Defectos de Fabricación Habituales en la Fundición a Alta Presión: Causas, prevención y soluciones

La fundición a alta presión (HPDC) es uno de los procesos de fundición de metales más utilizados en la fabricación actual. Los fabricantes eligen HPDC porque permite la producción de piezas metálicas complejas que alcanzan tanto una alta precisión como unos índices de producción rápidos una exactitud dimensional superior y unos acabados suaves. El HPDC permite a las industrias automovilística y aeroespacial y a la producción de componentes electrónicos y bienes de consumo fabricar piezas duraderas y ligeras para aplicaciones como motores y carcasas, elementos estructurales y conjuntos mecánicos. El proceso de fabricación de piezas de fundición a alta presión se enfrenta a numerosos riesgos que generan defectos sustanciales que disminuyen la calidad del producto al tiempo que acortan su vida útil y comprometen su rendimiento. Varios defectos se forman por un diseño inadecuado del molde, un flujo turbulento del metal fundido, gases atrapados, velocidades de enfriamiento incoherentes y estrés térmico durante el proceso de producción. La tecnología HPDC se enfrenta a siete defectos principales: porosidad, cierres en frío, defectos de contracción, formación de rebabas, defectos superficiales, errores de fabricación, erosión de la matriz y soldadura. Estos tipos de defectos de fabricación provocan el deterioro de la resistencia del material, al tiempo que producen dimensiones irregulares y efectos visuales indeseables que pueden instigar la rotura de los componentes. Los fabricantes combaten los problemas de producción mediante la optimización de los parámetros de procesamiento y mejores métodos de desbaste, junto con sistemas de temperatura controlada y procedimientos de fundición asistidos por vacío. La supervisión en tiempo real y el software de simulación son métodos avanzados de control de calidad que aumentan la eficacia y fiabilidad del proceso de fundición a presión.

En este artículo se ofrece un análisis exhaustivo de los problemas de fabricación habituales durante la producción a alta presión. fundición a presión con explicaciones de las causas fundamentales y estrategias de solución para disminuir estos defectos. Sólo comprendiendo estos retos y aplicando las mejores prácticas podrán los fabricantes mejorar la calidad, la longevidad y, por supuesto, el rendimiento de sus componentes de fundición a presión y, al mismo tiempo, reducir los residuos y los costes de producción. El dominio de estos defectos de fabricación ayudará a los ingenieros de fundición a presión, a los directores de producción y a los especialistas en control de calidad a optimizar sus procesos para obtener los mejores resultados de fundición a presión.

1. Porosidad

La porosidad se define como pequeños agujeros o inclusiones de gas que se encuentran dentro de la matriz metálica, y como resultado, afecta a las propiedades mecánicas, disminuyendo la resistencia, incluso permitiendo el paso de aire y gases a través de la estructura, y dando lugar a defectos visibles en la superficie de los productos fundidos a presión.

Causas:

• Contenido gaseoso presente en los materiales antes de la fundición.
• Turbulencia excesiva en el flujo de metal fundido.
• Mala ventilación y diseño inadecuado del molde.
• Solidificación rápida que provoca porosidad por contracción.
• Contaminación del metal fundido.
• Presión inadecuada que provoca que el metal no fluya uniformemente.

Prevención y soluciones:

• Asegurarse de que se ha conseguido una evacuación de gases adecuada mediante el diseño de compuertas y ventilación.
• Reduzca la velocidad de inyección para mejorar la suavidad del metal que entra en la cavidad.
• El problema del atrapamiento de aire debe resolverse mediante la técnica de fundición a presión asistida por vacío.
• Asegúrese de que el metal fundido esté suficientemente desgasificado antes de inyectarlo.
• Controlar la velocidad de enfriamiento para superar el problema de las grietas y la formación de otros defectos de solidificación.
• Compruebe y limpie a menudo las superficies de los troqueles para reducir las posibilidades de porosidad debida a contaminantes.

2. Cierre en frío

Se produce un cierre en frío cuando dos corrientes de metal fundido no se fusionan correctamente y forman zonas de unión débiles o costuras visibles en la pieza fundida. Este defecto no solo disminuye la resistencia mecánica, sino que también aumenta el riesgo de fractura y afecta negativamente a la durabilidad y el aspecto del componente.

Causas:

• Baja temperatura del metal fundido.
• Se caracteriza por una velocidad de inyección lenta, que suele provocar una solidificación prematura.
• Mal diseño del molde con canales de flujo insuficientes.
• Puede provocar una oxidación excesiva que forme películas superficiales que impidan una fusión adecuada.
• Flujo de metal inconsistente debido a un mal diseño del sistema de compuertas.

Prevención y soluciones:

• Además, debe mantenerse la temperatura óptima de vertido del metal para garantizar una fluidez adecuada.
• Aumentar la velocidad de inyección para completar el llenado y convertirlo en una sola pieza.
• Elimine las barreras de flujo innecesarias en el diseño del molde para que el metal pueda moverse sin dificultad.
• Detección y resolución de problemas de flujo antes de la producción mediante el uso de herramientas de análisis térmico.
• Deben aplicarse técnicas de ventilación adecuadas para evitar el atrapamiento de aire que suele agravar los defectos del cierre en frío.

3. Defectos de contracción

Los defectos de contracción se producen debido a la contracción del metal durante el enfriamiento, lo que da lugar a huecos o cavidades internas que deterioran la integridad estructural de la fundición. Como consecuencia, estos defectos reducen la resistencia mecánica del producto final, provocan posibles fallos bajo tensión y causan una mala calidad superficial, lo que afecta tanto a la funcionalidad como a la estética de los productos finales.

Causas:

• Alimentación inadecuada del metal durante la solidificación
• Las velocidades de enfriamiento son desiguales debido a un diseño inadecuado de la matriz
• Elevada contracción del metal debido a la composición de la aleación
• Enfriamiento rápido que provoca una contracción localizada
• Presión insuficiente durante la fase de solidificación

Prevención y soluciones:

• Modificar el molde para conseguir un enfriamiento uniforme y una alimentación adecuada del metal fundido.
• Utilizar aleaciones con menor tendencia a la contracción y con mejores propiedades de solidificación.
• Se utiliza para optimizar los ajustes de presión durante la solidificación para rellenar y minimizar los huecos de contracción.
• Utilizar métodos de enfriamiento controlado para lograr un equilibrio en las velocidades de solidificación y reducir la tensión térmica.
• Implantar herramientas de supervisión y simulación en tiempo real para predecir y prevenir los defectos de las mermas.

4. Formación de Flash

El exceso de capas finas de metal que se forma en la línea de separación o en el hueco de la matriz debido al escape de metal a alta presión se conoce como rebaba. Aunque la rebaba puede recortarse después de la fundición, el exceso de rebaba aumenta el desperdicio de material, el desgaste de las herramientas y los costes de producción asociados, por lo que reduce la eficiencia global del proceso de fundición a presión.

Causas:

• El exceso de presión de inyección hace que el metal fundido sea forzado a entrar en los huecos de la matriz.
• Troquel desgastado o debido a un bloqueo incorrecto del troquel que permite fugas.
• Cuando la fuerza de sujeción es insuficiente, lo que provoca la separación de la matriz durante la inyección.
• Quedarán mal colocados, con huecos por los que se filtrará el metal.
• Control poco claro del flujo de metal mediante la lubricación de la matriz

Prevención y soluciones:

• Debe mantenerse una fuerza de sujeción adecuada para evitar la separación de la matriz y la formación de rebabas.
• Inspeccione y sustituya periódicamente las matrices desgastadas para conseguir una estanqueidad adecuada.
• Garantice los ajustes óptimos de presión para que el llenado se produzca con el mínimo destello.
• Para evitar huecos involuntarios y fugas de metal, debe mejorarse la realineación de las matrices.
• Realice técnicas precisas de lubricación de matrices para controlar el flujo de metal y reducir el escape excesivo de metal.

5. Inspección de defectos superficiales (ampollas, grietas y arrugas)

Diversos defectos superficiales, ampollas, grietas y arrugas, degradan el aspecto visual y la resistencia mecánica de la pieza fundida y deben prevenirse y eliminarse. Causan defectos de soldadura que reducen la durabilidad del producto, aumentan la tasa de rechazo y hacen que el producto se adhiera mal tras tratamientos posteriores a la fundición, como la pintura o el revestimiento.

Causas:

• El aire atrapado en el plástico líquido durante el vertido.
• Además, se producen tensiones térmicas e irregularidades en la superficie debido a velocidades de enfriamiento no uniformes.
• Sobrecalentamiento o temperatura mal controlada durante la solidificación.
• O las impurezas o inclusiones metálicas que puedan afectar a la superficie de colada
• Una lubricación deficiente de la matriz provocaba un flujo irregular del metal e imperfecciones en la superficie.

Prevención y soluciones:

• Desgasificación adecuada del metal fundido para evitar gases atrapados antes de la colada.
• Controlar la solidificación y evitar el estrés térmico utilizando técnicas de enfriamiento uniforme.
• El control de la temperatura de la matriz debe optimizarse para evitar el sobrecalentamiento y el enfriamiento desigual.
• Creando un estricto control de su calidad que le permitirá detectar todas las impurezas antes de la colada.
• Aplicar revestimientos y lubricantes para troqueles basándose en la calidad de la superficie y reduciendo los defectos.

6. Inclusiones y contaminación

Las partículas extrañas no deseadas, como escoria, películas de óxido, suciedad u otras impurezas, que quedan atrapadas en una fundición final, crean propiedades mecánicas deficientes, una integridad estructural débil y defectos superficiales, y se denominan inclusiones. La presencia de estos contaminantes puede reducir el rendimiento y la durabilidad de los componentes de fundición a presión, por lo que no son adecuados para aplicaciones de alta precisión.

Causas:

• Por ejemplo, las materias primas contaminadas se componen de impurezas no deseadas.
• Las partículas extrañas en un metal fundido no pueden filtrarse bien como resultado
• Debido a la exposición prolongada al aire durante la fusión o el vertido del metal
• Incluye prácticas ineficaces de manipulación del metal que, a su vez, provocan una mayor formación de escoria
• La lubricación insuficiente de la matriz incluye la introducción de una materia extraña en el metal fundido.

Prevención y soluciones:

• Las materias primas de alta calidad deben refinarse adecuadamente y sin contaminantes.
• Establecer sistemas de filtración eficaces para eliminar escorias, óxidos y otras impurezas del metal fundido antes de la inyección.
• Mantener controlada la manipulación del metal fundido y, en su caso, utilizar blindaje de gas inerte para limitar la oxidación.
• Limpie y mantenga el equipo de fundición con regularidad para evitar la contaminación por material residual.
• Utilice una lubricación adecuada de la matriz para garantizar que no se acumulen materiales extraños en la cavidad del molde.

7. Errores y rellenos incompletos

Se produce un funcionamiento incorrecto cuando hay un llenado corto de la cavidad del molde, lo que provoca secciones faltantes, paredes delgadas y puntos débiles en el componente final. Esto tiene efectos negativos sobre la integridad estructural y la funcionalidad de la pieza, por lo que no es apta para aplicaciones de alto rendimiento.

Causas:

• A baja velocidad o presión de inyección, sin cubrir el molde por completo
• Superficies frías de la matriz que evitan el flujo de metal y la solidificación prematura
• Causa un volumen inadecuado de metal fundido que provoca un relleno insuficiente de la cavidad.
• Por un diseño deficiente de la canaleta y del canal, que provoca una distribución desigual del metal fundido.
• La turbulencia excesiva produce bolsas de aire que bloquean el flujo de metal

Prevención y soluciones:

• Aumentar la temperatura del metal para que fluya y evitar una solidificación prematura.
• Además, el llenado de la cavidad debe optimizarse ajustando correctamente la presión y la velocidad de inyección.
• Mantener las temperaturas de trabajo adecuadas de los troqueles y evitar que se enfríen prematuramente.
• Mejorar el diseño de las compuertas y los patines para favorecer una distribución homogénea y uniforme del metal.
• Simule el flujo de metal y el potencial de fallos con un software de simulación antes de la producción.

8. Erosión y desgaste del troquel

El desgaste de las matrices por erosión fundida es la pérdida de las superficies del molde debido a que el metal a alta velocidad desgasta continuamente las superficies de la pieza del molde hasta alcanzar las dimensiones requeridas, lo que provoca un mal acabado superficial y una corta vida útil de la herramienta del molde. Si se produce este defecto, es frecuente la sustitución de las matrices y, en consecuencia, aumentan los costes de producción al tiempo que varía la calidad de la fundición.

Causas:

• También experimenta una exposición repetida al metal fundido a alta temperatura, lo que provoca un desgaste gradual.
• Materiales de las matrices de baja calidad relativa y escasa resistencia a las tensiones térmicas y mecánicas.
• Los ciclos térmicos excesivos pueden provocar grietas en el material debido a la fatiga.
• Provocando la degradación del material de la matriz bajo alta inyección.
• ¿Poca lubricación? El resultado es más fricción y más desgaste.

Prevención y soluciones:

• Una de ellas es utilizar matrices de alta calidad resistentes al calor y más duraderas.
• Pueden aplicarse revestimientos superficiales protectores, como la nitruración o los revestimientos cerámicos, para prolongar la vida útil de las matrices.
• Deben aplicarse métodos de refrigeración controlada para reducir el estrés térmico e inducir el desgaste prematuro.
• Conseguir un equilibrio entre velocidad y presión con el mínimo esfuerzo para el troquel.
• Inspeccione los troqueles con regularidad y manténgalos en buen estado para detectar y tratar la erosión lo antes posible.

9. Fisuración en caliente

Las grietas que se producen durante el estado semisólido del metal, es debido a la alta tensión térmica y la contracción excesiva se conocen como grietas en caliente. Estas grietas degradan la integridad mecánica de la fundición, es decir, aumentan la probabilidad de fallo de la fundición en el lugar donde las grietas están presentes bajo tensión o carga.

Causas:

• Tasas de enfriamiento poco fiables en el molde, lo que provoca puntos de tensión en zonas específicas.
• Tiene una alta susceptibilidad a la tensión térmica y al agrietamiento en la composición de la aleación.
• También provoca una tensión residual excesiva formada durante la solidificación rápida una restricción en la contracción del metal
• Si el diseño del molde es deficiente, se producirán variaciones de temperatura en toda la pieza fundida.
• La presión durante la solidificación era demasiado pequeña para evitar la propagación de grietas.

Prevención y soluciones:

• También implicará optimizar las velocidades de enfriamiento para una solidificación uniforme y minimizar el estrés térmico.
• Aumentar la resistencia a las grietas de las aleaciones mediante el uso adecuado de aleaciones con mejor estructura de grano.
• Utilización de técnicas de alivio de tensiones tras la fundición, es decir, tratamiento térmico controlado.
• Diseñar moldes con menor diferencial de temperatura.
• Garantizar una presión adecuada durante la solidificación del metal para que fluya y no se produzcan grietas.

10. Soldadura

El metal fundido se adhiere a la superficie de la matriz, lo que es difícil de eliminar con la fundición, provocando defectos superficiales, desgaste de la matriz, así como paradas de producción prolongadas. Este defecto también provoca imprecisiones dimensionales y un mal acabado superficial, lo que compromete la calidad general del producto final.

Causas:

• Aumento del hecho de adherencia del metal en la aleación debido al alto contenido de aluminio en ella
• A temperaturas excesivamente altas, para que el metal se adhiera a la superficie de la matriz.
• Protección insuficiente contra el gripado debido a una lubricación deficiente de la matriz
• Un enfriamiento insuficiente hace que el metal fundido permanezca demasiado tiempo en contacto con la matriz-Superficies superiores de la matriz descamadas o dañadas que favorecen la adherencia del metal.

Prevención y soluciones:

• Siempre se aplican lubricantes de alta calidad para matrices a fin de evitar que el metal se pegue.
• Permite controlar la temperatura de la matriz en el rango óptimo si la adherencia en caliente es demasiado fuerte.
• Reducir la adherencia del metal mediante el uso de revestimientos adecuados de la matriz, por ejemplo, capas de cerámica o nitruro.
• Para reducir el tiempo de contacto entre el metal y la matriz y mejorar la eficacia del sistema de refrigeración.
• Inspeccionar y pulir periódicamente las superficies de los troqueles para conseguir un acabado superficial liso no adherente.

Conclusión

La alta presión fundición a presión es un potente proceso de fabricación que crea piezas metálicas complejas con gran precisión y la máxima eficacia. Sin embargo, surgen diferentes tipos de defectos debido a parámetros de proceso inadecuados, problemas con el material y/o fallos en el diseño del molde. Los fabricantes pueden tomar medidas preventivas, por ejemplo, un control óptimo del proceso del molde, una selección adecuada del material, etc., tras conocer estos defectos de fabricación habituales.

Una empresa puede mejorar la calidad del producto, reducir los costes de producción y lograr una mayor eficacia de la producción en las operaciones de fundición a presión haciendo hincapié en la mejora continua de los procesos, así como en las estrategias de prevención de defectos.

Preguntas más frecuentes (FAQ)

1. ¿Cuáles son las principales causas de defectos en la fundición a alta presión?

Las principales causas de los defectos en la fundición a alta presión son el diseño inadecuado del molde, el flujo deficiente del metal, el gas atrapado, la elevada tensión térmica, el enfriamiento desigual y las materias primas contaminadas. Estos defectos pueden reducirse optimizando los parámetros del proceso y aplicando medidas de control de calidad.

2. ¿Qué papel desempeña la porosidad en el rendimiento de los componentes de fundición inyectada?

La presencia de porosidad debilita la integridad estructural de los componentes fundidos a presión, disminuyendo su resistencia y provocando fugas de aire en componentes estancos a la presión, así como imperfecciones anestésicas. La porosidad puede minimizarse utilizando una desgasificación adecuada, sistemas de inyección optimizados y colado asistido por vacío.

3. ¿Cómo evitar los cortes en frío en la fundición a presión?

La temperatura correcta de vertido del metal, una mayor velocidad de inyección, un diseño optimizado del molde para suavizar el flujo del metal y la aplicación de herramientas de análisis térmico para identificar posibles problemas de flujo pueden ayudar a evitar los cierres en frío.

4. La erosión de la matriz es una preocupación importante en la fundición a alta presión porque?

La exposición repetida del metal fundido a alta temperatura en los moldes provoca la erosión de las matrices, lo que acorta su vida útil y disminuye la precisión de las piezas fundidas. La vida útil de las matrices puede prolongarse utilizando materiales de alta calidad, revestimientos protectores y una refrigeración controlada de las matrices.

5. ¿Qué hace que la calidad y la consistencia de los productos de fundición a presión sean mejores?

Periódicamente se realizan estrictos controles de calidad, optimización de los parámetros del proceso, control de la temperatura de las matrices, uso de aleaciones de alta calidad e inspección de matrices y maquinaria para la mejora habitual de la calidad del producto fundido a presión.