Piezas de fundición a presión de aluminio y fundición en arena de aluminio: procesos, aplicaciones y mantenimiento
Los componentes de aluminio salen de la fábrica por más de una ruta. Algunos se forman bajo alta presión dentro de una matriz de acero endurecido, otros toman forma lentamente dentro de un lecho de arena aglomerada. Elegir entre piezas de fundición a presión de aluminio y los componentes de aluminio fundido en arena depende del espesor de la pared, el volumen del pedido, el presupuesto de herramientas y la superficie acabada que realmente necesita el proyecto. Las secciones siguientes explican cómo funciona cada método, dónde se utiliza cada uno, qué puede salir mal durante el conformado y cómo se deben limpiar los herrajes de aluminio terminados una vez que estén en servicio.
Tolerancias estrictas y repetibles
La inyección a alta presión llena la cavidad del troquel en una fracción de segundo, por lo que el espesor de la pared y las posiciones de los orificios se repiten estrechamente desde el primer disparo hasta la diezmilésima. Esta coherencia es la razón por la que piezas de fundición a presión de aluminio se eligen para carcasas y soportes que deben atornillarse a componentes acoplados sin necesidad de ajuste manual.
Capacidad de pared delgada
Debido a que el aluminio fundido se introduce en la cavidad bajo presión en lugar de ser vertido por gravedad, paredes tan delgadas como un milímetro aún pueden llenarse por completo antes de que el metal se congele, lo que mantiene las piezas terminadas livianas sin sacrificar la rigidez.
Superficie lisa como fundición
Las matrices de acero imparten una textura superficial fina directamente a la pieza fundida, lo que reduce o elimina la necesidad de mecanizado secundario en las caras cosméticas y reduce la cantidad de posprocesamiento que requiere una carcasa o placa de cubierta antes de enviarse.
Eficiente en volumen
Los tiempos de ciclo medidos en segundos en lugar de minutos hacen que el proceso sea adecuado para ejecutar la misma geometría miles de veces, razón por la cual los soportes del motor, las carcasas de la transmisión y las cajas electrónicas dependen de este método una vez que se finaliza el diseño.
Ventajas de la fundición en arena para piezas de aluminio
La fundición en arena adopta un enfoque diferente y se gana su lugar por un conjunto diferente de razones. En lugar de presionar metal en un troquel endurecido, el proceso empaqueta arena mezclada con un aglutinante alrededor de un patrón y luego retira el patrón para dejar una cavidad que el aluminio fundido llena por gravedad. Esto cambia la economía y la geometría que se puede producir en la práctica.
Baja inversión en herramientas
Los patrones se pueden construir con madera, espuma o plástico impreso en 3D en lugar de acero endurecido, lo que reduce el costo inicial de comenzar un nuevo número de pieza y acorta el tiempo entre un dibujo terminado y una primera muestra.
Capacidad de secciones grandes
El vertido por gravedad no impone los mismos límites de presión que se encuentran en la fundición a presión, por lo que las carcasas de bombas, cajas de cajas de engranajes y bases de máquinas con espesores de sección muy superiores a lo que una matriz puede manejar con seguridad salen del molde sin dificultad.
Flexibilidad de diseño entre ejecuciones
Se puede reelaborar un patrón o cortar uno nuevo rápidamente cuando cambia un diseño, evitando el tiempo de entrega y el gasto de modificar o reemplazar una matriz de acero cada vez que es necesario ajustar una dimensión durante el desarrollo.
Adecuado para tiradas de bajo volumen
Cuando sólo se necesita un puñado de unidades o una producción corta, rara vez tiene sentido distribuir el costo de una matriz de acero en tan pocas piezas, por lo que los moldes de arena siguen siendo la ruta más práctica para prototipos y trabajos de series limitadas.
Comparación de parámetros de fundición uno al lado del otro
La siguiente tabla alinea las tres rutas de conformado de aluminio más comunes con las variables que con mayor frecuencia deciden a cuál se debe enrutar un dibujo.
| Parámetro | fundición a presión | Fundición en arena | Fundición en molde permanente |
|---|---|---|---|
| Costo de herramientas | Alto | Bajo | Medio |
| Precisión dimensional | ±0,05 a 0,1 mm típico | ±0,5 a 1,5 mm típico | ±0,2 a 0,5 mm típico |
| Tamaño de lote recomendado | Miles y más | Unidades individuales a unos pocos cientos | Cientos a unos pocos miles |
| Espesor de pared alcanzable | 1mm a 4mm | 5 mm a 50 mm | 3 mm a 20 mm |
| Rugosidad de la superficie fundida | Ra 1,5 a 3,0 micrómetros | Ra 6,0 a 12,5 micrómetros | Ra 3,0 a 6,0 micrómetros |
| Tiempo de ciclo típico | Segundos a unos minutos | Horas incluida la preparación del molde. | Minutos por casting |
Aplicaciones de piezas comunes de fundición en arena de aluminio
Debido a que los moldes de arena toleran secciones grandes y pesadas y formas irregulares sin las limitaciones de presión de una matriz, ciertas categorías de hardware se construyen casi exclusivamente a través de esta ruta.
Carcasas de bombas
Pasajes internos de agua y bridas de montaje fundidas en una sola pieza, evitando las uniones que de otro modo necesitarían sellarse.
Cuerpos de válvulas
Las paredes gruesas alrededor de los puertos roscados mantienen la presión mientras que los canales de flujo internos se forman limpiamente durante el vertido.
Bridas y Accesorios
Los círculos de pernos y las caras de sellado se moldean cerca del tamaño final, dejando solo la superficie de contacto para mecanizar.
Bases para máquinas herramienta
Secciones pesadas y rígidas que amortiguan las vibraciones durante el funcionamiento, con un tamaño mucho más allá de los límites de la fundición a presión.
Piezas de equipos agrícolas
Carcasas y soportes de cajas de cambios expuestos a cargas exteriores e impactos repetidos durante el uso en campo.
Hardware marino
Soportes, carcasas y accesorios que combinan la resistencia a la corrosión del aluminio con la capacidad de sección grande de la fundición en arena.
Cómo fundir piezas de aluminio
Independientemente del tipo de molde que se utilice, la formación de una pieza de aluminio sigue la misma secuencia amplia desde el patrón hasta la fundición terminada.
Preparación de patrones o troqueles
Se construye un patrón para moldeo en arena, o se mecaniza una matriz de acero endurecido para fundición a presión, coincidiendo con la geometría de la pieza final más el margen de contracción.
derritiéndose
La aleación de aluminio se calienta a aproximadamente 660 a 720 grados Celsius en un crisol o horno de inducción hasta que alcanza un estado completamente líquido y vertible.
Desgasificación y fundente
Un agente desgasificante elimina el hidrógeno disuelto y un fundente arrastra las inclusiones de óxido a la superficie, reduciendo la porosidad de la pieza fundida terminada.
Vertido o Inyección
El metal fundido se vierte por gravedad en una cavidad de arena o se inyecta bajo presión en una matriz, llenando el molde antes de que la superficie comience a solidificarse.
Enfriamiento y solidificación
El enfriamiento controlado permite que la pieza fundida se solidifique desde las secciones más delgadas hacia las más gruesas, lo que limita las cavidades por contracción y la tensión interna.
Desmoldeo y Acabado
La pieza fundida se separa de la arena o la matriz, se recortan las compuertas y los elevadores y la pieza pasa al rectificado, tratamiento térmico o mecanizado según sea necesario.
Cómo fundir piezas de aluminio at Home
Una versión simplificada del mismo proceso está al alcance de un taller de aficionado. Un pequeño horno alimentado con propano o carbón derrite chatarra de aluminio en un crisol de acero o grafito, mientras que un patrón de madera o impreso en 3D prensado en arena de fundición húmeda forma la cavidad. Una vez retirado el patrón, se cortan a mano una compuerta de vertido y un canal de ventilación antes de cerrar y sujetar las mitades del molde. El metal fundido se vierte de manera constante para evitar atrapar aire y luego se deja sin tocar hasta que la pieza fundida se haya enfriado lo suficiente como para manipularla. El equipo de seguridad importa más a esta escala y no menos: una careta, guantes resistentes al calor y mangas largas protegen contra salpicaduras, y el vertido siempre debe realizarse en una superficie seca y no inflamable, lejos de cualquier rastro de humedad, ya que el agua atrapada en arena húmeda o en una herramienta mojada puede convertirse en vapor al entrar en contacto con el aluminio fundido.
¿Qué puedo utilizar para fundir aluminio?
La elección del material va en dos direcciones: el material del molde y la propia aleación de aluminio.
Materiales del molde
Arena de sílice unida con arcilla o aglutinantes químicos para moldes únicos, acero mecanizado para ciclos repetidos de fundición a presión y grafito o hierro fundido para moldes permanentes reutilizados en una producción moderada.
Grados de aleaciones comunes
A356 y A357 para piezas que necesitan mayor resistencia después del tratamiento térmico, ADC12 y A380 para piezas de fundición a presión en general, y 6061, donde una pieza fundida se mecanizará posteriormente y requiere una buena maquinabilidad.
Equipo de horno
Hornos de crisol alimentados con propano, gas natural o elementos de resistencia eléctrica para lotes más pequeños, y hornos de inducción para una fusión más rápida cuando el rendimiento importa más que el costo del combustible.
Materiales auxiliares
Tabletas desgasificadoras, fundente de cobertura, recubrimientos desmoldantes y manguitos elevadores, cada uno de los cuales aborda un riesgo de defecto específico durante la fusión y el vertido en lugar de la forma de la pieza en sí.
¿Cuál es la línea de separación de la fundición de aluminio?
La línea de separación marca el lugar donde dos mitades de un molde o matriz se unen y separan para liberar la pieza fundida terminada. Su posición se elige en la sección transversal más ancha de la pieza para que ambas mitades puedan retirarse limpiamente sin bloquearse contra un corte. Una línea de separación mal colocada obliga a trabajar más en el núcleo, agrega ángulos de desmoldeo que de otro modo no serían necesarios o deja un exceso de rebaba que debe eliminarse a mano. En una pieza fundida terminada, la línea de separación generalmente aparece como una costura tenue o una línea ligeramente elevada que recorre la pieza, y es normal ver un ligero mecanizado o pulido a lo largo de esa costura durante la inspección final en lugar de tratarla como un defecto.
¿Qué tan difícil es fundir aluminio?
El aluminio se encuentra en el medio del rango de dificultad para la fundición de metales. Su punto de fusión moderado y su buena fluidez lo hacen más tolerante que el hierro o el acero, pero todavía hay algunos tipos de defectos que requieren atención en cada etapa del vertido.
Porosidad de los gases
El aluminio fundido absorbe fácilmente hidrógeno a alta temperatura y ese gas sale de la solución a medida que el metal se enfría, dejando pequeños huecos a menos que la desgasificación se realice correctamente antes de verterlo.
Cavidades de contracción
El aluminio se contrae notablemente a medida que se solidifica, por lo que las secciones gruesas que se enfrían después de que el metal circundante ya se ha endurecido pueden tirar hacia adentro y dejar un vacío interno.
Cierre en frío
Dos chorros de metal que se encuentran después de que cualquiera de ellos ha comenzado a formar piel no logran fusionarse completamente, dejando una línea visible de debilidad en la superficie de la pieza fundida.
lagrimeo caliente
Las secciones delgadas unidas a una masa mucho más gruesa pueden agrietarse mientras aún están parcialmente fundidas si el molde restringe la contracción natural durante el enfriamiento.
Opciones de tolerancia y acabado superficial para componentes de aluminio fundido
Una pieza fundida en bruto rara vez sale del taller exactamente como sale del molde. Se aplican caras de montaje mecanizadas, recubrimientos anodizados para resistencia a la corrosión, recubrimiento en polvo para carcasas del mismo color y granallado para una textura mate uniforme, todo ello dependiendo de dónde terminará la pieza en servicio. Las clases de tolerancia generalmente varían desde dimensiones generales de fundición en caras no críticas hasta orificios mecanizados con precisión y patrones de pernos mantenidos dentro de unas pocas centésimas de milímetro cuando las piezas coincidentes lo exigen. La verificación del espesor de la pared, la inspección por rayos X de la porosidad interna y las pruebas de presión en las piezas que retendrán fluido son pasos comunes integrados en la inspección final antes de que se libere un lote.
Cómo limpiar piezas de aluminio fundido
La limpieza general de una pieza de aluminio fundido comienza con agua tibia y un detergente suave no abrasivo aplicado con un cepillo suave para quitar el polvo y la suciedad de la superficie. Se deben evitar los ácidos fuertes y los limpiadores alcalinos, ya que atacan la capa de óxido natural que protege el aluminio de la corrosión. Los residuos rebeldes se pueden aflojar sumergiéndolos brevemente en un limpiador formulado para aluminio antes de un enjuague final y secando completamente con un paño sin pelusa, ya que la humedad atrapada que queda en los huecos o agujeros roscados es lo que conduce a una nueva oxidación.
Limpieza de piezas de automóviles de aluminio fundido
Las ruedas, los colectores de admisión y las cajas de transmisión acumulan polvo de la carretera y residuos de frenos con el tiempo. Enjuagar primero la arena suelta y luego aplicar un limpiador de aluminio apto para ruedas y un cepillo suave en los radios empotrados evita que las partículas abrasivas rayen la superficie. Después, una ligera capa de cera protectora retarda el retorno de la oxidación entre lavados.
Limpieza de piezas de motor de aluminio fundido
Los componentes del motor tienen una película de aceite adherida y depósitos de carbón que el agua corriente no elimina. Dejar que la pieza se enfríe por completo, rociar un desengrasante y aplicarla en las nervaduras y los pernos con un cepillo de nailon en lugar de uno de metal evita rayar la superficie. Un soplado minucioso de aire comprimido y seco de los orificios ciegos evita que los restos del limpiador interfieran con el sello de la junta durante el reensamblaje.
Limpieza de mantenimiento de rutina
Para piezas en servicio industrial o exterior regular, un simple lavado mensual con jabón suave y un paño suave, seguido de una inspección para detectar picaduras o formación de óxido blanco, detecta la corrosión temprana antes de que se propague y forme picaduras que requerirían un pulido mecánico para eliminarlas.
Seleccionar el proceso adecuado para una pieza nueva
Rara vez llega un dibujo con el método de fundición ya decidido. El espesor de la pared, la cantidad esperada del pedido, los requisitos de tolerancia en las caras de contacto y el tamaño de la pieza apuntan hacia una matriz, un molde de arena o un molde permanente antes de que se derrita un solo gramo de aluminio. La revisión temprana de estos factores, junto con el grado de aleación que mejor se adapta a los requisitos mecánicos y de corrosión de la pieza, mantiene el retrabajo y los cambios de herramientas al mínimo una vez que la producción está en marcha.
