Guía de diseño de moldes para fundición a presión: factores clave que afectan a la calidad y el coste de las piezas

El diseño de un molde para fundición industrial a presión es fundamental para el proceso porque influye en la precisión, la calidad superficial, el tiempo y el coste. Un dado debe lograr equilibrio y control para el flujo de metal, la eliminación de aire, la transferencia y enfriamiento del metal, la solidificación y la expulsión. Debe hacerlo mientras soporta estrés físico y térmico.

Cada proyecto tiene diferentes requisitos en cuanto a forma, material, tolerancia, volumen y la necesidad de postprocesado. Por tanto, cada proyecto requiere un molde personalizado diferente. Las mejores prácticas en la industria consideran las herramientas como parte de un sistema que incluye la selección de aleaciones, tolerancias, el proceso de producción y el control de calidad.

Cómo funciona el ciclo industrial de fundición a presión

Un troquel consta de una pieza ensamblada y una componente, ambas construidas con acero duro. Una vez que el troquel se llena con metal fundido, este se somete a recorte y otras operaciones posteriores.

• Cierre del troquel: Tanto las piezas ensambladas como las componentes del dado se cierran y se bloquean en su lugar.

•Inyección de metal: Los patines y puertas están cargados con metal líquido.

• Solidificación: El metal inyectado se enfría y solidifica a medida que el chip se calienta.

• Eyección de piezas: Un mecanismo que empuja o tira retira la pieza solidificada del troquel.

• Postprocesado: Se elimina el metal adicional y el material excedente.

1. Geometría de componentes y grosor de pared

El diseño del componente afecta la completitud del relleno del molde y la uniformidad de la refrigeración. Los diferentes grosores de las secciones pueden provocar distorsión y también atrapar aire.

• Grosor de pared: Las paredes deben tener un grosor uniforme. Evita un final abrupto.

• Filetes: El flujo y la distorsión se minimizan mediante la reducción del acabado abrupto.

•Tirado: Las superficies deben tener un ligero tirado en la dirección de apertura del troquel.

•Costillas y Bosses: se debe evitar añadir material. Un buen diseño incorpora rigidez y características de montaje.

• Evitar los socavos: Los deslizamientos y núcleos para acomodar socavos aumentan la complejidad y el coste.

2. Elementos móviles y la línea de separación

La ubicación y apariencia de las imperfecciones, así como las relaciones dimensionales y la expulsión de las piezas moldeadas, se ven afectadas por la línea de separación. La línea de separación se utiliza para retener la fundición en el lado del eyector y para evitar que las superficies críticas se agrienten.

Los núcleos laterales, correderas e insertos pueden usarse para formar agujeros transversales o socavos, pero crean interfaces adicionales, puntos de desgaste, trabajos de ajuste y pasos adicionales en el ciclo.

3. Diseño de corredores, puertas, desbordamientos y conductas de ventilación

El sistema de alimentación debe llenar la cavidad minimizando la pérdida de presión, turbulencia, solidificación y atrapamiento de aire.

La posición de las rejillas de ventilación, compuertas, conductos y otras características debe tener en cuenta la geometría del componente, el comportamiento de la aleación, el orden de relleno y el balance térmico del chip, así como las superficies del componente que son críticas.

4. Ventilación y gestión de la porosidad

La porosidad puede deberse a la retención de gas, la consecución, el comportamiento del lubricante, la calidad del metal y la variabilidad del proceso. El control se consigue típicamente mediante varios métodos:

• Ventilación: Colocar ventilaciones y desbordamientos en las áreas esperadas de final de relleno.

• Flujo equilibrado: Características de diseño para evitar trayectorias de flujo que atrapan o aíslen aire.

• Control térmico: Eliminar enfriamientos desiguales y puntos calientes localizados que provocan la porosidad por contracción.

• Parámetros estables: Controla el perfil del disparo y las temperaturas, presiones y lubricación.

• Control de vacío: La fundición a presión asistida por vacío puede aplicarse cuando los requisitos de la pieza requieren una mayor estanqueidad, mayor integridad estructural o un mecanizado posterior.

5. Refrigeración y equilibrio térmico

El objetivo de los canales de enfriamiento no es simplemente bajar la temperatura del chip. Existen varios problemas asociados al equilibrio térmico desigual, incluyendo mayor deformación, riesgo de retración, soldadura, variación en el tiempo de ciclo y comprobación de calor.

• Control de puntos calientes: La refrigeración debe colocarse cerca de secciones gruesas y núcleos que consumen mucho calor.

• Estabilidad en ciclo: Durante la producción debe mantenerse un rango térmico constante.

• Control dimensional: Favorece una solidificación y contracción más uniformes.

• Disponibilidad: Mantener circuitos de refrigeración y insertos sin obstáculos para su futura disponibilidad.

Las aleaciones de cobre de alta conductividad pueden usarse en otros lugares alrededor de puntos calientes difíciles. Las aleaciones Be-Cu presentan más problemas, ya que las partículas, el polvo y la niebla contaminados pueden representar un riesgo de exposición ocupacional.

6. Selección de materiales para el troquel

La selección del material depende de la aleación de fundición, la temperatura de funcionamiento, el tamaño del troquel, la geometría del componente, los ciclos de producción esperados, el tratamiento térmico y la estrategia de reparación.

H13 se utiliza comúnmente para trabajos en caliente y fundición a presión debido a su resistencia a control térmico, tenacidad, dureza al calor y resistencia a la acción erosiva.

8407, Orvar 2 Microdized, 4Cr5MoSiV1, 1.2344 y H13 no deben tratarse automáticamente como materiales no relacionados. Son designaciones estándar correspondientes o variantes comerciales dentro de la familia H13, aunque la limpieza, la ruta de procesamiento y las especificaciones del proveedor pueden variar.

7. Equilibrar la inversión en moldes y el coste de las piezas

El precio más bajo del molde no necesariamente produce el coste más bajo por pieza vendible.

La evaluación debe incluir volumen de producción, chatarra, tiempo de inactividad, mantenimiento, mecanizado, inspección y futuras modificaciones de herramientas.

SunOn's Soporte Industrial para la Fundición a Presión

Soporte para SunOnFundición Industrial de aluminio y zinc desde la revisión de diseño hasta la fabricación de moldes y la producción en volumen. Su flujo de trabajo publicado incluye DFM, análisis de flujo de molde, diseño de sistemas de alimentación, mecanizado CNC, EDM, ensamblaje de moldes, ensayos, ajustes, fundición, acabado, montaje y empaquetado.

La empresa cuenta con más de 29 años de experiencia en ingeniería y fabricación, junto con las certificaciones ISO 9001, IATF 16949 e ISO 14001.

• Revisión de ingeniería: SunOn revisa planos, especificaciones, selección de aleaciones, volumen, tolerancias, requisitos de mecanizado y aspectos cosméticos.

• Se simulan el relleno, la ventilación y el análisis térmico para identificar y eliminar posibles defectos antes de la formación del moho.

• Fabricación de moldes: Los moldes se fabrican mediante mecanizado CNC y EDM (mecanizado por descarga eléctrica), con ajuste, montaje e inspección de precisión en cada etapa.

• Prueba y mejora/modificación: Las muestras de producción se miden y evalúan durante las pruebas, realizándose ajustes antes de la aprobación final del molde.

•Producción integradaSunOn soporta todo el ciclo de producción, incluyendo fundición a presión, postprocesado, ensamblaje y empaquetado.

Reflexiones finales

Un molde de fundición a presión bien diseñado tiene en cuenta el recorrido del flujo del metal, el diseño geométrico, el llenado y ventilación del molde, la refrigeración y, en última instancia, el coste y la durabilidad. Envíanos tus planos, tolerancias, aleaciones, especificaciones de volumen y detalles de acabado para recibir un presupuesto, incluso una revisión de Diseño para Fabricación (DFM), Análisis de Flujo de Molde (MFA), consulta técnica, etc.

P1. ¿Qué materiales suelen ser fundidos a presión?

Las aleaciones de aluminio y zinc son los materiales más comunes usados en la fundición industrial.

P2. ¿Cuáles son las causas de la porosidad en los componentes de fundición a presión?

Algunas de las causas de la porosidad incluyen la retención de gas, la contracción de gas, la ventilación inadecuada y las condiciones de proceso inconsistentes.

P3. ¿Cuál es el efecto del grosor de la pared en la calidad del molde?

Un grosor alto de pared puede provocar pérdida de precisión dimensional, enfriamiento desigual y aumento del riesgo de distorsión.

P4. ¿Cuáles son los efectos del diseño con ángulo de tiro en la calidad del molde?

Los ángulos de tirado facilitan la retirada del molde y evitan daños y atascamientos del molde al molde.

P5. ¿Cuál es el papel de los conductos de ventilación y desbordamientos?

Permiten la escapada del aire atrapado y recogen el metal innecesario que se solidificó durante la fundición y estorba.