1. Utilice tecnología de prototipado rápido y software tridimensional para definir una geometría de fundición adecuada y establecer inicialmente la superficie de partición, la ubicación del sistema de colada y el sistema de equilibrio térmico del molde. Convierta el plano bidimensional de la pieza en datos sólidos 3D y determine una contracción razonable según la complejidad y el espesor de pared de la fundición (por lo general, 0.05%~0.06%). Defina la posición y la forma de la superficie de partición. A partir de los datos de la máquina de fundición a presión, seleccione la posición y el diámetro del émbolo de inyección, así como el número de piezas por ciclo. Distribuya las piezas de manera adecuada y modele en 3D los sistemas de colada y rebosadero.
2. Simule los campos de flujo y temperatura para optimizar el sistema de colada y el equilibrio térmico del molde. Una vez procesados los datos de la pieza, del sistema de colada y del rebosadero, introduzca las condiciones de contorno, como los parámetros del proceso de fundición y las propiedades físicas de la aleación. El software de simulación puede modelar el llenado y el recorrido del metal líquido dentro de la cavidad, así como la solidificación y el campo térmico. Los resultados permiten optimizar aún más la colada y determinar la ubicación de los puntos de enfriamiento del molde.
La simulación representa mediante imágenes la dirección del metal líquido y la distribución de temperaturas durante todo el llenado. El análisis permite localizar las zonas con posibles defectos. En el diseño posterior se pueden cambiar la posición y orientación de la compuerta de entrada o añadir un rebosadero para mejorar el llenado y prevenir o eliminar defectos de fundición.
3. Diseñe la estructura general del molde a partir del modelo 3D. Mientras se ejecuta la simulación, se puede preparar la disposición general del molde, que comprende los aspectos siguientes:
(1) Diseñe la disposición general del molde de acuerdo con los datos de la máquina de fundición a presión.
La primera tarea es determinar la posición de inyección y el diámetro del émbolo. La posición debe situar la pieza en el centro de la placa de la máquina y evitar que los cuatro tirantes interfieran con el mecanismo de extracción de núcleos. También determina si la pieza podrá expulsarse de la cavidad sin problemas. El diámetro del émbolo influye directamente en la relación de inyección y, por tanto, en la fuerza de cierre que necesita el molde. Por eso, estos dos parámetros se definen al inicio del diseño.
(2) Diseñe los insertos de conformado y los núcleos.
Deben considerarse principalmente la resistencia y rigidez de los insertos, el tamaño de las superficies de sellado, el ajuste entre insertos y la disposición de los expulsores y puntos de enfriamiento. Su combinación adecuada es esencial para garantizar la vida útil del molde. En moldes grandes, también hay que estudiar cómo se acoplan las zonas vulnerables y las superficies de sellado. Esto es fundamental para evitar daños prematuros y fugas de aluminio durante la fundición a presión, y también afecta a la ventilación y al mecanizado del molde.
(3) Diseñe la base del molde y el mecanismo de extracción de núcleos.
Para moldes pequeños y medianos se pueden elegir bases normalizadas. En los moldes grandes hay que calcular la rigidez y resistencia de la base para evitar que su deformación elástica afecte a la precisión dimensional de la pieza durante la fundición. El diseño del mecanismo de extracción de núcleos debe controlar las holguras de ajuste y el posicionamiento entre los componentes móviles. Como la dilatación térmica afecta a la holgura de deslizamiento durante el funcionamiento, en moldes grandes la holgura de ajuste debe ser de 0.2~0.3mm y la separación de acoplamiento de la zona de conformado, de 0.3~0.5mm, según el tamaño del molde y las condiciones de calentamiento. Se utilizan chavetas cuadradas para posicionar la corredera de conformado respecto a su soporte. La lubricación del mecanismo también es esencial, pues afecta directamente a la fiabilidad del funcionamiento continuo. Un sistema de lubricación eficaz contribuye a elevar la productividad de la fundición a presión.
(4) Disponga los canales de calentamiento y enfriamiento y seleccione los componentes de equilibrio térmico.
El metal líquido entra en la cavidad a alta temperatura, presión y velocidad, y transmite mucho calor a los insertos. La evacuación de ese calor es un aspecto esencial del diseño, sobre todo en moldes grandes de fundición a presión. El sistema de equilibrio térmico influye directamente en las dimensiones y la calidad interna de las piezas. La instalación rápida y el control preciso del caudal son tendencias actuales en estos sistemas. A medida que avanza la industria del mecanizado, es cada vez más habitual seleccionar los componentes a partir de los diseños que ofrecen directamente sus fabricantes. Estos proporcionan datos bidimensionales y tridimensionales para que el diseñador elija lo que necesita, lo que garantiza la calidad de los componentes y acorta el ciclo de diseño.
(5) Diseñe el mecanismo de expulsión.El mecanismo de expulsión puede ser mecánico o hidráulico. El sistema mecánico utiliza el mecanismo de expulsión de la propia máquina; el hidráulico emplea el cilindro hidráulico integrado en el molde. Al diseñar el mecanismo, hay que procurar que coincidan el centro de la fuerza resultante de expulsión y el centro de la fuerza resultante de desmoldeo. Para ello, el mecanismo debe ofrecer buena orientación, rigidez y estabilidad de funcionamiento. En los moldes grandes, el conjunto de expulsión pesa bastante. El peso del molde puede deformar los componentes del mecanismo y el bastidor, desviar los expulsores y provocar atascos. La dilatación térmica del molde también tiene un efecto considerable, por lo que el posicionamiento de los elementos de expulsión y del bastidor, así como la ubicación fija de los pilares guía, son fundamentales. Normalmente, los pilares guía se fijan a la placa. Para posicionar la placa, los calces y el bastidor se emplean pasadores redondos o chavetas cuadradas de mayor diámetro, lo que reduce al mínimo el efecto de la dilatación térmica sobre la expulsión. Si es necesario, se pueden utilizar rodamientos y placas guía para sostener el conjunto. También hay que prever la lubricación entre sus componentes. Los diseñadores de moldes de Norteamérica suelen añadir una placa especial de engrase en la parte posterior del bastidor móvil. Esta incorpora un conducto de aceite conectado a los orificios de paso de los expulsores. Durante el funcionamiento se añade lubricante para reducir la fricción del mecanismo y evitar que se atasque.
(6) Diseñe los mecanismos de guiado y posicionamiento.
En la estructura del molde, los mecanismos de guiado y posicionamiento son los que más influyen en su estabilidad y también afectan directamente a la precisión dimensional de la pieza fundida. El guiado del molde comprende principalmente el guiado durante el cierre, el guiado de la extracción de núcleos y el guiado de la expulsión. Por lo general, se deben utilizar pares de fricción de materiales especiales para reducir el desgaste. También es imprescindible una buena lubricación, con los conductos de aceite necesarios entre cada par de fricción. En las correderas extragrandes se suele emplear un casquillo guía de cobre con una columna guía endurecida. Un posicionamiento adecuado permite que la corredera se desplace con suavidad y quede colocada con precisión.
El mecanismo de posicionamiento incluye el ajuste entre las mitades móvil y fija, el posicionamiento del retorno de los expulsores, el de la corredera respecto a su soporte y el de las piezas móviles del bastidor respecto al molde. El posicionamiento entre las mitades móvil y fija es dinámico y exige una alta precisión de ajuste. En moldes pequeños se pueden utilizar directamente las superficies convexas y cóncavas de los insertos. Los moldes grandes de fundición a presión necesitan mecanismos especiales para compensar la dilatación térmica. Los demás posicionamientos son fijos y suelen realizarse con pasadores redondos o chavetas cuadradas. El ajuste entre las superficies convexas y cóncavas de los insertos garantiza la alineación de ambas mitades y evita el desplazamiento lateral del molde.
(7) Diseñe otros sistemas, como los de vacío, extrusión y ventilación.
Además de las estructuras anteriores, algunos moldes requieren sistemas de vacío, mecanismos de extrusión y ventilación mediante placas onduladas. El diseño del sistema de vacío se centra principalmente en el sellado. Para mantener un buen sellado entre las superficies de conformado a la temperatura normal de funcionamiento, suele utilizarse caucho de silicona. En el mecanismo de extrusión hay que controlar el momento y la cantidad de extrusión para obtener el efecto deseado. La ventilación mediante placas onduladas concentra la evacuación del aire. Este método se utiliza con frecuencia en piezas de fundición a presión de aleación de aluminio con paredes delgadas, piezas que deben soportar presión y requieren alta compacidad, y piezas de aleación de magnesio. La separación entre las placas debe ser suficientemente amplia, pero sin permitir que salpique la aleación líquida durante la fundición; por lo general, se controla entre 0.3~0.6mm.
