diseñador sólo puede elegir el proceso más adecuado para la aplicación si es consciente de sus complejidades, demandas y resultados.

Así que repasemos rápidamente tres procedimientos de casting.

¿Qué es la fundición a presión?

La fundición a presión es un proceso popular de fundición de metal en molde permanente en el que el metal fundido se introduce en el molde bajo presión, solidificándolo en una fundición de metal. Las piezas fundidas a presión o a presión se utilizan comúnmente en carcasas de automóviles, componentes de electrodomésticos y juguetes.

fundición a presión

Guía completa de fundición a presión

¿Qué es la fundición en arena?

La fundición en arena difiere ligeramente de la fundición a presión. Primero, el metal fundido se vierte manualmente en un molde de arena desechable, que se enfría y le da una forma tridimensional.

Guía completa de fundición en arena

¿Qué es el casting de inversión?

En la fundición a la cera perdida, el material fundido se vierte en un molde hecho de material refractario. Una vez que el metal se solidifica dentro del molde, se retira la fundición rompiendo el molde refractario. Se utiliza un patrón de cera para hacer un molde con material refractario.

matriz y grupo de fundición a la cera perdida

Guía completa de casting de inversión

¿Cuáles son las diferencias entre fundición en arena, fundición a presión y fundición a la cera perdida?

¿Cuáles son las diferencias entre fundición en arena, fundición a presión y fundición a la cera perdida?

La arena, la inversión y la fundición a presión son excelentes opciones para diversas aplicaciones. Son eficientes, tienen una calidad comparable y pueden fundir material similar. Como resultado, determinar un ganador claro al mismo tiempo que se evalúan las diferencias entre la fundición en arena, la fundición a presión y la fundición a la cera perdida puede ser complicado.

Sin embargo, existen algunas diferencias significativas a la hora de decidir entre los procesos de fabricación de revestimiento, troquelado y fundición en arena. Por lo tanto, conocerlos puede beneficiar al diseñador del producto porque ayuda a tomar una decisión informada.

A continuación se presentan las ocho diferencias más significativas entre los procesos de arena, inversión y fundición a presión.

Comparación de fundición en arena, fundición a presión y fundición a la cera perdida

Diseño y material del molde

La principal diferencia entre los procesos de arena, inversión y fundición a presión es el material utilizado para crear el molde.

Los moldes de fundición a presión son de metal permanente, mientras que los moldes de fundición en arena son arena prescindible. La fundición a la cera perdida requiere un recubrimiento refractario especial alrededor del patrón de cera para hacer un molde.

Ejemplo de molde de fundición (fuente:indiamart.com)

Debido al molde permanente, la fundición a presión tiene una tasa de producción más rápida que la fundición en arena y la fundición a la cera perdida, donde el fabricante tiene que rehacer el molde cada vez. La fundición a la cera perdida tiene la ventaja de tener más piezas por molde, ya que se funden varias piezas en un solo árbol.

La calidad de la arena utilizada afecta significativamente la calidad de la superficie de fundición. Por el contrario, el molde de metal fundido a presión y el molde de material refractario en suspensión fina en fundición a la cera perdida le brindarán una superficie más suave que la fundición en arena.

Los moldes de fundición en arena y de fundición a la cera perdida se destruyen cada vez, mientras que el molde de fundición a presión está listo inmediatamente después de una ejecución de fundición. Esta calidad y la fantástica velocidad de procesamiento de los métodos se encuentran entre los aspectos más importantes. Es por eso que generalmente se prefiere la fundición a presión en entornos de producción de alta velocidad.

Debido a esta disparidad, la fundición en arena es menos adecuada para aplicaciones que requieren velocidad. Por otro lado, el proceso es relativamente rentable y versátil, lo que lo hace ideal para aleaciones y formas inusuales. Además, los diseñadores tienen más libertad porque el proceso de fabricación es sencillo y puede manejar fácilmente una amplia gama de aleaciones.

Tipos de fundición de metales Material y producción del molde Fundición en arenaMolde desechable
El material del molde es Arena 1 – 2 semanas Fundición a presión Molde permanente
El material del molde es metal. 4 – 10 semanasMolde desechableMolde desechable.
El material del molde es un material refractario. 7 – 10 días desde el patrón de cera hasta la fundición completa. Material del molde y tiempos de producción.

Material

La fundición a la cera perdida y la fundición en arena pueden fundir cualquier material. Sin embargo, la fundición a presión se utiliza generalmente para fundir piezas de metales no ferrosos con un punto de fusión bajo. Por lo tanto, el zinc, el aluminio, el magnesio y el latón se utilizan ampliamente en la fundición a presión, mientras que las aleaciones de aluminio, las aleaciones de latón, el hierro fundido y el acero fundido son materiales populares de fundición en arena.

La fundición a la cera perdida es muy similar a la fundición en arena, que puede fundir cualquier material.

Tipos de fundición de metales Fundición en arena Fundición a presión Casting de inversión Metales moldeablesIlimitadoMetales de bajo punto de fusiónIlimitadoMateriales de fundición a presión, de arena y de inversión

Propiedades de la pieza

Las piezas de fundición a presión son generalmente más duraderas que la arena y la fundición a la cera perdida debido a las altas presiones involucradas en el proceso. Además, la alta presión también garantiza que no haya espacios internos y que todo el producto esté prácticamente libre de defectos internos.

La fundición a presión se enfría más rápido que la fundición en arena, lo que proporciona a las piezas fundidas una microestructura más fina y uniforme. Normalmente, esta microestructura mejora las propiedades mecánicas hasta en un 20%.

• Fundición en arena:las propiedades del material son comparativamente malas
• Fundición a presión:buenas propiedades mecánicas y microestructura debido a la alta presión
• Fundición a la cera perdida:la mecánica y la microestructura dependen del método de fundición, pero normalmente se encuentran entre la fundición en arena y la fundición a presión.

Características y propiedades de casting Fundición en arena Fundición a presión Casting de inversión Tamaño de la pieza – Peso (kg) – Min0.01<0.010.001Tamaño de la pieza – Peso (kg) – MaxSin límite50100Porosidad (1 – mejor a 5 – peor)3 – 51 – 35Complejidad de la forma (1 – mejor a 5 – peor)1 – 23 – 41Propiedades de las piezas de fundición de arena, matriz y inversión

Complejidad de las piezas

Otra distinción entre los resultados de fundición, revestimiento y fundición en arena es la complejidad general de las piezas. La inversión y la fundición en arena pueden manejar diseños mucho más complejos y extensos que la fundición a presión. La fundición a presión proporciona mucha mayor precisión dimensional y velocidad, pero tiene una capacidad limitada para producir formas complejas.

La inversión y la fundición a presión también son limitadas y son adecuadas para piezas de tamaño pequeño a mediano en comparación con la fundición en arena.

Características y propiedades de casting Fundición en arena Fundición a presión Casting de inversión Tamaño de la pieza – Peso (kg) – Min0.01<0.010.001Tamaño de la pieza – Peso (kg) – MaxSin límite50100Complejidad de la forma (1 – mejor a 5 – peor)1 – 23 – 41Complejidad de la pieza de fundición en arena, matriz y inversión

Espesor de la pared

La fundición en arena generalmente da como resultado paredes más gruesas. Las paredes gruesas significan más espacio para corregir errores mediante el mecanizado y otros posprocesamiento, pero también son más pesadas.

Proceso de fundición Espesor de la sección Mínimo Espesor de la sección Máximo Fundición en arena 3,00 mm Sin límite Fundición a presión 0,50 mm 12,00 Fundición a la cera perdida 1,00 mm 75,00 Espesor de pared de fundición a la cera perdida, a presión y en arena

La fundición a presión, por otro lado, produce paredes más delgadas y al mismo tiempo mantiene una mayor precisión dimensional. Como resultado, la fundición en arena no es adecuada para objetos pequeños con tolerancias estrictas y mantener la consistencia y ofrecer los mejores resultados se vuelve extremadamente difícil. La fundición a la cera perdida también puede producir paredes delgadas y es una buena opción para formas y características complejas.

Volumen de producción

Uno de los beneficios de la fundición en arena es que requiere menos herramientas. Como resultado, el proceso es comparativamente más rápido y puede dar buenos resultados inmediatamente. La fundición a presión, por otro lado, es más adecuada para la producción de gran volumen debido a su herramental inicial más complejo y que requiere más tiempo.

Volumen de producción de arena, fundición y fundición a la cera perdida

La fundición a la cera perdida puede producir más piezas por lote porque se pueden fundir varias piezas por árbol, pero el tiempo de preparación inicial es similar a la fundición a presión.

Características y propiedades de casting Fundición en arena Fundición a presión Casting de inversión Tasa de producción típica (piezas/hora de molde)1 – 202 – 2001 – 1000Cantidad mínima1        10,00010Tiempo de producción de fundición en arena, troquel y fundición a la cera perdida

Sin embargo, recuerde que la fundición a presión es un proceso más rápido para grandes volúmenes. La producción rápida significa que la fundición a presión le permitirá producir mil piezas en menos tiempo que el método alternativo. Sin embargo, el tiempo de herramientas inicial requerido para la fundición a presión hace que el otro proceso sea mejor si solo necesita entre 100 y 150 productos o menos.

Tolerancia y precisión

La fundición a presión ofrece la mejor precisión de tolerancia de las tres piezas fundidas. Estos son típicos del aluminio, ya que la precisión y tolerancia del proceso de fundición dependen de factores como los siguientes.

• Complejidad del diseño
• Tipo de equipo de patrón y equipo de matriz
• Metal y permitido usado
• Patrón y condición del troquel
• Métodos de trabajo de fundición

DimensiónFundición a presiónFundición en arenaFundición a la cera perdidaHasta 25 mm+/- 0,050 mm+/- 2,00 mm+/- 0,250 mmHasta 50 mm+/- 0,075 mm+/- 2,00 mm+/- 0,350 mmHasta 75 mm+/- 0,0,100 mm+/- 2,00 m+/- 0,400 mm Hasta 100 mm +/- 0,125 mm +/- 3,00 mm +/- 0,500 mm Fundición en arena, matriz y precisión Tolerancia y precisión

Consulte los siguientes estándares para tablas y tablas de precisión y tolerancia de fundición.

• ISO 8062 – Tolerancia dimensional de fundición y tolerancias de mecanizado

Acabado superficial

Otro factor crítico es el acabado superficial del producto final. El proceso de fundición en arena produce una superficie tosca y rugosa que puede requerir tratamiento o mecanizado adicional después del enfriamiento. Sin embargo, la fundición a presión tiene un excelente acabado superficial que rara vez requiere tratamiento adicional.

Acabado superficial de fundición en arena, troquel y fundición a la cera perdida

La fundición a la cera perdida normalmente produce un excelente acabado superficial gracias al fino material en suspensión.

Costo

Como todos los procesos de fabricación, el costo unitario depende de varios factores, incluidos el material, la mano de obra y el equipo. Por ejemplo, la fundición en arena requiere más mano de obra que otras, la fundición a presión requiere matrices y maquinaria costosas y la fundición a la cera perdida requiere largos tiempos de producción.

Comparación de costos de fundición con arena, troquel y fundición a la cera perdida

En comparación con la simplicidad de Sand, hacer un molde de metal para el proceso de fundición a presión cuesta más. Además, los moldes metálicos requieren más tiempo y experiencia, lo que aumenta el coste total del proceso.

Proceso de fundición Costo del troquel Costo del equipo Coste laboral Tasa de producto (piezas/h) Fundición en arenaBajoBajoBajo – Medio<20Fundición a presiónAltoAltoBajo – Medio<200Fundición a la cera perdidaMedio a altoBajo a MedioAlto <1000Comparación de costos de fundición a la cera perdida, a presión y a la cera perdida

El tiempo de desarrollo también varía entre los procesos de fundición y aumenta el costo general.

• Fundición en arena:de 2 a 10 semanas de tiempo de desarrollo
• Fundición a presión – 12 – 20 semanas
• Casting de inversión – 5 – 16 semanas

La siguiente imagen muestra que el costo depende de la cantidad y la tasa de producción.

Costo de producción de fundición de arena, troquel y fundición a la cera perdida (Fuente:Chegg)

Ventajas y desventajas de la fundición en arena, troquelada y de inversión

Tipo de fundición Ventajas Desventajas Fundición en arenaSe puede fundir casi cualquier metal.
No hay límite para el tamaño, la forma o el peso de las piezas.
Bajo coste de herramientas. Requiere acabado.
Acabado superficial grueso
Amplia toleranciaFundición a presiónExcelente precisión dimensional
Excelente acabado superficial
Baja porosidad
Alta tasa de producciónAlto costo de matriz
Tamaño de pieza limitado
Generalmente limitado a metales no ferrosos.
Largo plazo de entrega Fundición a la cera perdida Formas de piezas intrincadas
Excelente acabado superficial y precisión
Se puede fundir casi cualquier metal. Tamaño de pieza limitado.
Patrones y moldes caros.
Mano de obra costosa Ventajas y desventajas de la fundición con arena, troquel y fundición a la cera perdida

Características de la fundición en arena, inyectada y de inversión

Características y propiedades de casting Fundición en arena Fundición a presión Casting de inversión Tamaño de la pieza – Peso (kg) – Min0.01<0.010.001Tamaño de la pieza – Peso (kg) – MaxSin límite50100Acabado superficial típico (Raum)5 – 2501-Feb0.3 – 2Porosidad (1 – mejor a 5 – peor)3 – 51 – 35Complejidad de la forma (1 – mejor a 5 – peor)1 – 23 – 41Precisión dimensional (1 – mejor a 5 – peor)311Sección – Espesor de pared – Mín.30.51Sección – Espesor de pared – Máx. Sin límite1275Tolerancia dimensional típica (mm)1.6 – 4.00+/- 0.001 – 0.005+/- 0.005Tasa de producción típica (piezas/hora de molde)1 – 202 – 2001 – 1000Mínimo cantidad1                           10,00010 Características de la fundición en arena, troquelada y de inversión