La fundición en molde permanente es un proceso de fundición de metal que emplea moldes reutilizables ("moldes permanentes"), generalmente hechos de metal . El proceso más común utiliza la gravedad para llenar el molde, aunque también se utiliza presión de gas o vacío . Una variación del proceso típico de fundición por gravedad, llamado fundición en aguanieve , produce piezas fundidas huecas. Los metales de fundición comunes son las aleaciones de aluminio , magnesio y cobre . Otros materiales incluyen aleaciones de estaño , zinc y plomo , y el hierro y el acero también se funden en moldes de grafito . [1] [2]
Los productos típicos son componentes como engranajes , estrías , ruedas , carcasas de engranajes , accesorios de tuberías , carcasas de inyección de combustible y pistones de motores de automóviles . [1]
Hay cuatro tipos principales de fundición en molde permanente: gravedad, granizado, baja presión y vacío.
El proceso de gravedad comienza precalentando el molde a 150–200 °C (302–392 °F). para facilitar el flujo y reducir el daño térmico a la pieza fundida. Luego, la cavidad del molde se recubre con un material refractario o un lavado de molde, lo que evita que la pieza fundida se pegue al molde y prolonga su vida útil. Luego se instalan los núcleos de arena o metal y se cierra el molde. Luego se vierte el metal fundido en el molde. Poco después de la solidificación, se abre el molde y se retira la pieza fundida para reducir las posibilidades de desgarros calientes . Luego se reinicia el proceso, pero no es necesario precalentar porque el calor de la fundición anterior es adecuado y el revestimiento refractario debe durar varias coladas. Debido a que este proceso generalmente se lleva a cabo en grandes tiradas de producción de piezas de trabajo, se utiliza equipo automatizado para recubrir el molde, verter el metal y retirar la pieza fundida. [3] [4] [5]
El metal se vierte a la temperatura más baja práctica para minimizar las grietas y la porosidad. [4] La temperatura de vertido puede variar mucho dependiendo del material de fundición; por ejemplo, las aleaciones de zinc se vierten a aproximadamente 370 °C (698 °F), mientras que el hierro gris se vierte a aproximadamente 1370 °C (2500 °F). [1]
Los moldes para el proceso de fundición constan de dos mitades. Los moldes de fundición generalmente se forman a partir de hierro fundido gris porque tiene la mejor resistencia a la fatiga térmica , pero otros materiales incluyen acero, bronce y grafito. Estos metales se eligen por su resistencia a la erosión y a la fatiga térmica. Por lo general, no son muy complejos porque el molde no ofrece colapsabilidad para compensar la contracción. En cambio, el molde se abre tan pronto como la pieza se solidifica, lo que evita desgarros calientes. Se pueden utilizar núcleos que normalmente están hechos de arena o metal. [4] [5]
Como se indicó anteriormente, el molde se calienta antes del primer ciclo de fundición y luego se usa continuamente para mantener una temperatura lo más uniforme posible durante los ciclos. Esto disminuye la fatiga térmica, facilita el flujo del metal y ayuda a controlar la velocidad de enfriamiento del metal fundido. [5]
La ventilación suele producirse a través de una ligera grieta entre las dos mitades del molde, pero si esto no es suficiente, se utilizan orificios de ventilación muy pequeños. Son lo suficientemente pequeños como para dejar escapar el aire pero no el metal fundido. También se debe incluir una contrahuella para compensar la contracción. Esto suele limitar el rendimiento a menos del 60%. [5]
Los eyectores mecánicos en forma de pasadores se utilizan cuando los recubrimientos no son suficientes para retirar los modelos de los moldes. Estos pasadores se colocan por todo el molde y suelen dejar pequeñas impresiones redondas en la pieza fundida. [ cita necesaria ]
La fundición granizada es una variante de la fundición por moldeo permanente para crear una fundición hueca o molde hueco . En el proceso, el material se vierte en el molde y se deja enfriar hasta que se forma una capa de material en el molde. Luego se vierte el líquido restante para dejar una cáscara hueca. La pieza fundida resultante tiene buenos detalles superficiales pero el espesor de la pared puede variar. El proceso se utiliza generalmente para fundir productos ornamentales , como candelabros , bases de lámparas y estatuas , a partir de materiales de bajo punto de fusión. [2] Una técnica similar se utiliza para realizar figuras huecas de chocolate para Semana Santa y Navidad . [6]
El método fue desarrollado por William Britain en 1893 para la producción de soldados de juguete de plomo . Utiliza menos material que la fundición sólida y da como resultado un producto más liviano y menos costoso. Las figuras huecas generalmente tienen un pequeño orificio por donde se vierte el exceso de líquido. [ cita necesaria ]
De manera similar, se utiliza un proceso llamado moldeo por aguanieve en la fabricación de tableros de instrumentos de automóviles, para interiores de paneles blandos con cuero artificial, donde un compuesto plástico en polvo que fluye libremente (que se comporta como un líquido), ya sea PVC o TPU, se vierte en un recipiente caliente. Se forma un moho hueco y una piel viscosa. A continuación se escurre el exceso de aguanieve, se enfría el molde y se retira el producto moldeado. [7]
La fundición en molde permanente de baja presión ( LPPM ) utiliza un gas a baja presión, generalmente entre 3 y 15 psi (20 a 100 kPa) para empujar el metal fundido hacia la cavidad del molde. La presión se aplica a la parte superior del charco de líquido, lo que fuerza al metal fundido a subir por un tubo de vertido refractario y finalmente al fondo del molde. El tubo de vertido se extiende hasta el fondo del cucharón para que el material que se empuja dentro del molde quede excepcionalmente limpio. No se requieren elevadores porque la presión aplicada fuerza el metal fundido hacia adentro para compensar la contracción. Los rendimientos suelen ser superiores al 85 % porque no hay tubo ascendente y el metal del tubo de vertido simplemente vuelve a caer en el cucharón para su reutilización. [2] [8]
La gran mayoría de las piezas fundidas de LPPM son de aluminio y magnesio, pero algunas son aleaciones de cobre. Las ventajas incluyen muy poca turbulencia al llenar el molde debido a la presión constante, lo que minimiza la porosidad del gas y la formación de escoria . Las propiedades mecánicas son aproximadamente un 5% mejores que las de las piezas fundidas en molde permanente por gravedad. La desventaja es que los tiempos de los ciclos son más largos que los de las piezas fundidas en moldes permanentes por gravedad. [8]
La fundición en molde permanente al vacío conserva todas las ventajas de la fundición LPPM, además de que los gases disueltos en el metal fundido se minimizan y la limpieza del metal fundido es aún mejor. El proceso puede manejar perfiles de paredes delgadas y proporciona un excelente acabado superficial . Las propiedades mecánicas suelen ser entre un 10 y un 15% mejores que las de las piezas fundidas en moldes permanentes por gravedad. El peso del proceso está limitado a 0,2 a 5 kg (0,44 a 11,02 lb). [8]
Las principales ventajas son el molde reutilizable, buen acabado superficial, buena precisión dimensional y altas tasas de producción. Las tolerancias típicas son 0,4 mm para los primeros 25 mm (0,98 pulgadas) para la primera pulgada) y 0,02 mm por cada centímetro adicional (0,002 pulgadas por pulgada); si la dimensión cruza la línea de separación , agregue 0,25 mm (0,0098 pulgadas) adicionales. Los acabados superficiales típicos son de 2,5 a 7,5 μm (100–250 μin) RMS . Se requiere un calado de 2 a 3°. Los espesores de pared están limitados a 3 a 50 mm (0,12 a 1,97 pulgadas). Los tamaños típicos de las piezas oscilan entre 100 ga 75 kg (varias onzas a 150 lb). Otras ventajas incluyen la facilidad de inducir la solidificación direccional cambiando el espesor de la pared del molde o calentando o enfriando partes del molde. Las rápidas velocidades de enfriamiento creadas mediante el uso de un molde de metal dan como resultado una estructura de grano más fina que la fundición en arena. Se pueden utilizar núcleos metálicos retráctiles para crear socavados manteniendo al mismo tiempo un molde de acción rápida. [2] [3]
Hay tres desventajas principales: alto costo de herramientas, limitado a metales de bajo punto de fusión y corta vida útil del molde. Los altos costos de herramientas hacen que este proceso sea antieconómico para tiradas de producción pequeñas. Cuando el proceso se utiliza para fundir acero o hierro, la vida útil del molde es extremadamente corta. Para metales con puntos de fusión más bajos, la vida útil del molde es mayor, pero la fatiga térmica y la erosión generalmente limitan la vida útil entre 10.000 y 120.000 ciclos. La vida útil del molde depende de cuatro factores: el material del molde, la temperatura de vertido, la temperatura del molde y la configuración del molde. Los moldes fabricados con hierro fundido gris pueden ser más económicos de producir, pero tienen una vida útil corta. Por otro lado, los moldes fabricados con acero para herramientas H13 pueden tener una vida útil varias veces mayor. La temperatura de vertido depende del metal de fundición, pero cuanto mayor sea la temperatura de vertido, más corta será la vida útil del molde. Una temperatura de vertido alta también puede provocar problemas de contracción y crear tiempos de ciclo más largos. Si la temperatura del molde es demasiado baja, se producen errores de funcionamiento , pero si la temperatura del molde es demasiado alta, el tiempo del ciclo se prolonga y aumenta la erosión del molde. Las grandes diferencias en el espesor de la sección del molde o de la pieza fundida también pueden disminuir la vida útil del molde. [5]