¿Alguna vez has pensado en cómo se producen los complejos componentes de un automóvil, como bloques de motor o trenes de potencia?? Lo que se puede decir sobre estas piezas pesadas es que son similares a las herramientas quirúrgicas ligeras que se utilizan en la industria médica.. La fundición a presión a alta presión es ideal para producir piezas fuertes y frágiles al mismo tiempo..
¿Qué hace que el HPDC sea un proceso favorecido con innumerables usos?? Este artículo analiza las características del proceso HPDC en términos de los tecnicismos y usos del proceso.. Conocer estos factores te permitirá decidir si esta técnica de fabricación se adapta a tus necesidades o no..
Fundición a presión de alta presión: Una descripción general
En la técnica de fundición a presión a alta presión., Las piezas se forman inyectando metal al rojo vivo en un molde.. El proceso implica una alta presión normalmente hidráulica para forzar al metal a adoptar la forma de un troquel.. Una presión fuerte debe mantener el troquel sellado durante la inyección.. Cuando el metal se ha endurecido, el troquel libera la pieza fundida. Después de la expulsión, el troquel se bloquea para el siguiente ciclo.. El herramental se compone de dos bloques de acero que juntos forman la cavidad del troquel..
Proceso de fundición a presión a alta presión paso a paso
A continuación se detallan los pasos frecuentes que normalmente participan en la fundición a presión a alta presión.:
Paso 01: Preparación del troquel
En primer lugar, Se recomienda limpiar y comprobar la superficie de las partes cooperantes del troquel de acero para detectar posibles contaminantes.. Debe fijarse firmemente para la formación de una cavidad precisa con muchos estándares exigentes que tengan un nivel de tolerancia de aproximadamente ±0,005 pulgadas..
Paso 02: Calentar el troquel
El troquel debe calentarse entre 300 °F y 500 °F o entre 150 °C y 260 °C.. Este rango de temperatura garantiza el flujo eficiente de metales y minimiza el choque térmico durante la inyección..
Paso 03: Producción de metal fundido
Las aleaciones metálicas habitualmente utilizadas son el aluminio o el zinc.. Normalmente, Estos se derriten alrededor de 1200 °F a 1300 °F. (650°C a 700°C). Para lograr la viscosidad y la característica de flujo correctas, es necesario mantener esta temperatura.
Paso 04: Inyección de metal fundido
Vierta el metal fundido en la cavidad del troquel a alta presión., esto generalmente varía de 1,500 a 30,000 psi o 10 a 200 MPa. Esta alta presión garantiza que el molde se llene hasta el borde para reducir las posibilidades de que entre aire encerrado y, por lo tanto, producir componentes con una forma cercana a la neta..
Paso 05: Mantener la presión
Luego se mantiene la presión durante varios segundos. (3 a 10 artículos de segunda clase) para compensar la contracción que sufre el metal cuando se enfría. Esta fase de mantenimiento proporciona una mejora considerable de las propiedades mecánicas de la pieza final debido a la disminución de la porosidad..
Paso 06: Enfriamiento y solidificación
Deja que el metal fundido cristalice dentro del troquel.. Los tiempos de coalescencia pueden ser más largos y normalmente tardan de 10 a 30 segundos dependiendo del espesor de la pieza y del material.
Paso 07: Expulsión de la fundición
Una vez fraguada la mezcla, Luego se abre el troquel y se recupera la pieza fundida utilizando pasadores eyectores que aplican un tirón de aproximadamente 10 montones. De esta forma es más fácil retirar el material sin afectar la pieza., y manteniendo así sus dimensiones.
Paso 08: Recorte y acabado
Elimine el material no deseado de la pieza fundida incorporando herramientas de recorte mecánicas o troqueladoras adecuadas.. Las operaciones finales en una pieza se pueden realizar mediante mecanizado., tratamiento superficial, o pulir, que puede definirse por el promedio de rugosidad de la superficie o Ra.
Paso 09: Seguro de calidad
Realice pruebas estrictas y exhaustivas en el contorno de la pieza fundida terminada para detectar porosidad o errores dimensionales.. Se utilizan pruebas de ultrasonidos o rayos X para comprobar la calidad de todas las piezas antes de venderlas en el mercado..
Ventajas de la fundición a presión a alta presión
Fundición a presión de alta presión (HPDC) Es muy apreciado por sus beneficios en comparación con los enfoques convencionales.. Estos son los beneficios comunes de este proceso.:
Mayor velocidad de producción
En comparación con la fundición por gravedad o a baja presión, HPDC aumenta la eficiencia de la producción por un amplio margen. La inyección a alta velocidad tarda poco tiempo en llenar el troquel y, en el proceso, reduce los tiempos de ciclo.. Por lo tanto, Es ideal para industrias que necesitan muchas piezas., y HPDC es el método preferido para la producción en cantidad..
Alta calidad de piezas
Los productos fabricados mediante HPDC se caracterizan por la alta precisión y calidad de los componentes.. La alta precisión dimensional y los acabados superficiales mejorados significan que se requiere menos posprocesamiento, lo que reduce el tiempo y los gastos.. También facilita el enchapado y el revestimiento porque proporciona una superficie lisa sobre la que aplicar los acabados.. Sin embargo, HPDC ofrece una uniformidad de las características mecánicas de los componentes producidos., proporcionando así confiabilidad en el uso.
Capacidad para productos de paredes delgadas
Desde la perspectiva del diseño, HPDC ofrece la ventaja de estructuras de paredes delgadas. Se pueden realizar espesores de pared de menos de 0,4 mm dependiendo de los requisitos de diseño.. Esta capacidad da como resultado una gran cantidad de ahorros de peso que son esenciales en industrias como la automotriz y la aeroespacial.. Además, el método puede incluir insertos que se pueden fundir en primer lugar, reduciendo así el número de piezas que se van a ensamblar.
Diseño adaptativo de la complejidad del edificio.
Las formas de los troqueles de HPDC permiten el desarrollo de diseños complejos debido a la naturaleza del proceso.. Con esta técnica, Los fabricantes pueden crear geometrías complejas que pueden ser difíciles de usar con otras tecnologías.. Esta flexibilidad se adapta a diferentes ensamblajes y mejora aún más la funcionalidad del producto terminado..
Longevidad de las herramientas
HPDC (fundición a alta presión) permite la producción eficiente de piezas utilizando matrices diseñadas para soportar múltiples corridas de producción. Esta durabilidad reduce el coste unitario., permitiendo así a los fabricantes distribuir los costos iniciales de herramientas entre muchas piezas. Los diseños de matrices de alta calidad permiten lograr una producción de alta calidad incluso después de varias tiradas de producción..
Desventajas de la fundición a presión a alta presión
Sin embargo, Existen algunos inconvenientes al utilizar la fundición a presión a alta presión. (HPDC) que puede hacerlo inadecuado bajo algunas condiciones.
Alto costo inicial y costo operativo.
Los costos hundidos e iniciales son altos para la implementación de HPDC. La fabricación de troqueles es cara., más que otras técnicas. En general, Estos costos se justifican sólo para la producción en masa de bienes..
Pocas ventajas para piezas fundidas más gruesas
Mientras que HPDC ofrece ciclos de producción muy cortos, la ventaja disminuye a medida que aumenta el espesor de la fundición. Un mayor espesor de la pared prolonga el tiempo necesario para la solidificación, anulando los beneficios de la inyección rápida..
Riesgo de porosidad en piezas fundidas
La porosidad en las piezas fundidas se produce debido a la presencia de bolsas de aire.. Varios factores contribuyen a este problema., incluido; elección de aleación, contracción por enfriamiento, y la velocidad a la que el molde se llena con metal fundido. Las piezas fundidas porosas son malas para las estructuras y su rendimiento, ya que tienen propiedades mecánicas débiles..
Problemas con el tratamiento térmico y la soldadura
Como cualquier otro proceso de casting, Las microfisuras en piezas fundidas porosas pueden ser causadas por soldadura o tratamiento térmico.. Durante estos procesos, El aire atrapado en los poros se expande provocando el fallo de los distintos componentes.. Si el material requiere tratamiento térmico., entonces es posible que necesite métodos especiales para evitar la porosidad.
Aplicable sólo a metales de alta fluidez
Las aplicaciones de HPDC están restringidas a metales que exhiben alta fluidez.. Los materiales más apropiados para su uso en la producción de recubrimientos de base metálica incluyen el aluminio., zinc, y magnesio. Esta limitación limita la aplicabilidad de HPDC para otros tipos de metales..
Fundición a presión de alta presión: Sistemas de cámara fría y caliente
La fundición a presión a alta presión emplea dos sistemas distintos para inyectar metal fundido en moldes.:
- Sistema de cámara caliente
- Sistema de cámara fría
Atribuyéndolo a estos sistemas, Analicemos más profundamente para una buena comprensión.;
Sistema de cámara caliente
El sistema es muy aplicable a metales como el zinc., magnesio, dirigir, etc.. El mecanismo de inyección aún permanece sumergido en el metal líquido.. En funcionamiento, un pistón fuerza el metal fundido a través de la boquilla hacia el troquel.
Sistema de cámara fría
Para metales de alto punto de fusión, Generalmente se aprovecha el sistema de cámara de frío.. Algunos de los ejemplos de metales incluyen aluminio y cobre.. Cada sistema es capaz de producir piezas de magnesio., pero las piezas pequeñas utilizan frecuentemente cámaras calientes, mientras que las piezas grandes requieren cámaras frías debido a factores de tamaño.
Los sistemas de cámara fría funcionan a una presión más alta en comparación con los sistemas de cámara caliente.. El proceso de vertido es más rápido y por eso los ritmos de producción suelen ser mayores en las cámaras calientes..
Sistemas de Inyección en Cámara Fría
El sistema de cámara fría emplea dos tipos de métodos de inyección.:
- Inyección Horizontal
- Inyección vertical
El metal fundido se conduce directamente a un canal de alimentación que alimenta la cámara de frío.. Este vertido se puede realizar de forma automática o manual..
El pistón se activa hidráulicamente y desciende a través de un canal de acero.. Esta acción evita la entrada de luz y obliga al metal fundido a entrar en el molde con presión y a gran velocidad..
Después, el pistón vuelve a su posición inicial, y se desmolda el producto solidificado. Luego se expulsa el yeso., y el conjunto de moldeo vuelve a la posición para la recepción de otro lote.
¿Cuáles son los metales más comunes utilizados en la fundición a presión a alta presión??
Los tipos más comunes de metales empleados para la fundición a presión a alta presión incluyen:
Fundición a presión de aluminio
La fundición a presión de aluminio implica forzar el aluminio fundido en un molde a alta presión de hasta (1,500 a 25,000 psi). El proceso da como resultado geometrías de sección transversal estrechas e intrincadas con una superficie pulida.. Los productos comunes incluyen componentes de vehículos de motor., sopladores de canal lateral, luces LED de gran altura, carcasa de equipos electrónicos, y artículos de fabricación.
Fundición a presión de zinc
La fundición a presión de zinc es una técnica de alta presión.. Implica forzar zinc fundido en moldes para producir piezas precisas.. Produce formas intrincadas con características superficiales superiores.. El proceso se aplica con mayor frecuencia en piezas de automóviles y conectores eléctricos.. En el proceso, la presión oscila entre 1000 a 30000 psi).
Fundición a presión de magnesio
La fundición a presión de magnesio es un proceso de formación de materiales livianos en el que se utiliza alta presión para forzar el magnesio fundido hacia los moldes.. Este método también genera componentes resistentes y rígidos que son adecuados para aplicaciones automotrices y aeroespaciales.. La fundición a presión de magnesio funciona a presiones moderadas de alrededor 1500 a 20000 psi y esto da como resultado altos niveles de precisión en términos de dimensiones y acabado superficial.. Además, La naturaleza liviana del magnesio tiene implicaciones positivas para la eficiencia del combustible de los vehículos..
Aplicaciones de la fundición a presión a alta presión
La alta calidad lograda con HPDC lo hace más preferido en diversas industrias.. Las aplicaciones clave incluyen:
Sector Automoción
En la fabricación de automóviles, HPDC se utiliza para fabricar importantes piezas estructurales hechas de metales ligeros como el aluminio y el magnesio.. Ejemplos de piezas comunes son los bloques de motor., carcasas de transmision, y cárteres de aceite. Estos componentes necesitan estructuras ligeras y duraderas para mejorar el rendimiento y la eficiencia del vehículo en términos de consumo de combustible..
Campo médico
HPDC puede considerarse una técnica óptima en la producción de instrumentos quirúrgicos livianos.. Mediante este proceso se producen dispositivos médicos, incluidos equipos de imágenes y bombas de infusión.. Dado que las aplicaciones médicas requieren componentes confiables de alta calidad debido a la precisión y el rendimiento necesarios.
Industria aeroespacial
El sector de fabricación aeroespacial recurre al HPDC como técnica que se adapta a geometrías complejas. Ejemplos son el aluminio., zinc, y magnesio que se utilizan en la producción de piezas para motores de automóviles y otras estructuras utilizadas en aviones. Las propiedades mecánicas de los componentes creados a través de HPDC se alinean con los requisitos de seguridad y rendimiento requeridos para los componentes aeroespaciales..
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Preguntas frecuentes generales
Q1. ¿Cuál es el tiempo de ciclo normal de la fundición a presión a alta presión??
Los tiempos de ciclo para la fundición a presión a alta presión están entre 15 y 60 segundos dependiendo del diseño y tamaño de la pieza. Debido a este rápido cambio, El sistema es muy adecuado para la fabricación de gran volumen..
Q2. ¿Cuál es el espesor de pared común cuando se utiliza este proceso??
Usando fundición a alta presión, Es posible lograr un espesor de pared tan bajo como 0.5 milímetros, manteniendo la alta resistencia del componente.
Q3. ¿Cómo afecta la fundición a alta presión a las propiedades mecánicas??
Las propiedades mecánicas de las piezas fundidas a alta presión son superiores a las de las piezas fundidas en arena.; límite elástico varía de 200 a 300 MPa y la resistencia a la tracción oscila entre 250 a 400 MPa según el tipo de aleación utilizada.
Q4. ¿Qué porcentaje de residuos se produce normalmente en la fundición a presión a alta presión??
El proceso de producción también es muy eficiente., con desperdicio de menos de 5%, principalmente debido al recorte y exceso de material., que se puede volver al ciclo de producción.
Q5. ¿Cómo afecta la temperatura del molde al proceso de fundición??
Es importante mantener las temperaturas del molde en el rango de 180 a 300 C para mejores resultados. Los tiempos de enfriamiento son más largos a temperaturas más bajas., y el acabado de la superficie es mejor a velocidades de enfriamiento más altas. Sin embargo, el calor excesivo puede ser problemático para la precisión dimensional..
Q6. Rango de presión de fundición a presión de alta presión
La fundición a presión a alta presión normalmente opera a presiones que varían desde 1,500 a 30,000 psi. Esta alta presión permite que el metal fundido llene el molde de forma rápida y uniforme..
