Al diseñar piezas fundidas de aluminio, debe tener en cuenta su aplicación, aspecto, rendimiento, precisión y el costo significativo. Es necesario determinar la finalidad de la pieza y equilibrar sus requisitos para ajustarse al presupuesto. A continuación, hemos destacado los principales aspectos que deben considerarse al diseñar la pieza.
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Guía de diseño de fundición a presión de aluminio
El método de diseño adecuado puede mejorar significativamente su experiencia en la fabricación. Si participa en la industria de la fundición a presión o desea profundizar sus conocimientos sobre el diseño en esta área, esta Guía de Diseño para Fundición a Presión de Aluminio es exactamente lo que necesita. Los ingenieros mecánicos y los diseñadores de productos encontrarán esta guía de gran utilidad. Nos hemos centrado en presentar algunos factores y limitaciones de diseño importantes, que pueden simplificar notablemente el proceso de fundición a presión de aluminio y, en consecuencia, reducir los costos de producción.
Ofrecemos un servicio integral de fabricación por fundición a presión de aluminio. Nuestros ingenieros inspeccionan minuciosamente cada producto que elaboramos para garantizar que cada componente sea apto para la producción en serie. Si tiene alguna pregunta o inquietud respecto al proyecto de fundición a presión de aluminio, no dude en contactarnos en cualquier momento.
Requisitos de diseño
Usando la función
Al diseñar un producto, es necesario considerar sus posibles aplicaciones. Las piezas de fundición a presión de aluminio no sólo pueden cumplir funciones estructurales sino también mejorar la estética. Por tanto, se ha convertido en una alternativa popular a otros materiales.
Debido a que los ordenadores modernos son mucho más potentes que antes, el tiempo de procesamiento se ha incrementado varias veces. Las piezas prensadas no sólo tienen una excelente importancia estructural sino que también poseen excelentes funciones estéticas.
Debe especificar claramente el propósito de la pieza en la máquina de fundición a presión. Esto puede ayudarle a seleccionar el material adecuado y determinar la tolerancia adecuada para los parámetros de diseño según sus requisitos. También debe considerar la resistencia a la corrosión, la relación resistencia-peso, la conductividad y otras propiedades de la pieza.
Sin embargo, los clientes suelen terminar pagando por una calidad y resistencia que superan con creces sus requisitos. Por lo tanto, comprender completamente el uso funcional de las piezas le ayudará a comprender mejor el proceso de fundición a presión.
Requisitos de apariencia
Para las piezas fundidas internas de aluminio, la apariencia no es importante. Pero en el caso de piezas fundidas externas, como carcasas o carcasas, la apariencia se vuelve muy importante.
Los usuarios finales siempre tienen preferencia por productos estéticamente agradables. Por tanto, independientemente del rendimiento de los componentes, los consumidores darán prioridad a la apariencia. Por lo tanto, las piezas externas de fundición deben tener una apariencia atractiva.
Por tanto, a la hora de diseñar las piezas se debe tener en cuenta el aspecto estético. Planifique de antemano el efecto de tratamiento de superficie que desea lograr. Un buen tratamiento de la superficie puede brindar protección adicional contra condiciones climáticas extremas.
Método de montaje
El proceso de ensamblaje de piezas fundidas de aluminio puede ser relativamente simple o muy complejo, dependiendo de la complejidad de las piezas. Los equipos de fundición tradicionales tienen ciertas limitaciones en cuanto a los tipos de piezas que se pueden fundir. Por lo tanto, antes era muy difícil moldear detalles complejos.
Sin embargo, las piezas complejas pueden dividirse en secciones apropiadas y luego conectarse entre sí mediante métodos de ensamblaje adecuados después de la fundición. Algunas técnicas comunes de ensamblaje de fundición a presión incluyen:
- Fijación
- Hilo
- Soldadura
- Componentes metálicos moldeados por inyección.
- Perforaciones de núcleos, etc.
Antes de comenzar con el diseño, se debe seleccionar una técnica de montaje específica para las piezas fundidas. Como el método de ensamblaje puede afectar significativamente el diseño, elija la opción de ensamblaje adecuada que cumpla con sus requisitos.
Presupuesto de costos
Debe realizar un análisis detallado del presupuesto de costos del proyecto. Porque la cuestión presupuestaria afecta directamente a todos los aspectos de tu negocio de fabricación. Su diseño debe basarse en el presupuesto para cumplir con los requisitos del presupuesto.
Los diseñadores experimentados pueden reducir significativamente el costo de la fundición a presión sin comprometer la calidad de las piezas. Debes cumplir con ciertos parámetros de diseño para evitar sobrediseñar las piezas y así evitar costos innecesarios.
Por ejemplo, agregar ranuras le permite diseñar piezas más livianas sin sacrificar el rendimiento. También puede reducir los costos de materiales. Además, reducir o eliminar chaflanes y esquinas afiladas puede reducir significativamente los costos y la complejidad de los moldes y los procesos de fundición.
Diseño de la estructura del producto
El diseño adecuado de piezas de fundición a presión de aluminio enfrenta numerosos desafíos. Incluso los detalles más pequeños del diseño pueden tener un impacto significativo en el proceso de fundición. Por lo tanto, cada detalle debe diseñarse cuidadosamente de acuerdo con las pautas recomendadas.
Nos hemos centrado en presentar las características principales del diseño de piezas de fundición a presión de aluminio. Encontrará precisiones recomendadas para muchas características importantes y comprenderá las consideraciones de diseño que deben seguirse durante el proceso de diseño del producto.
Selección de materiales
El diseño del producto puede variar significativamente según la elección de los materiales. Cada aleación tiene ciertas limitaciones. Para lograr la mejor integridad y resistencia de las piezas fundidas a presión de aluminio, se requiere un diseño y una ejecución cuidadosos.
Dependiendo de la composición de los elementos de aleación utilizados en el aluminio, su peso, fluidez, resistencia, conductividad, punto de fusión y otras propiedades pueden variar. Sin embargo, no todos los elementos de aleación son adecuados para materiales de fundición.
Algunas aleaciones de aluminio populares que se pueden utilizar para fundición a presión incluyen:
- A380
- A383 (ADC12)
- A413
Hay muchos otros tipos de aleaciones de aluminio disponibles. Debe elegir el adecuado según sus necesidades específicas y limitaciones presupuestarias.
Borrador
El ángulo de salida es uno de los parámetros de diseño importantes en la fundición a presión de aluminio. Se refiere al grado de conicidad o inclinación entre el núcleo y la superficie de la pieza y la línea de separación del molde. También lo llamamos ángulo de salida.
El diseñador debe proporcionar ángulos de expulsión suficientes cuando sea necesario. Porque sin ángulos de expulsión adecuados, las piezas fundidas serán difíciles de retirar después de la solidificación y todavía existe la posibilidad de dañar las piezas o incluso el molde mismo.
Consideraciones de diseño del borrador
Al calcular los requisitos del ángulo de separación, tenga en cuenta los siguientes factores:
- Generalmente, se adopta un ángulo de chaflán común para la mayoría de las características geométricas.
- Hay algunas excepciones para las paredes y superficies interiores. En tales casos, el volumen de ventilación suele ser el doble que el de las paredes exteriores.
- Los requisitos del ángulo de salida pueden variar según la aleación utilizada para la fundición. Es posible que deba calcular el ángulo de inclinación según el tipo de aleación de aluminio que haya elegido.
A continuación se ilustrarán las tolerancias estándar para los ángulos de salida de la superficie interna de piezas fundidas de aluminio de diferentes profundidades.
Las tolerancias estándar para cualquier aleación se pueden calcular mediante la siguiente ecuación.
Si desea lograr un ángulo de desmoldeo menor, puede utilizar tolerancias precisas. Sin embargo, esto requiere un procesamiento más preciso y genera mayores costes. Por lo tanto, se recomienda evitar el uso de tolerancias precisas a menos que sea absolutamente necesario.
Las tolerancias de precisión para el dibujo de la superficie interna de piezas fundidas de aluminio de diferentes profundidades son las siguientes.
Esta es la fórmula para calcular la tolerancia de precisión de la pieza.
Tenga en cuenta que el borrador del diagrama anterior ha sido exagerado para una mejor comprensión del concepto. De hecho, el borrador del diagrama es muy pequeño y, si no se observa con atención, generalmente es imposible notarlo.
Troquel móvil y troquel fijo
El diseño coordinado del molde móvil y del molde fijo es de vital importancia. Incluso si uno de ellos es inconsistente, obstaculizará el proceso de fundición a presión del aluminio. El diseño del molde móvil suele ser más complicado. La estructura del molde fijo es relativamente simple, pero el molde móvil necesita manejar más componentes. Cuando el material se inyecta en el molde, debido a la presión del exceso de material, el núcleo puede salirse, lo que da como resultado dimensiones sobredimensionadas.
Las tolerancias de los componentes móviles del molde dependen de la tolerancia lineal y de la tolerancia del área de proyección. Entre ellos, la tolerancia lineal se refiere a la longitud del deslizador del núcleo del molde, mientras que el área de proyección se refiere a la cabeza del deslizador del núcleo del molde que mira hacia el material fundido.
El movimiento se puede realizar a lo largo de una dirección lineal perpendicular al área de proyección. Por lo tanto, es mejor mantener la tolerancia para mover los componentes del molde en el valor mínimo de cero grados.
Debido a la estructura del equipo de fundición a presión, sólo se pueden permitir tolerancias relativamente grandes o positivas durante el proceso de producción. Según ciertas variables del área proyectada, las tolerancias estándar y las tolerancias de precisión son las siguientes. Directriz de NADCA.
Línea de separación
La línea de separación es la posición donde las dos mitades del molde se unen para formar la estructura completa del producto. Debido al proceso de fundición a presión, la formación de la línea de separación es inevitable. Porque el diseño siempre incluye al menos dos componentes.
La línea de separación indica claramente la distinción entre la matriz móvil y la matriz fija del molde. La tolerancia de la línea de partición se refiere a la cantidad máxima de separación del molde que se permite para garantizar la ejecución adecuada del proceso de fundición a presión de aluminio.
Cuando la presión del material intenta forzar la separación de las dos mitades del molde, el material fluirá desde el punto de separación a lo largo de la línea de separación. Este es el defecto flash en la fundición a presión. La fundición requiere procesos de acabado adicionales para eliminar las rebabas, los elevadores, las compuertas y los puertos de desbordamiento. 
La tolerancia de la línea de partición es función del área proyectada del molde, que representa la superficie de separación donde el material fundido se mueve de un medio molde al otro.
Los moldes completamente cerrados no tienen espacios entre sí, por lo que la tolerancia del área proyectada es siempre positiva. El grado de separación del molde depende de la presión de la carcasa del molde y de la fuerza de sujeción aplicada para mantener cerradas las dos mitades del molde.
La tolerancia de la línea de separación variará según la aleación, el tamaño y la profundidad de la pieza. Los valores de tolerancia estándar recomendados y los valores de tolerancia de precisión para la línea de separación de fundición a presión son los siguientes.
Sin embargo, si el área proyectada de la pieza fundida supera las 300 pulgadas cuadradas, consulte con la fábrica de fundición (1935,5 cm²).
Tolerancia de mecanizado
El margen de mecanizado se refiere a la cantidad de materia prima que se puede eliminar de la pieza acabada de fundición a presión de aluminio. Las piezas fundidas pueden tener rugosidades superficiales y formas geométricas que se desvían ligeramente del diseño real. Por lo tanto, después de la fundición a presión, se requiere un procesamiento secundario para corregir estos errores. 
El punto clave es que las mejores propiedades mecánicas y densidad de las piezas fundidas se encuentran en la superficie o cerca de la superficie. Por lo tanto, el margen de mecanizado debe determinarse cuidadosamente para evitar penetrar las partes menos densas.
Sin embargo, durante la etapa de diseño, se debe especificar una cierta cantidad de margen de mecanizado para las variables de mecanizado y fundición. Si el margen de mecanizado es demasiado pequeño, es posible que no cumpla con los requisitos de calidad de la superficie y existe el riesgo de dejar defectos en las piezas.
Por otro lado, una asignación excesiva de mecanizado para las piezas aumentará el tiempo de producción, los costos de mano de obra y los gastos generales. Consultar con antelación con el proveedor de fundición a presión le ayudará a determinar el margen de mecanizado adecuado.
Generalmente, el margen mínimo de mecanizado debe ser de 0,010 pulgadas (0,25 milímetros) para reducir el desgaste de la herramienta y minimizar la porosidad de las piezas fundidas. El margen máximo de mecanizado es la suma del margen mínimo de mecanizado y la deformación de las piezas fundidas.
El siguiente es un ejemplo de comparación de tolerancias de mecanizado en dos posiciones de puntos de referencia diferentes.
Sin embargo, se necesita alguna consideración adicional para piezas planas y grandes. Puede consultar con su rodaja para asegurar los valores de tolerancia de mecanizado en este caso.
Espesor de la pared
Intente siempre mantener uniforme el espesor de la pared de todo el componente. El espesor uniforme es beneficioso para un mejor flujo y solidificación del metal. Por tanto, la calidad e integridad de la pieza fundida serán mejores.
Sin embargo, si debe proporcionar espesores de pared variables en su diseño, debe introducir una transición gradual en forma de esquinas/radios redondeados en lugar de cambiar abruptamente el espesor. De lo contrario, quedarán bordes afilados en su diseño.
En el diseño del producto no debe haber bordes afilados. Esto se debe a que afectará el flujo del metal y dificultará la extracción del molde después de la fundición. Sin embargo, si las paredes se encuentran en la línea divisoria, estos bordes se pueden conservar.
Grosor de pared recomendado
Aunque no existe un estándar absoluto para el grosor o la delgadez de las paredes, es mejor mantenerlo dentro de un cierto límite. El rango típico de espesor de pared para piezas de fundición a presión de aluminio es de 0,0787 pulgadas (2,0 milímetros) a 0,1378 pulgadas (3,5 milímetros). Esto también depende del tamaño y la estructura de la pieza.
Sin embargo, esto puede variar según la aleación de la pieza fundida, la configuración de la pieza, el tamaño de la pieza y la aplicación. Por ejemplo, si el tamaño de la pieza es pequeño, es posible fundir una sección de pared tan delgada como 0,020 pulgadas (0,50 milímetros).
Sin embargo, puede haber excepciones al espesor de pared máximo y mínimo para piezas fundidas de aluminio tanto pequeñas como grandes. Si tiene algún problema, puede consultar con su fábrica de fundición.
Evite paredes demasiado gruesas y delgadas
Aumentar el espesor de la pared mejorará la rigidez de la pieza. Sin embargo, una pared excesivamente gruesa retrasará el proceso de enfriamiento, dificultando así el proceso de solidificación. Por lo tanto, a menos que se tomen las medidas adecuadas, la calidad de la pieza fundida será deficiente.
Las paredes gruesas también aumentarán el peso del producto. Por lo tanto, los diseñadores de productos que se centran en reducir el peso de los componentes tienden a preferir el uso de paredes delgadas. Sin embargo, si el espesor de la pared excede un cierto límite, la rigidez será demasiado baja y será propenso a deformarse durante el procesamiento posterior.
El problema de deformación se puede resolver mediante un procesamiento gradual. Sin embargo, las delgadas paredes de las piezas fundidas carecen de rigidez y resistencia. La instalación de nervaduras de refuerzo puede mejorar significativamente la rigidez de las paredes delgadas, haciéndolas más estables.
Sin embargo, la tecnología moderna de fundición a presión ya es lo suficientemente avanzada como para manejar la mayoría de los parámetros clave de diseño. Pero estas tecnologías sólo deben considerarse si pueden garantizar un mejor rendimiento o beneficios económicos para las piezas.
Diseño liviano
Los retenedores y ranuras de metal son dos características de diseño comunes en el diseño de componentes livianos. Pueden reducir significativamente la cantidad de material necesario para fabricar los componentes, sin afectar su integridad y resistencia.
El ahorro de espacio en metal se refiere a los espacios huecos que normalmente se encuentran dentro de las nervaduras de refuerzo, que se utilizan para reducir el uso de material y, por lo tanto, disminuir el peso del componente. Las secciones entre las nervaduras de refuerzo son de poca utilidad y, por lo tanto, se pueden eliminar del diseño de forma segura.
Sugerencias de diseño para protectores metálicos
A la hora de diseñar los protectores metálicos de las piezas se deben tener en cuenta los siguientes puntos.
- Evite bordes cortantes en los protectores metálicos. Utilice esquinas/radios redondeados con el mayor radio posible. El radio mínimo debe ser de 0,06 pulgadas (1,524 mm).
- Mantenga un espesor de pared uniforme alrededor del protector metálico. Intente que el grosor se acerque al valor recomendado habitual.
- Proporcione un ángulo de socavado lo más grande posible.
Los bolsillos pueden reducir significativamente el peso
La estructura en forma de bolsa es otra técnica de reducción de peso. La pieza de paredes delgadas se puede utilizar para reemplazar la pieza más gruesa con agujeros, reduciendo así la cantidad de material necesario para la producción. Sin embargo, la estructura en forma de bolsa a veces provoca una contracción irregular.
Por lo tanto, debes decidir cuidadosamente dónde utilizar las cavidades. También puede utilizar nervaduras de refuerzo para mejorar la estructura de las cavidades. Esto aumentará la rigidez de las cavidades y mejorará el flujo de metal. Reducir la cantidad de metal utilizado también puede aumentar la velocidad de enfriamiento, acortando así el ciclo de producción.
Filetes y radios
Aunque se cree ampliamente que las esquinas redondeadas y los radios no son lo mismo, en efecto son diferentes. Si bien ambos se refieren a los bordes redondeados en el diseño de piezas de aluminio fundidas a presión, el ángulo interior suave se denomina esquina redondeada, mientras que el borde exterior liso se llama radio.
Para cualquier diseño de fundición a presión de aluminio, las esquinas redondeadas y los radios son características sumamente importantes. Pueden reducir significativamente la turbulencia generada durante el proceso de inyección del metal, garantizando un flujo más uniforme. Como resultado, las piezas logran una mayor integridad estructural.
Sugerencia para diseñar filetes/radios
- Cuando dos superficies que se cruzan tienen esquinas afiladas, el uso de esquinas redondeadas o radios para conectarlas puede evitar una alta concentración de tensión en esa parte del molde o del componente.
- Filete/Radios: Para cualquier borde o esquina a lo largo de la línea de separación del molde, no se requieren filetes/radios.
- Proporcione un ángulo de desmoldeo suficiente para los filetes que son perpendiculares a la línea de separación.
Puede diseñar el filete/radios en las piezas de acuerdo con las siguientes pautas.
Encogimiento
La contracción es un fenómeno muy común e inevitable. Cuando cualquier aleación metálica se encuentra en proceso de enfriamiento y solidificación tras ser fundida, presenta un cierto grado de contracción. Por ello, los diseñadores deben realizar los ajustes necesarios en el diseño del producto para dejar espacio suficiente para la contracción.
Una sección más gruesa tiende a presentar contracción, lo que conduce a la formación de poros en su interior. El sobrecalentamiento local también puede provocar contracción y, en consecuencia, la aparición de poros. Es necesario mejorar el diseño del molde para enfriar localmente estas áreas. Sin embargo, esto podría prolongar el ciclo de colada.
Técnicas para reducir la contracción de la fundición
Los diseñadores deben seguir las siguientes consideraciones de diseño para reducir la contracción de las piezas fundidas de aluminio.
- En el diseño se deben evitar secciones excesivas o gruesas. Si es posible, se debe revisar el diseño para utilizar secciones más delgadas y materiales centrales que ahorren metal.
- Agregar nervaduras planas o verticales a la pared puede mejorar las características de alimentación y reducir la tendencia a la contracción.
- Agregar pasadores de compresión puede reducir la contracción en áreas específicas.
Jefe
For the parts that need to be installed in other locations, the bosses are indispensable. They serve as support and installation points. However, if the design and positioning of the bosses are improper, it may lead to manufacturing difficulties and thus increase costs.
The bosses will also increase the material requirements and the weight of the aluminum castings. The protrusions can be redesigned in the following way to obtain lighter parts.
Consideraciones de diseño para el diseño de jefe
Las siguientes son algunas consideraciones de diseño que se deben tener en cuenta al diseñar los resaltes de las piezas.
- Si se requiere un orificio, intente agregar un orificio en el centro de la plataforma elevada para lograr un espesor de pared uniforme.
- Proporcione esquinas redondeadas más grandes para las protuberancias para permitir que el metal fundido fluya adecuadamente.
- Se recomienda agregar nervaduras, ya que pueden ayudar a asegurar un buen llenado de la protuberancia y también proporcionar resistencia adicional a la protuberancia.
- Proporcione suficiente ventilación a la protuberancia para que las piezas fundidas puedan expulsarse más fácilmente.
Este es un video corto que explica el proceso de aplicación y diseño de la plataforma elevada en fundición a presión.
Costillas
El diseño de las nervaduras de refuerzo tiene como objetivo aumentar la rigidez de las piezas fundidas en aluminio a presión, mejorando así su resistencia. Por lo tanto, las nervaduras de refuerzo contribuyen a la robustez de las piezas fundidas. Suelen emplearse en combinación con otras partes más débiles (como secciones de paredes finas) para reforzar su resistencia.
Su sección transversal maciza relativamente gruesa suele proporcionar una mayor resistencia, ya que una sección más gruesa tiende a presentar una porosidad mayor, lo que reduce su capacidad estructural de carga. Sin embargo, el uso excesivo de nervaduras de refuerzo puede provocar concentración de tensiones en los bordes de dichas nervaduras.
Las nervaduras de refuerzo suelen diseñarse con una sección transversal hueca, también conocida como cuerpo ahorrador de metal. Este enfoque permite reducir el consumo de material en las nervaduras de refuerzo, disminuyendo así el peso de las piezas.
La figura a continuación muestra las dimensiones recomendadas de las nervaduras para algunos casos comunes y también indica situaciones en las que no conviene utilizar nervaduras.
Diseño de espacio de orificio a borde
Si el orificio está demasiado próximo al borde de la pieza fundida de aluminio, la resistencia de la sección transversal disminuirá. Debe mantenerse la distancia mínima entre el orificio y el borde para evitar una concentración excesiva de tensiones en esa zona. Por lo tanto, la distancia adecuada entre el orificio y el borde debe determinarse en función del diámetro del orificio. Asimismo, debe respetarse la distancia libre mínima entre dos orificios adyacentes; para ello, conviene tener en cuenta los diámetros de ambos orificios y sus zonas de concentración de tensiones.
El espaciado suficiente permite evitar zonas débiles. Si la distancia entre el orificio y el borde es insuficiente, también puede considerarse un procesamiento secundario.
Agujero y ventana
En cuanto a la dificultad de diseño, los orificios y las ventanas suelen ser los más fáciles de manejar. Sin embargo, incluso las características más simples en piezas de aluminio fundido a presión requieren una atención cuidadosa a los detalles durante el proceso de diseño. Durante el diseño, es necesario garantizar la fabricabilidad.
Las aplicaciones más comunes de orificios y ventanas se encuentran en las carcasas de diversos dispositivos electrónicos, como portátiles y calculadoras. Estos dispositivos requieren la colocación de numerosos orificios. Esta disposición genera problemas en el flujo del metal.
Puede comprender mejor este problema de manera intuitiva mediante este video.
Los orificios y las ventanas también pueden dificultar la extracción de las piezas fundidas. Esto se debe a que la contracción por solidificación de las piezas puede hacer que las piezas queden atrapadas en el molde. Al diseñar orificios y ventanas, puede seguir los siguientes consejos para resolver estos problemas.
- Proporcione una capacidad de desmoldeo suficiente para solucionar el problema de la expulsión. Según el cálculo de la capacidad de desmoldeo, observará que: los orificios y las ventanas requieren una mayor capacidad de desmoldeo que cualquier otra estructura. Esto se debe a que las paredes planas y cerradas se disponen a lo largo de la circunferencia interior.
- Para evitar cualquier problema durante el proceso de flujo del metal, puede utilizar una estructura tipo puente que asegure que el metal fluya de manera continua a través de los orificios y las ventanas. La incorporación de puertos de alimentación laterales, así como de puertos de rebabas y de desbordamiento, garantiza un flujo suave del metal dentro de la pieza. Estas estructuras adicionales podrán recortarse fácilmente posteriormente.
- Si su diseño lo permite, debería eliminar la ventana grande y sustituirla por una serie de pequeños orificios. Pues las ventanas largas pueden interrumpir el flujo del metal y comprometer la integridad de la pieza fundida.
Trate de evitar tanto como sea posible
Los diseñadores deben intentar alinear estas características geométricas paralelas a la dirección de expulsión del molde o rediseñar la pieza para eliminar la necesidad del núcleo/corredera. El siguiente ejemplo muestra cómo rediseñar la pieza para eliminar el requisito de núcleos laterales. 
Sin embargo, en algunos casos, es necesario introducir núcleos/diapositivas para proyectar las características sin necesidad de un procesamiento posterior. Puede diseñar correderas centrales o varillas de tracción para eliminar la necesidad de la mayoría (si no todas) de las operaciones de procesamiento secundario.
Por lo tanto, las dificultades causadas por el mayor costo inicial del molde y el prolongado ciclo de fundición pueden mitigarse reduciendo el número de pasos de procesamiento secundario. Como resultado, la repetibilidad de las piezas ha mejorado significativamente.
Mecanismo de trabajo
El mecanismo de extracción lateral del núcleo y el movimiento deslizante generalmente son impulsados por pasadores inclinados o cilindros hidráulicos. Los pasadores inclinados son dispositivos mecánicos que se utilizan para el movimiento de extracción del núcleo/deslizamiento. La secuencia de apertura y cierre del molde principal puede activar los pasadores inclinados.
Por lo tanto, los pasadores inclinados se pueden utilizar sin una fuente de alimentación adicional. El coste de producción también es menor. Sin embargo, los pasadores inclinados pueden interferir con el desmontaje de las piezas fundidas y sólo son adecuados para correderas más cortas.
El control deslizante superior también tiene dificultades para usar uniones de pasador y solo puede usar resortes. El uso de un método hidráulico puede resolver estos problemas. Puede definir un ciclo y utilizar el control deslizante superior. No interferirá con el reciclaje de las piezas fundidas.
Hay otros métodos de movimiento que se pueden utilizar para el núcleo/ram. El diseñador debe elegir el método de movimiento apropiado basándose en factores como el presupuesto, el volumen de producción, el tamaño de la pieza y la longitud del recorrido del núcleo/pistón en la pieza fundida.
Puede hablar con su fábrica de fundición a presión para obtener sugerencias adecuadas con respecto al diseño del mecanismo lateral de extracción/deslizamiento del núcleo. También agradecemos sus consultas y haremos todo lo posible para ayudarlo.
Formación de roscas
Cuando hablamos de conformado de roscas, nos centramos principalmente en el moldeo de roscas externas. Aunque, en teoría, también se podrían moldear roscas internas, debido a la complejidad y al costo del proceso de fabricación, las roscas internas no resultan ideales.
La rosca externa puede fabricarse fácilmente utilizando un equipo convencional de fundición a presión de aluminio y alineando adecuadamente la línea de separación, o bien mediante un sencillo mecanismo deslizante. En cambio, la rosca interna requiere un conjunto que permita hacer girar el núcleo dentro del molde.
Esto incrementa el costo de las herramientas y de las piezas. Para mejorar la velocidad de producción y la rentabilidad, las roscas internas suelen procesarse como una operación secundaria. De este modo, no es necesario eliminar las virutas del orificio.
Tolerancias ideales de hilos
Las roscas se pueden formar fácilmente mediante una máquina de fundición a presión de aluminio. Las roscas fundidas suelen limitarse a roscas externas que no requieren un nivel de ajuste preciso.
Si necesita un grado de precisión específico para su pieza, siempre puede consultar con su fábrica de fundición a presión. Procesamiento secundario Para lograr una mayor precisión, pueden ser necesarios ajustes. Además, el diámetro mayor debe seguir la definición de perfil de rosca especificada y acordada por ambas partes.
Las tolerancias máximas y mínimas para algunas operaciones ideales de formación de roscas son las siguientes:
Consideraciones de diseño de subprocesos
Sin embargo, al crear hilos, tenga en cuenta los siguientes puntos.
- Es posible que sean necesarias operaciones de recorte adicionales para eliminar las rebabas formadas entre las roscas.
- Intente aplicar tolerancias directas tanto como sea posible en lugar de especificar el grado de ajuste de la rosca.
- Estos valores incluyen los límites de tolerancia para los componentes móviles del molde, las líneas de separación y las dimensiones lineales.
- Cuando se requieran tolerancias de rosca más estrictas, consulte con la fábrica de fundición a presión.
- Mantener suaves las roscas en la línea de separación puede simplificar significativamente el proceso de fabricación. Ya que no son necesarias roscas de diámetro completo. Mantener las roscas suaves permite que el molde se mueva ligeramente sin afectar la pieza.
El siguiente cuadro muestra la configuración de hilo externo recomendada.
Insertar
El inserto es una pieza sólida de material que se incorpora al molde y se integra con la pieza fundida a presión de aluminio. Cuando la aleación seleccionada no cumple con los requisitos y el diseño exige integrar componentes fabricados con otros materiales, es necesario utilizar insertos.
Existen sistemas profesionales que pueden emplearse en la fundición a presión de aluminio para incorporar insertos. Los insertos se colocan dentro de la cavidad del molde, y el aluminio fundido fluye alrededor de ellos, completando así el proceso de fundición a presión.
Cuando se presentan las siguientes situaciones, es posible que deba incorporar insertos roscados en su diseño:
- Los puntos de apoyo son propensos al desgaste.
- Debido a la desmontaje e inserción excesivamente frecuentes de elementos de fijación, las roscas se desgastan en exceso.
- Cuando se requieren componentes roscados con mayor resistencia a la tracción para soportar cargas concentradas.
La fundición a presión con inserción resulta más costosa que la fundición convencional, y la complejidad del sistema de inserción también puede influir en el costo de producción.
Sugerencias sobre la inserción
- Definir claramente todas las especificaciones requeridas por la fábrica de fundición a presión. Debido al gran espacio en el molde, los insertos suelen requerir tolerancias más estrictas. Obtenga la aprobación de la fábrica de fundición a presión para garantizar que las tolerancias de los insertos sean suficientes.
- Si el cliente desea proporcionar las hojas, negocie con la fábrica de fundición para asegurarse de que las tolerancias coincidan con las sugerencias de la fábrica de fundición. Porque unas palas con tolerancias inadecuadas pueden dañar gravemente el molde.
- Analizar la tensión provocada por los insertos. Asegúrese de que estas tensiones no tengan un impacto a largo plazo en el rendimiento del producto.
- El inserto puede tener la forma que desee para garantizar que proporcione suficiente fuerza de anclaje para las condiciones de carga esperadas.
- Evite esquinas afiladas y otras características que puedan causar concentración de tensión en las piezas.
Corte bajo
El recorte subrayado suele referirse a las características o superficies geométricas cóncavas de una pieza que no pueden alcanzarse con una herramienta recta. En el proceso de fundición a presión, el recorte subrayado se refiere a la característica que impide que la pieza sea expulsada por un único mecanismo de extracción.
Por lo tanto, al diseñar las piezas, es necesario tener en cuenta las dificultades que pueden surgir durante los procesos de mecanizado y fundición. A veces, es posible eliminar el efecto del recorte subrayado eligiendo adecuadamente la dirección de la fundición a presión de aluminio. Sin embargo, en la mayoría de los casos, esto no puede lograrse sin incorporar núcleos laterales.
Agregar núcleos laterales al diseño hace que la estructura del molde y el proceso de fundición sean más complejos. En comparación con la fundición a presión de aluminio tradicional, el mecanismo de los núcleos laterales es más complicado, lo que aumenta los costos y requiere más tiempo para su preparación.
Al diseñar recortes subrayados, es fundamental tener en cuenta los siguientes puntos importantes.
- Consulte con su fabricante si es posible utilizar herramientas de corte especializadas que puedan acceder a áreas de difícil acceso, como herramientas en forma de T o en forma de V.
Sin embargo, si es posible, lo mejor es evitar cualquier tipo de recorte subrayado en el diseño.
Diseño de canalones
Una ranura es un orificio estrecho, cuyo extremo puede presentar un borde redondeado o no. Aparece principalmente en piezas planas rectangulares de aluminio. Su longitud suele ser limitada. La ranura siempre es continua, es decir, atraviesa completamente la pieza.
Según la longitud y la forma de la ranura, pueden existir distintos tipos, como ranuras limitadas en ambos extremos, ranuras limitadas en un solo extremo o una ranura alargada semicircular.
Las ranuras pueden presentar diversas formas y tamaños, como ranuras en forma de T, ranuras de cola de milano, rectángulos, fondos planos, ranuras en forma de V, arcos, etc. Por lo general, se cortan a lo largo del borde y sirven como elementos para instalar componentes fabricados con otros materiales.
Las ranuras y los surcos en el diseño pueden funcionar como elementos de sujeción para otros componentes. Además, proporcionan aberturas por las que pueden pasar otros componentes (como interruptores, palancas, etc.).
A la hora de diseñar ranuras y surcos, estos consejos pueden resultar útiles.
- Recuerde que las ranuras y los surcos pueden contener o transmitir las dimensiones de otros componentes.
- En el diseño, conviene evitar ranuras con espacios demasiado reducidos entre ellas. Estas ranuras afectan la integridad de las piezas y pueden ocasionar problemas durante el proceso de acabado.
- No deje bordes afilados en las ranuras rectangulares o de fondo plano. Trate de redondear tanto como sea posible todos los bordes internos y externos. Esto ayudará a minimizar los costos de galvanoplastia y a reducir pequeños inconvenientes.
- Por la misma razón, el ángulo de la ranura en forma de V también debería ser redondeado.
Diseño del inyector
Debido a la contracción por solidificación, las piezas fundidas de aluminio solidificadas tienden a quedar atrapadas en el molde. Por ello, se requieren algunos componentes de expulsión que apliquen una fuerza adicional desde el interior del molde para garantizar que las piezas puedan ser expulsadas.
El mecanismo de expulsión del equipo de fundición a presión puede estar compuesto por múltiples componentes. El molde de fundición a presión consta principalmente de dos partes: la mitad del molde superior y la mitad del molde inferior. El molde inferior incluye el mecanismo de expulsión.
La línea de separación es el punto donde se separan las dos mitades del molde. Una vez finalizada la fundición, el molde inferior se separa de la línea de separación. Sin embargo, debido a la mayor complejidad del equipo y a las diversas configuraciones del molde, esto hace que el sistema de expulsión sea más complicado.
Abordaremos únicamente los moldes tradicionales de dos partes, ya que son más comunes y rentables. En este caso, la parte de expulsión del molde incluye pasadores, placas de expulsión, insertos, canales de colada y cualquier patrón grabado presente en el diseño.
El mecanismo de expulsión depende principalmente de dos componentes del molde: el pasador de expulsión y la placa de expulsión.
Pasador eyector
La función de la varilla de empuje es empujar la pieza solidificada fuera del molde. Otra función de la varilla de empuje es sujetar la pieza fundida para evitar que se doble debido a la tensión concentrada durante el proceso de solidificación. Sin embargo, la desventaja de la varilla de empuje es que dejará marcas en la pieza fundida.
Por lo tanto, los diseñadores deben seleccionar cuidadosamente la posición y el tamaño de la varilla de empuje en función del tamaño, la estructura y otros factores de la pieza fundida. Al diseñar la varilla de empuje, se deben seguir las siguientes pautas.
- Coloque el pasador eyector en el área no funcional de la pieza de fundición, como el fondo de una cavidad profunda, el puerto de desbordamiento, la protuberancia o la parte inferior de la costilla.
- Al retirar las piezas fundidas, la varilla de empuje dejará marcas. Por lo tanto, no coloque la superficie exterior de las piezas fundidas hacia la varilla de empuje.
- La tolerancia recomendada para la marca del pasador saliente o empotrado es de 0,015" (0,381 mm).
- Siga los consejos de los trabajadores de la fundición a presión, ya que pueden ayudarle a seleccionar el tamaño, la posición y la cantidad más adecuados de los pasadores de sujeción.
El método correcto de fabricación del molde puede reducir significativamente las marcas dejadas por la varilla de empuje. Sin embargo, estas marcas todavía son claramente visibles. El fabricante del equipo original y el fabricante de fundición a presión deben acordar la posición de instalación de la varilla de empuje.
Además, tenga en cuenta que se formarán flecos alrededor del pasador superior. Por lo general, a menos que el cliente se oponga, no se producirán flecos. Los bordes del pasador superior se pueden aplanar para minimizar su impacto.
Placa eyectora
La placa expulsora puede servir como componente suplementario para el pasador expulsor o puede usarse de forma independiente. Por lo general, la fábrica de fundición utiliza la placa eyectora como superficie de instalación para el pasador eyector. Dado que la presión solo se aplica a la placa expulsora, el pasador expulsor empujará simultáneamente el pasador expulsor hacia adelante y retraerá la pieza fundida.
La placa expulsora también puede funcionar de forma independiente sin necesidad de un pasador expulsor. Sin embargo, normalmente sólo lo vemos en el micromolde. La fuerza aplicada por la placa eyectora a la pieza se utiliza para expulsarla. La ventaja de esto es que la placa expulsora no deja marcas en la pieza fundida como lo hace el pasador expulsor.
Borde afilado
En el diseño de piezas fundidas en aluminio a presión, no deben existir aristas vivas. Las aristas vivas generan puntos calientes dentro de la pieza y, debido a la contracción por solidificación, estos puntos provocan concentración de tensiones, lo que puede dar lugar a defectos fácilmente en las esquinas. Además, resulta muy difícil aplicar recubrimientos sobre aristas vivas.
Por ello, los diseñadores suelen redondear todas las esquinas vivas, incluso cuando el radio es tan pequeño como sea posible. Se deben aplicar esquinas redondeadas, radios o chaflanes en todas las esquinas vivas internas y externas. A continuación se presentan algunos ejemplos de diseños con esquinas vivas; los diseñadores pueden modificarlos de la siguiente manera.
Otro problema asociado a las aristas vivas internas es que aumentan significativamente el costo de la herramienta de corte. Como es bien sabido, el coste del mecanizado es bastante elevado y, cuanto mayores sean los requisitos de precisión, mayor será el gasto.
Una hoja perfectamente afilada implica una tolerancia cero. Aunque es posible obtener una hoja exterior con tal nivel de precisión, lograrlo en la hoja interior resulta casi imposible. Incluso con las herramientas más precisas, la hoja interna siempre presenta un radio mínimo.
No obstante, puede emplearse sin riesgo las aristas vivas a lo largo de la línea de separación para garantizar que las dos mitades del molde se cierran completamente. Asimismo, procure reducir al máximo el uso de aristas vivas.
Propiedad de sellado a presión
El rendimiento de estanqueidad a la presión es un indicador que evalúa la integridad de las piezas fundidas en aluminio, señalando su capacidad para soportar un determinado nivel de presión de fluidos. En algunos casos, el comprador puede exigir que las piezas presenten el rendimiento de estanqueidad a la presión especificado.
El rendimiento de estanqueidad a la presión depende en gran medida de su densidad y porosidad. Incluso una pequeña cantidad de porosidad puede afectar el rendimiento de estanqueidad del componente y provocar fugas durante su uso. Diversos factores pueden influir en la densidad y la porosidad de las piezas fundidas en aluminio.
El aire atrapado en el interior del aluminio constituye una preocupación importante para todos los fabricantes. Cuando el metal fundido se inyecta a alta presión, la resistencia generada por el aire atrapado puede dar lugar a la formación de poros. La presencia de cavidades de aire en las piezas fundidas también reduce su densidad, comprometiendo así la integridad estructural.
Existen numerosos factores que contribuyen a la formación de poros, lo que hace imposible que las piezas sean completamente libres de poros. Un diseño orientado a la fabricación eficaz y un control de calidad riguroso a lo largo de todo el proceso de producción permitirán lograr la densidad adecuada y la mínima porosidad.
Factores considerados en el diseño de moldes
Los diseñadores deben tener en cuenta los siguientes parámetros de diseño para lograr el mejor rendimiento de estanqueidad a presión en las piezas fundidas en molde de aluminio.
- Siga cuidadosamente las directrices relativas a las esquinas redondeadas, las nervaduras de refuerzo y los diseños de esquinas. De lo contrario, el flujo del metal no será uniforme y la turbulencia podría provocar porosidades.
- Procure mantener un espesor de pared uniforme para facilitar un flujo homogéneo del metal. Evite secciones gruesas y cualquier cambio brusco en el espesor.
- Para los orificios que requieren estanqueidad a presión, utilice el método de taladrado en lugar del mecanizado, con el fin de minimizar el impacto de la porosidad.
- Todos los orificios y canales posteriores sin procesar deben contar con ángulos de desmoldeo suficientes. Sin embargo, si los orificios del núcleo van a ser mecanizados después de la fundición, debe proporcionarse el ángulo mínimo de desmoldeo.
- Simule todo el proceso de fundición en molde de aluminio para identificar de antemano posibles problemas. Realice un análisis del flujo del molde para determinar qué características del molde pueden mejorar la calidad de las piezas fundidas.
- El equipo de fundición en molde asistida por vacío puede reducir significativamente la porosidad de las piezas fundidas en molde de aluminio. Como resultado, las piezas presentan menos defectos y un mejor rendimiento en cuanto a densidad.
Operación de procesamiento secundario
Las operaciones de procesamiento secundario también pueden afectar la resistencia a la presión de las piezas fundidas de aluminio. Durante el procesamiento, se deben seguir las siguientes pautas.
- La parte más densa de cualquier pieza fundida se encuentra en su superficie o cerca de ella. El interior suele ser menos denso y presenta una mayor porosidad. Por lo tanto, se debe especificar un margen de mecanizado mínimo para evitar que queden expuestas las zonas porosas del interior de la pieza.
- Si el margen de mecanizado requerido para la pieza supera el límite admisible, es posible que se expongan las partes porosas internas. En ese caso, podría ser necesario aplicar un tratamiento adicional de impregnación para lograr el mejor efecto de sellado.
- Evite mecanizar ambos lados de las piezas fundidas que requieren estanqueidad a la presión.
- Al procesar un gran número de piezas en bruto, conviene evitar utilizar un ángulo de desmoldeo demasiado pronunciado. En particular, debe tenerse en cuenta el ángulo mínimo de desmoldeo para los orificios del núcleo.
Además de las consideraciones mencionadas anteriormente, la selección de la aleación desempeña un papel crucial para garantizar la resistencia a la presión de las piezas fundidas de aluminio. Algunas aleaciones ofrecen un rendimiento superior en cuanto a la resistencia a la presión de los componentes de aluminio.
Se puede utilizar diversos equipos de ensayo para medir la resistencia a la presión de las piezas de aluminio. Por lo general, los ensayos de resistencia a la presión se realizan en un rango de presión de 5 a 40 psi. Si se requiere una resistencia a la presión superior, el diseñador deberá consultar con la fábrica de fundición a presión.
Resistencia de la pieza
Los requisitos de resistencia de las piezas de aluminio tendrán un impacto significativo en el costo y el tiempo de producción totales. Por lo tanto, puede dialogar claramente con la fábrica de fundición a presión sobre los requisitos de resistencia de las piezas para seleccionar un método de diseño de fundición a presión de aluminio viable.
La resistencia de las piezas fundidas de aluminio depende de muchos factores. A continuación, ofrecemos algunos consejos para garantizar la resistencia de las piezas fundidas.
- En primer lugar, es necesario seleccionar un tipo adecuado de aleación de aluminio. La aleación utilizada en la producción influye de manera significativa en la resistencia de las piezas. Sin embargo, la resistencia mecánica no es el único parámetro crucial; la aleación elegida debe presentar una maquinabilidad suficiente y cumplir también con otros requisitos.
- Es preferible realizar en la propia pieza la mayor cantidad posible de características. Cualquier característica que se procese posteriormente generará tensiones de mecanizado en los componentes de aluminio.
- Utilizar el proceso de fundición a presión de aluminio asistido por vacío para reducir la porosidad de las piezas. Esto aumentará la densidad de las piezas, mejorando así su integridad estructural y su resistencia.
- Añadir nervios de refuerzo en las partes de paredes delgadas y en las plataformas para mejorar su estabilidad.
- Los bordes vivos son puntos críticos de concentración de tensiones; por ello, estas áreas son propensas a fallar. Se recomienda emplear esquinas redondeadas para aumentar la rigidez de la pieza.
Seguir estas pautas puede ayudarle a mejorar la resistencia de las piezas fundidas a presión. No obstante, también es necesario tener en cuenta muchos otros detalles. Le invitamos a conversar con su proveedor de fundición a presión y a solicitar recomendaciones sobre cómo incrementar la resistencia de las piezas.
Características menores
El procesamiento de características de muy pequeño tamaño requiere herramientas más precisas. El tiempo, el costo y la dificultad de procesar estas características son todos mayores. Las características con tolerancias estándar pueden lograrse a un costo relativamente menor y con una precisión suficiente para satisfacer las necesidades de cualquier consumidor común.
Sin embargo, si su pieza se utiliza en una aplicación muy compleja, es posible que necesite tolerancias extremadamente precisas. El procesamiento que supera cierto nivel se denomina microprocesamiento, y las herramientas de procesamiento estándar no pueden alcanzarlo.
El microprocesamiento se ocupa de mecanizar características con tolerancias mucho menores a un milímetro. En comparación con cualquier operación de mecanizado convencional, su costo es prohibitivamente elevado. A menos que sea absolutamente necesario, los diseñadores deben evitar alcanzar niveles de precisión tan altos en sus diseños.
Si el molde presenta defectos prematuramente, ello implicará costos de mantenimiento considerables. Por lo tanto, es fundamental minimizar los defectos menores para reducir el costo del molde.
Grabado por fundición a presión
La mayoría de las piezas fundidas en aluminio presentan algún tipo de texto o decoración. Estos textos o decoraciones pueden ser letras, logotipos, marcas comerciales, códigos de fecha o números de producción, los cuales resultan útiles para rastrear la cadena de suministro, promover la marca y cumplir con muchos otros fines.
El grabado o la decoración mediante fundición a presión puede realizarse en las piezas de tres maneras.
- Como un relieve elevado
- Como una característica de depresión
- Las letras en relieve sobre un panel cóncavo
Entre estos tres métodos, el más económico consiste en mantener las letras como partes elevadas. Las partes elevadas en la pieza fundida en aluminio requieren las correspondientes partes cóncavas del molde.
Esta característica es fácil de incorporar en el molde y provoca un desgaste mínimo durante su funcionamiento. Además, hay menos letras en relieve (o en depresión), lo que reduce tanto el costo de construcción del molde como los costos de mantenimiento a lo largo de toda su vida útil.
Por el contrario, los caracteres grabados en las piezas fundidas en aluminio requieren características en relieve, que se forman directamente en el acero del molde. Esta solución es ligeramente más compleja y también implica un mayor costo de mantenimiento.
Sin embargo, si el diseñador desea conservar una superficie plana, puede diseñar el texto como una sección en relieve dentro de un panel rebajado. Este método resulta más práctico, ya que permite aplicar la zona rebajada sin preocuparse por dañar el molde.
Posteriormente, se puede utilizar un recubrimiento para rellenar las áreas rebajadas adicionales. Por ello, le recomendamos evitar el uso directo de características rebajadas en la pieza.
Otras pautas
- La superficie (grosor de la línea) de cualquier letra o símbolo debe ser de al menos 0,010 pulgadas (0,254 mm) o más.
- La altura de las líneas o símbolos debe ser igual o menor que el grosor de las líneas.
- Si algún texto o decoración contiene detalles complejos o letras finas, es posible que no quede claro durante el proceso de fundición. Por lo tanto, intente simplificarlos tanto como sea posible.
- El ángulo de inclinación no debe ser inferior a 10°.
Seguir estas pautas debería ser útil para la mayoría de las situaciones. Si tiene algún otro requisito, siempre puede consultar a su fábrica de fundición para obtener el asesoramiento adecuado.
