Qué es la fundición a presión

La fundición a presión es un proceso de fabricación Proceso de producción de piezas metálicas de dimensiones exactas, bien definidas y con superficies lisas o texturadas. Se consigue forzando metal fundido a alta presión en matrices metálicas reutilizables. El proceso suele describirse como la distancia más corta entre la materia prima y el producto acabado. El término "fundición a presión" también se utiliza para describir la pieza acabada.
El término "fundición en coquilla por gravedad" se refiere a las piezas fundidas fabricadas en moldes de metal bajo un cabezal de gravedad. Se conoce como fundición en molde permanente en Estados Unidos y Canadá. Lo que llamamos "fundición a presión" aquí se conoce como "fundición a alta presión" en Europa.

¿Cómo se fabrican las piezas moldeadas a presión?

Fundición inyectada a alta presión

En primer lugar, un molde de acero capaz de producir decenas de miles de piezas fundidas en rápida sucesión debe fabricarse en al menos dos secciones para permitir la extracción de las piezas fundidas. Estas secciones se montan firmemente en una máquina y se disponen de modo que una sea fija (mitad de la matriz fija) y la otra móvil (mitad de la matriz inyectora). Para iniciar el ciclo de fundición, la máquina sujeta firmemente las dos mitades de la matriz. El metal fundido se inyecta en la cavidad de la matriz, donde se solidifica rápidamente. Las dos mitades de la matriz se separan y se expulsa la pieza fundida. Las matrices de fundición a presión pueden ser simples o complejas, con correderas móviles, núcleos u otras secciones en función de la complejidad de la fundición.
El ciclo completo del proceso de fundición a presión es, con diferencia, el más rápido conocido para producir piezas precisas de metales no férreos. Esto contrasta notablemente con fundición en arena que requiere un nuevo molde de arena para cada colada. Aunque el proceso de molde permanente utiliza moldes de hierro o acero en lugar de arena, es considerablemente más lento y no tan preciso como el de arena. fundición a presión.

Tipos de máquinas de fundición a presión

Independientemente del tipo de máquina que se utilice, es esencial que las mitades de la matriz, los machos y/u otras secciones móviles queden firmemente bloqueados en su sitio durante el ciclo de fundición. Generalmente, la fuerza de cierre de la máquina se rige por (a) la superficie proyectada de la pieza fundida (medida en la línea de separación de la matriz) y (b) la presión utilizada para inyectar metal en la matriz. La mayoría de las máquinas utilizan mecanismos de tipo basculante accionados por cilindros hidráulicos (a veces presión de aire) para lograr el bloqueo. Otras utilizan presión hidráulica de acción directa. Se utilizan sistemas de enclavamiento de seguridad para evitar que la matriz se abra durante los ciclos de fundición.
Las máquinas de fundición a presión, grandes o pequeñas, sólo se diferencian fundamentalmente en el método utilizado para inyectar el metal fundido en la matriz. Se clasifican y describen como máquinas de fundición a presión de cámara caliente o fría.

Máquinas de fundición a presión de cámara caliente

Las máquinas de cámara caliente (Fig.1) se utilizan principalmente para zinc y aleaciones de bajo punto de fusión que no atacan ni erosionan fácilmente los recipientes metálicos, cilindros y émbolos. La tecnología avanzada y el desarrollo de nuevos materiales a temperaturas más elevadas han ampliado el uso de estos equipos para fundición a presión de aleaciones de magnesio.
Figura 1: Máquina de cámara caliente. El diagrama ilustra el mecanismo de émbolo sumergido en metal fundido. Las máquinas modernas se accionan hidráulicamente y están equipadas con controles de ciclo automáticos y dispositivos de seguridad.
En la máquina de cámara caliente, el mecanismo de inyección se sumerge en metal fundido en un horno adosado a la máquina. Al subir el émbolo, se abre un orificio que permite que el metal fundido llene el cilindro. A medida que el émbolo se mueve hacia abajo sellando el puerto, fuerza el metal fundido a través del cuello de cisne y la boquilla hacia la matriz. Una vez solidificado el metal, se retira el émbolo, se abre la matriz y se expulsa la pieza fundida resultante.
Las máquinas de cámara caliente funcionan con rapidez. Los tiempos de ciclo varían de menos de un segundo para componentes pequeños que pesan menos de una onza a treinta segundos para una fundición de varias libras. Los moldes se llenan rápidamente (normalmente entre cinco y cuarenta milisegundos) y el metal se inyecta a altas presiones (de 1.500 a más de 4.500 psi). No obstante, la tecnología moderna permite controlar estrechamente estos valores, con lo que se obtienen piezas de fundición con detalles finos, tolerancias estrechas y gran resistencia.

Máquinas de fundición a presión de cámara fría

Las máquinas de cámara fría (Fig. 2) se diferencian de las máquinas de cámara caliente principalmente en un aspecto: el émbolo y el cilindro de inyección no están sumergidos en metal fundido. El metal fundido se vierte en una "cámara fría" a través de un puerto o ranura de vertido mediante una cuchara manual o automática. Un émbolo accionado hidráulicamente, que avanza hacia delante, sella el puerto forzando el metal en la matriz bloqueada a altas presiones. Las presiones de inyección oscilan entre 3.000 y más de 10.000 psi para aleaciones de aluminio y magnesio, y entre 6.000 y más de 15.000 psi para aleaciones base cobre.

Figura 2: Máquina de cámara fría. El diagrama ilustra la matriz, la cámara fría y el pistón horizontal (en posición de carga).
La fundición a presión proporciona formas complejas con tolerancias más estrechas que muchos otros procesos de producción en serie. En una máquina de cámara fría, se vierte en la cámara más metal fundido del necesario para llenar la cavidad de la matriz. Esto ayuda a mantener una presión suficiente para rellenar la cavidad con la aleación de fundición. El exceso de metal se expulsa junto con la pieza fundida y forma parte de la inyección completa.
El funcionamiento de una máquina de "cámara fría" es un poco más lento que el de una máquina de "cámara caliente" debido a la operación de cucharón. Las máquinas de cámara fría se utilizan para fundiciones de alto punto de fusión. aleaciones de fundición a presión porque los conjuntos de émbolo y cilindro están menos sujetos a ataques al no estar sumergidos en metal fundido.

La fundición a presión y su construcción

Las matrices de fundición a presión (fig. 3) se fabrican con aceros aleados para herramientas en al menos dos secciones denominadas mitad de matriz fija y mitad de matriz eyectora. La mitad fija de la matriz se monta en el lado orientado hacia el sistema de inyección de metal fundido. La mitad de la matriz expulsora, a la que se adhiere la pieza fundida y de la que se expulsa cuando se abre la matriz, está montada en el plato móvil de la máquina.

La mitad fija de la matriz está diseñada para contener el orificio del bebedero a través del cual el metal fundido entra en la matriz. La mitad expulsora suele contener los canales (pasillos) y las compuertas (entradas) que conducen el metal fundido a la cavidad (o cavidades) de la matriz. La mitad eyectora también está conectada a una caja eyectora que aloja el mecanismo para expulsar la pieza fundida de la matriz. La expulsión se produce cuando los pasadores conectados a la placa eyectora se mueven hacia delante para forzar la fundición a salir de la cavidad. Esto suele ocurrir como parte de la carrera de apertura de la máquina. La colocación de los pasadores de expulsión debe hacerse con cuidado para que la fuerza ejercida sobre la pieza fundida durante la expulsión no provoque deformaciones. Los pasadores de retorno fijados a la placa expulsora devuelven esta placa a su posición de colada cuando se cierra la matriz.
En las matrices se utilizan a menudo núcleos fijos y móviles. Si es fijo, el eje del núcleo debe ser paralelo a la dirección de molde de fundición a presión apertura. Si son móviles, a menudo se fijan a las correderas del núcleo. Si el lateral de un diseño de fundición requiere una depresión, la matriz puede fabricarse con una o más correderas para obtener el resultado deseado sin afectar a la expulsión de la pieza fundida de la cavidad de la matriz. Todas las correderas y núcleos móviles deben ajustarse cuidadosamente y tener la capacidad de bloquearse de forma segura en su posición durante el ciclo de fundición. De lo contrario, el metal fundido podría introducirse en sus guías, provocando una interrupción de las operaciones. Aunque las correderas y los núcleos aumentan la complejidad y el coste de la construcción de matrices, permiten producir piezas de fundición a presión en una amplia variedad de configuraciones y, por lo general, de forma más económica que cualquier otro proceso metalúrgico.

Tipos de moldes de fundición a presión

Las matrices se clasifican en: cavidad única, cavidades múltiples, matrices combinadas y matrices unitarias (Figuras 4-A a 4-D).

Un troquel de cavidad única no requiere explicación. Los troqueles de cavidades múltiples tienen varias cavidades que son todas idénticas. Si un troquel tiene cavidades de diferentes formas, se denomina troquel combinado o familiar. Una combinación de troqueles se utiliza para producir varias piezas para un ensamblaje. Para piezas sencillas, pueden utilizarse troqueles unitarios para realizar economías de utillaje y producción. Varias piezas para un conjunto, o para diferentes clientes, pueden fundirse al mismo tiempo con troqueles unitarios. Una o varias matrices unitarias se montan en un soporte común y se conectan mediante guías a una abertura común o a un orificio del bebedero. Esto permite el llenado simultáneo de todas las cavidades.

Ventajas de la fundición a presión

Las piezas de componentes de fundición a presión, los adornos decorativos y/o los productos acabados ofrecen muchas características, ventajas y beneficios a quienes especifican este proceso de fabricación.

1. Las piezas moldeadas a presión se fabrican con altos índices de producción. Se requiere poco o ningún mecanizado.
2. Las piezas moldeadas a presión pueden fabricarse con paredes más finas que las obtenidas por otros métodos de fundición... y mucho más resistentes que las piezas moldeadas por inyección de plástico con las mismas dimensiones.
3. La fundición a presión proporciona piezas duraderas, dimensionalmente estables y con un tacto y aspecto de calidad.
4. Matrices de fundición a presión puede producir miles de piezas de fundición idénticas dentro de las tolerancias especificadas antes de que se requiera utillaje adicional.
5. Fundición inyectada de cinc pueden chaparse o acabarse fácilmente con un mínimo de preparación de la superficie.
6. Las piezas moldeadas a presión pueden fabricarse con superficies que simulan una gran variedad de texturas.
7. Las superficies fundidas a presión, tal y como están moldeadas, son más lisas que la mayoría de las demás formas de fundición.
8. Los orificios de las piezas de fundición a presión se pueden perforar con macho de roscar.
9. Las roscas exteriores de las piezas pueden fundirse fácilmente a presión.
10. Las piezas moldeadas a presión proporcionan elementos de fijación integrales, como resaltes y espárragos, que pueden suponer economías de montaje.
11. Los insertos de otros metales y algunos no metálicos pueden fundirse a presión en su lugar.
12. La resistencia a la corrosión de las aleaciones de fundición a presión oscila entre buena y alta.
13. Las piezas moldeadas a presión son monolíticas. Combinan muchas funciones en una sola pieza de forma compleja. Como las piezas moldeadas a presión no constan de piezas separadas, soldadas o sujetas entre sí, la resistencia es la del material, no la de roscas o soldaduras, etc.
14. Proceso de fundición a presión puede producir fundición de aluminio a presión, fundición a presión de magnesio, fundición a presión de cinc, fundición a presión de latón y todos ellos se pueden producir fácilmente de forma masiva.

La fundición a presión es un proceso eficaz y económico que, cuando se aprovecha al máximo, sustituye a los ensamblajes de una gran variedad de piezas producidas mediante diversos procesos de fabricación con un importante ahorro de costes y mano de obra.

Comparaciones con otros productos

Moldeo por inyección de plásticos Piezas

En comparación con moldeo por inyección de plástico PiezasLas piezas de fundición a presión son más fuertes, más rígidas, de dimensiones más estables, más resistentes al calor y muy superiores a los plásticos en cuanto a propiedades/coste. Ayudan a evitar las emisiones de radiofrecuencia y electromagnéticas. Para el cromado, las piezas moldeadas a presión son muy superiores al plástico. Las piezas moldeadas a presión tienen un alto grado de permanencia bajo carga en comparación con los plásticos, son totalmente resistentes a los rayos ultravioleta, a la intemperie y al agrietamiento por tensión en presencia de diversos reactivos. Los ciclos de fabricación de las piezas moldeadas a presión son mucho más rápidos que los de las piezas moldeadas por inyección de plástico. Sin embargo, los plásticos pueden ser más baratos por unidad de volumen, tienen propiedades inherentes de color que tienden a eliminar el acabado, son sensibles a la temperatura y son buenos aislantes eléctricos.

Fundición en arena

En comparación con la fundición en arena, fundición a presión requieren mucho menos mecanizado; pueden fabricarse con paredes más delgadas; pueden tener todos o casi todos los orificios con núcleo a la medida; pueden mantenerse dentro de límites dimensionales mucho más estrechos; se producen más rápidamente en matrices que hacen miles de piezas de fundición a presión sin reemplazo; no requieren nuevos núcleos para cada pieza de fundición; se suministran fácilmente con insertos fundidos a presión en su lugar; tienen superficies más lisas e implican mucho menos coste de mano de obra por pieza de fundición. Por otra parte, las piezas moldeadas en arena pueden fabricarse con metales ferrosos y con muchas aleaciones no ferrosas que no son adecuadas para la fundición en coquilla. La fundición en arena permite fabricar formas que no se pueden obtener mediante fundición a presión; el tamaño máximo puede ser mayor; el coste del utillaje suele ser menor y se pueden producir pequeñas cantidades de forma más económica. más información fundición de aluminio en arena

Fundición en molde permanente

En comparación con fundición en molde permanenteLas piezas de fundición a presión pueden fabricarse con dimensiones más ajustadas y secciones más finas; los agujeros pueden perforarse; se producen a mayor velocidad y con menos mano de obra; tienen superficies más lisas y suelen costar menos por pieza. La fundición en molde permanente implica unos costes de utillaje algo inferiores; puede fabricarse con machos de arena que dan formas no disponibles en la fundición a presión.

Piezas forjadas

En comparación con las piezas forjadas, fundición a presión pueden tener formas más complejas y formas que no se pueden forjar; pueden tener secciones más delgadas; se pueden ajustar a dimensiones más estrechas y tener perforaciones que no son posibles en las piezas forjadas. Las piezas forjadas, sin embargo, son más densas y resistentes que las fundidas a presión; tienen propiedades de aleaciones forjadas; pueden fabricarse en metales férreos y de otro tipo y en tamaños no aptos para las fundiciones a presión.

Estampación

En comparación con el estampado, una sola pieza de fundición a presión puede sustituir a varias. Las piezas de fundición a presión suelen requerir menos operaciones de montaje; se pueden mantener dentro de límites dimensionales más estrechos; pueden tener casi cualquier variación deseada en el grosor de la sección; implican menos residuos en chatarra; se pueden producir en formas más complejas y se pueden fabricar en formas no producibles en formas estampadas. Las piezas estampadas, por su parte, tienen las propiedades de los metales forjados; pueden fabricarse en acero y en aleaciones no aptas para la fundición a presión; en sus formas más sencillas, se producen con mayor rapidez; y pueden pesar menos que las piezas fundidas a presión.

Productos de maquinaria de husillo

En comparación con los productos de la máquina de tornillo, fundición a presión A menudo se fabrican con mayor rapidez; implican mucho menos desperdicio de chatarra; pueden fabricarse con formas difíciles o imposibles de producir a partir de barras o tubos y pueden requerir menos operaciones. Por otra parte, los productos de máquina de husillo pueden fabricarse a partir de aceros y aleaciones que no pueden fundirse a presión; tienen las propiedades de los metales forjados y requieren menos gastos de utillaje.