¿Qué es la fundición a alta presión? Costo del producto y precio de las piezas fundidas a presión fabricadas en serie.

La fundición a presión es un proceso de fundición de metales que se caracteriza por forzar el metal fundido a alta presión dentro de una cavidad de molde. La cavidad del molde se crea utilizando dos troqueles de acero endurecido para herramientas que se han mecanizado en forma y funcionan de manera similar a un molde de inyección durante el proceso. La mayoría de las piezas de fundición están hechas de metales no ferrosos, específicamente zinc, cobre, aluminio, magnesio, plomo, peltre y aleaciones a base de estaño. Dependiendo del tipo de metal que se va a fundir, se utiliza una máquina de cámara fría o caliente.

Los moldes de fundición a presión de KANGDING Die Casting and Machining utilizan aleaciones de aluminio y aleaciones de zinc para producir piezas fundidas idénticas de pequeñas a grandes para sus necesidades de fabricación. El desarrollo de moldes a presión es un proceso versátil que permite la producción de una gran cantidad de piezas fundidas de tamaño pequeño a mediano.

La fundición a presión compite con el moldeo por inyección con los plásticos. Los materiales metálicos tienen ventajas en casos individuales que aseguran el mercado de artículos fundidos a presión.
fundición a presión que facilita el crecimiento de bienes de consumo y electrodomésticos, al reducir en gran medida el costo de producción de piezas complejas en grandes volúmenes.
Los materiales más utilizados son

Aluminio (aluminio fundido a presión)
Zinc (zinc fundido a presión)
Magnesio (magnesio fundido a presión)
Tombac de silicona

Procesos de fabricación de moldes

El equipo de fundición y las matrices metálicas representan grandes costos de capital y esto tiende a limitar el proceso a la producción de alto volumen. La fabricación de piezas mediante fundición a presión es relativamente simple, y comprende solo cuatro pasos principales, lo que mantiene bajo el costo incremental por artículo. Es especialmente adecuado para una gran cantidad de piezas de fundición de tamaño pequeño a mediano, por lo que la fundición a presión produce más piezas de fundición que cualquier otro proceso de fundición. Las piezas de fundición se caracterizan por un muy buen acabado superficial (según los estándares de fundición) y consistencia dimensional.

La fundición a presión es un proceso de fabricación que se utiliza comúnmente para producir piezas metálicas con superficies de dimensiones precisas, definidas con precisión, lisas o texturizadas. Se logra forzando el metal fundido a alta presión en troqueles de metal reutilizables. El proceso de moldes de fundición a presión sigue los procedimientos posteriores relacionados con la fabricación de moldes de fundición a presión:

Se crea un molde en al menos dos secciones para permitir la extracción adecuada de la pieza fundida.
Las secciones están montadas de forma segura dentro de la máquina y están dispuestas de modo que una esté estacionaria mientras que la otra se pueda mover.
Los dos están firmemente sujetas entre sí.
El metal fundido se inyecta en la cavidad del troquel, donde se solidifica rápidamente.
Se separan las mitades de la matriz y se expulsa la pieza fundida.
En comparación con los procesos de arena o moldes permanentes, HPDC (fundición a presión de alta presión) es el método más rápido de la industria para producir piezas metálicas no ferrosas de alta precisión.

Fundición a presión de la carcasa del motor	Farola de fundición a presión	Piezas de fundición a presión de la caja de distribución

Metal fundido

Las principales aleaciones de fundición a presión son: zinc, aluminio, magnesio, zinc, cobre, plomo y estaño; aunque es poco común, también es posible la fundición a presión ferrosa. Las aleaciones específicas para fundición a presión incluyen: zinc aluminio; aluminio a, p. ej. Los estándares de la Aluminium Association (AA): AA 380, AA 384, AA 386, AA 390; y magnesio AZ91D. El siguiente es un resumen de las ventajas de cada aleación:

Zinc: el metal más fácil de fundir; alta ductilidad; alta resistencia al impacto; plateado fácilmente; económico para piezas pequeñas; promueve una larga vida útil.
Aluminio: ligero; alta estabilidad dimensional para formas muy complejas y paredes delgadas; buena resistencia a la corrosión; buenas propiedades mecánicas; alta conductividad térmica y eléctrica; conserva la fuerza a altas temperaturas.
Magnesio: el metal más fácil de mecanizar; excelente relación resistencia-peso; aleación más ligera comúnmente fundida a presión.
Cobre: alta dureza; alta resistencia a la corrosión; las más altas propiedades mecánicas de las aleaciones fundidas a presión; excelente resistencia al desgaste; excelente estabilidad dimensional; fuerza que se aproxima a la de las piezas de acero.
Silicon tombac: aleación de alta resistencia de cobre, zinc y silicio. A menudo se utiliza como alternativa para piezas de acero fundido a la cera perdida.
Plomo y estaño: alta densidad; precisión dimensional extremadamente cercana; utilizado para formas especiales de resistencia a la corrosión. Estas aleaciones no se utilizan en aplicaciones de servicios alimentarios por motivos de salud pública. Tipo de metal, una aleación de plomo, estaño y antimonio (a veces con trazas de cobre) se utiliza para fundir tipografía manual en la impresión tipográfica y el bloqueo de láminas en caliente. Tradicionalmente, los moldes jerk de fundición manual ahora son predominantemente fundidos a presión después de la industrialización de las fundiciones tipo.

A fines de 2019, las máquinas Giga Press capaces de fundir piezas individuales de más de 100 kilogramos (220 lb) se estaban utilizando para producir componentes de chasis de aluminio para el automóvil eléctrico Tesla Model Y.

Hay una serie de características geométricas que se deben considerar al crear un modelo paramétrico de una fundición a presión:
El calado es la cantidad de pendiente o ahusamiento que se le da a los núcleos u otras partes de la cavidad del dado para permitir una fácil expulsión de la pieza fundida del dado. Todas las superficies de fundición a presión que son paralelas a la dirección de apertura de la matriz requieren un tiro para la expulsión adecuada de la pieza de fundición de la matriz.
Las piezas de fundición que presentan un tiro adecuado son más fáciles de quitar de la matriz y dan como resultado superficies de alta calidad y un producto terminado más preciso.
El filete es la unión curva de dos superficies que de otro modo se habrían encontrado en una esquina o borde afilado. Simplemente, se pueden agregar filetes a una fundición a presión para eliminar bordes y esquinas indeseables.
La línea de partición representa el punto en el que se unen dos lados diferentes de un molde. La ubicación de la línea de separación define qué lado de la matriz es la tapa y cuál es el eyector.

Los salientes se agregan a las piezas fundidas a presión para que sirvan como separadores y puntos de montaje para las piezas que deberán montarse. Para una máxima integridad y resistencia de la fundición a presión, los resaltes deben tener un espesor de pared universal.
Las nervaduras se agregan a una fundición a presión para brindar soporte adicional para diseños que requieren la máxima resistencia sin un mayor espesor de pared.
Los orificios y las ventanas requieren una consideración especial al realizar la fundición a presión porque los perímetros de estas características se adhieren al acero de la matriz durante la solidificación. Para contrarrestar este efecto, se debe agregar un calado generoso a las características del agujero y la ventana.

Equipo de fundición a presión

Hay dos tipos básicos de máquinas de fundición a presión: máquinas de cámara caliente y máquinas de cámara fría. Estos se clasifican según la fuerza de sujeción que pueden aplicar. Las clasificaciones típicas están entre 400 y 4,000 st (2,500 y 25,400 kg).

Tratamiento superficial de fundiciones a presión	Fundición a presión de radiador	Fundición a presión de la cáscara de la picadora de carne

Beneficios del molde de fundición a presión de alta presión

Existen numerosas ventajas con respecto al uso del proceso de fundición a presión (o HPDC). En KANGDING Die Casting, podemos proporcionarle moldes de fundición a presión que coincidan con sus especificaciones de diseño. Algunas de las ventajas y desventajas del proceso de moldes HPDC incluyen las siguientes:

Ventajas del molde HPDC
La configuración de la pieza de forma neta se puede lograr
Se puede lograr una alta precisión dimensional
Produccion rapida
Se pueden lograr paredes más delgadas en comparación con la inversión y las fundiciones de arena.
Amplia gama de formas posibles
Se pueden fundir hilos externos
Los insertos de acero se pueden sobremoldear
Los orificios se pueden acoplar al tamaño de la broca de rosca interna

Desventajas del molde HPDC
Se requiere un volumen de producción relativamente grande para que el proceso sea rentable. (Sin embargo, SKS trabajaría con los clientes para mitigar esta deficiencia).
Alto costo inicial (herramienta, configuración)
Espesor mínimo de pared: 0.040 "
Espesor máximo de pared: 0.200 ". En algunos casos, se acepta hasta 0.50"
Los radios de calado y los filetes requeridos en la fundición.
Posible problema de porosidad

Fundición a presión en cámara caliente

Esquema de una máquina de cámara caliente
La fundición a presión en cámara caliente, también conocida como máquinas de cuello de cisne, se basa en una piscina de metal fundido para alimentar la matriz. Al comienzo del ciclo, el pistón de la máquina se retrae, lo que permite que el metal fundido llene el "cuello de cisne". El pistón de accionamiento neumático o hidráulico fuerza a este metal a salir del cuello de cisne hacia el troquel. Las ventajas de este sistema incluyen tiempos de ciclo rápidos (aproximadamente 15 ciclos por minuto) y la conveniencia de fundir el metal en la máquina de fundición. Las desventajas de este sistema son que se limita a usar con metales de bajo punto de fusión y que el aluminio no se puede usar porque recoge parte del hierro mientras está en el baño fundido. Por lo tanto, las máquinas de cámara caliente se utilizan principalmente con aleaciones a base de zinc, estaño y plomo.

Fundición a presión en cámara fría
Esquema de una máquina de fundición a presión de cámara fría.
Se utilizan cuando la aleación de fundición no se puede utilizar en máquinas de cámara caliente; estos incluyen aluminio, aleaciones de zinc con una gran composición de aluminio, magnesio y cobre. El proceso de estas máquinas comienza con la fusión del metal en un horno separado. Luego, se transporta una cantidad precisa de metal fundido a la máquina de cámara fría, donde se alimenta a una cámara de inyección sin calefacción (o cilindro de inyección). A continuación, este disparo se introduce en la matriz mediante un pistón hidráulico o mecánico. La mayor desventaja de este sistema es el tiempo de ciclo más lento debido a la necesidad de transferir el metal fundido del horno a la máquina de cámara fría.

proceso de fundición a presión

Los siguientes son los cuatro pasos de la fundición a presión tradicional, también conocida como fundición a presión a alta presión. Estos también son la base para cualquiera de las variaciones de fundición a presión: preparación, llenado, expulsión y remoción de matrices. Las matrices se preparan rociando la cavidad del molde con lubricante. El lubricante ayuda a controlar la temperatura de la matriz y también ayuda en la remoción de la pieza fundida. A continuación, se cierran las matrices y se inyecta metal fundido en las matrices a alta presión; entre 10 y 175 megapascales (1,500 y 25,400 psi). Una vez que se llena la cavidad del molde, la presión se mantiene hasta que la pieza fundida se solidifica. A continuación, se abren los troqueles y el disparo (los disparos son diferentes de las piezas fundidas porque puede haber múltiples cavidades en un dado, lo que produce varios fundidos por disparo) es expulsado por los pines expulsores. Finalmente, el shakeout consiste en separar la chatarra, que incluye la puerta, corredores, bebederos y flash, de la toma. Esto se hace a menudo usando un troquel de recorte especial en una prensa de motor o prensa hidráulica. Otros métodos de sacudir incluyen aserrar y esmerilar. Un método que requiere menos mano de obra es tirar tiros si las puertas son delgadas y se rompen con facilidad; debe seguir la separación de las puertas de las piezas terminadas. Esta chatarra se recicla volviéndola a fundir. El rendimiento es aproximadamente del 67%.

La inyección a alta presión conduce a un llenado rápido de la matriz, que es necesario para que se llene toda la cavidad antes de que se solidifique cualquier parte de la pieza fundida. De esta manera, se evitan las discontinuidades, incluso si la forma requiere secciones delgadas difíciles de rellenar. Esto crea el problema del atrapamiento de aire, porque cuando el molde se llena rápidamente hay poco tiempo para que escape el aire. Este problema se minimiza mediante la inclusión de respiraderos a lo largo de las líneas de partición, sin embargo, incluso en un proceso altamente refinado todavía habrá algo de porosidad en el centro de la pieza fundida.

La mayoría de las fundidoras realizan otras operaciones secundarias para producir características que no se pueden moldear fácilmente, como hacer un agujero, pulir, enchapar, pulir o pintar.
 

Inspección

Después de la sacudida de la pieza fundida, se inspecciona para detectar defectos. Los defectos más comunes son errores de ejecución y cierres en frío. Estos defectos pueden ser causados por matrices frías, baja temperatura del metal, metal sucio, falta de ventilación o demasiado lubricante. Otros posibles defectos son la porosidad del gas, la porosidad por contracción, los desgarros calientes y las marcas de flujo. Las marcas de flujo son marcas que quedan en la superficie de la pieza fundida debido a una puerta deficiente, esquinas afiladas o lubricante excesivo.

Desventajas de la fundición a presión

La principal desventaja de la fundición a presión es el elevado coste de capital. Tanto el equipo de fundición necesario como las matrices y los componentes relacionados son muy costosos, en comparación con la mayoría de los demás procesos de fundición. Por lo tanto, para hacer de la fundición a presión un proceso económico, se necesita un gran volumen de producción. Otras desventajas son:

El proceso está limitado a metales de alta fluidez. El aumento de las tasas de desperdicio puede deberse a fallas de fluidez, y los costos de desperdicio en la fundición a presión son altos.
La fundición a presión implica una gran cantidad de piezas, por lo que las cuestiones de repetibilidad son particularmente importantes.
Los pesos de fundición se limitaban anteriormente a entre 30 gramos (1 onza) y 10 kg (20 libras), pero a partir de 2018 se han hecho posibles disparos de 80 kilogramos (180 libras).
En el proceso de fundición a presión estándar, la fundición final tendrá una pequeña cantidad de porosidad. Esto evita cualquier tratamiento térmico o soldadura, porque el calor hace que el gas de los poros se expanda, lo que provoca microgrietas en el interior de la pieza y exfoliación de la superficie. Sin embargo, algunas empresas han encontrado formas de reducir la porosidad de la pieza, lo que permite una soldadura y un tratamiento térmico limitados. Por tanto, una desventaja relacionada de la fundición a presión es que es solo para piezas en las que la suavidad es aceptable. Las piezas que necesitan endurecimiento (mediante endurecimiento o cementación) y revenido no se moldean en matrices.

Fundición a presión sin poros

Cuando no se permite porosidad en una pieza fundida, se utiliza el proceso de fundición sin poros. Es idéntico al proceso estándar, excepto que se inyecta oxígeno en la matriz antes de cada disparo para purgar el aire de la cavidad del molde. Esto hace que se formen pequeños óxidos dispersos cuando el metal fundido llena la matriz, lo que virtualmente elimina la porosidad del gas. Una ventaja adicional de esto es una mayor resistencia. A diferencia de las piezas fundidas a presión estándar, estas piezas pueden tratarse térmicamente y soldarse. Este proceso se puede realizar en aleaciones de aluminio, zinc y plomo.

Fundición inyectada de alta presión asistida por vacío

En la fundición a presión de alta presión asistida por vacío, también conocida como fundición a presión de alta presión al vacío (VHPDC), una bomba de vacío elimina el aire y los gases de la cavidad de la matriz y el sistema de suministro de metal antes y durante la inyección. La fundición a presión al vacío reduce la porosidad, permite el tratamiento térmico y la soldadura, mejora el acabado de la superficie y puede aumentar la resistencia.

Inyección directa con colector calentado

Fundición a presión de inyección directa con colector calentado, también conocida como fundición a presión de inyección directa o fundición a presión sin corredera. es un proceso de fundición a presión de zinc en el que el zinc fundido se fuerza a través de un colector calentado y luego a través de mini-boquillas calentadas, que conducen a la cavidad de moldeo. Este proceso tiene las ventajas de un menor costo por pieza, a través de la reducción de chatarra (por la eliminación de bebederos, compuertas y correderas) y conservación de energía, y una mejor calidad superficial a través de ciclos de enfriamiento más lentos.

Materiales de molde para fundición a presión

Fundición a presión KANGDING y ofertas de mecanizado mueren matrices de colada para aleaciones de aluminio y zinc: P-20, H-11, H-13, Premium Grade H13 (según NADCA No.229), Superior Grade H13 (según NADCA No. 229) u otros grados como se define en NADCA No. 229. Además, SKS garantizará Vida útil de la herramienta de 1 millón de disparos para piezas de fabricación de herramientas a partir de aleaciones de zinc ZAMAK y vida útil de la herramienta de 100.000 disparos para piezas de fabricación de herramientas a partir de aleaciones de aluminio.