Fundición a presión de aluminio a alta presión: una guía detallada

Concepto de fundición a presión a alta presión

La fundición a presión a alta presión (HPDC) es un proceso de fundición de metales que se utiliza para la producción en masa de piezas metálicas complejas, de alta integridad y con forma casi neta. El proceso implica inyectar metal fundido en un molde prediseñado a alta presión, generalmente entre 1000 y 25000 PSI (libras por pulgada cuadrada). La alta presión se mantiene hasta que el metal fundido solidifica y se retira del molde.

Este proceso se lleva a cabo utilizando una máquina de fundición a presión de cámara caliente o de cámara fría. La máquina de cámara caliente se utiliza para materiales de bajo punto de fusión como el zinc, mientras que la máquina de cámara fría se utiliza para materiales de alto punto de fusión como el aluminio y el magnesio. HPDC se usa ampliamente en industrias como la automotriz, aeroespacial y médica debido a su capacidad para producir piezas de alta calidad con tolerancias estrictas y formas complejas.

Importancia del concepto de fundición a presión a alta presión en diversas industrias

La fundición a presión a alta presión (HPDC) es un concepto importante en diversas industrias debido a sus numerosos beneficios. Estas son algunas industrias que se benefician del concepto HPDC:

Electrónica de consumo: Los productos electrónicos de consumo, como teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y tabletas, requieren piezas pequeñas y livianas que se puedan fabricar fácilmente mediante el proceso HPDC. Este proceso permite la producción de diseños complejos y componentes precisos con alta precisión.

Equipos medicost: La industria médica también se beneficia del concepto HPDC, que permite la producción de componentes livianos y precisos para su uso en dispositivos y equipos médicos. El proceso proporciona componentes de alta calidad con excelentes acabados superficiales, lo que lo hace ideal para los estrictos requisitos de la industria.

Industria de defensa: HPDC tiene ventajas en la industria de defensa al permitir la producción de componentes complejos y de alta resistencia con una excelente precisión dimensional, que son cruciales para vehículos militares, aviones y sistemas de armas. Esto permite una innovación y un desarrollo continuos para cumplir con los requisitos tecnológicos avanzados de los equipos militares. Materiales compatibles con la fundición a presión de alta presión

La siguiente breve descripción general de los materiales compatibles le ayudará a determinar si HPDC es el proceso de fabricación adecuado o si se debe utilizar un método alternativo.

Aluminio: Este es un material ampliamente utilizado en la fundición a alta presión debido a sus propiedades inherentes como peso ligero, estabilidad dimensional, conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y resistencia térmica.

El material tiene buena fluidez cuando se funde a alta presión, pero requiere un sistema de cámara fría para producir piezas fundidas de alta calidad. Las aleaciones de aluminio comunes utilizadas en el proceso incluyen 380, 390, 412, 443 y 518. Este material se usa comúnmente en industrias como la automotriz y la aeroespacial.

Magnesio: Este es otro material liviano comúnmente utilizado en el proceso hpdc. Tiene alta maquinabilidad y es adecuado para fundición a presión en cámara caliente debido a su punto de fusión más bajo. Las aleaciones de magnesio comunes utilizadas en el proceso incluyen AZ91D, AM60, AS41B y AE42.

Zinc: Este es el material más amigable para los fabricantes de los tres materiales HPDC comunes. Es adecuado tanto para sistemas de cámara fría como caliente. Las aleaciones comunes de fundición a presión de zinc a alta presión incluyen Zamak, 2, 3 y 5. Los materiales fundidos a presión de zinc son fuertes, duraderos y mecanizables.

¿Qué es la fundición a presión de aluminio a alta presión?

La fundición a presión de aluminio a alta presión (HPDC) es un proceso de fundición de metal que consiste en inyectar aluminio fundido a alta presión en un molde prediseñado para crear piezas metálicas de alta calidad. El aluminio se presuriza a niveles que van desde 1000 a 25 000 PSI para llenar la cavidad del molde y replicar la forma de la pieza deseada. Se lleva a cabo utilizando una máquina de fundición a presión de cámara fría o caliente, dependiendo del punto de fusión de la aleación de aluminio.

¿Cuándo debo elegir el proceso HPDC?

Hay dos tipos de equipos utilizados para la fundición a presión a alta presión: equipos de fundición a presión con cámara fría y con cámara caliente. Para la fundición de aluminio a alta presión, es necesario utilizar máquinas de cámara fría.

La fundición a presión a alta presión (HPDC) es una técnica de fabricación rápida y rentable adecuada para fundir metales no ferrosos. Es ideal para altas demandas de producción y puede producir piezas de paredes delgadas con una mejor calidad de acabado superficial. Sin embargo, existe el riesgo de que se forme porosidad en el interior de la pieza fundida, lo que puede comprometer la integridad estructural y hacerla inadecuada para el tratamiento térmico.

Componentes de una máquina de fundición a presión de alta presión

Si un fabricante pretende adquirir una máquina HPDC, a continuación se detallan algunos componentes de la máquina y sus respectivas funciones.

Molde fundido a presión 

Es el componente principal de la máquina, normalmente fabricado en acero. Tiene un diseño que representa el producto previsto y es responsable de darle al metal fundido la forma deseada. El molde de fundición a presión tiene dos mitades, una móvil y otra fija, que se sujetan con fuerza cuando el operador inyecta metal fundido.

Pasadores eyectores 

Estos son componentes que ayudan en la expulsión de la fundición después de la solidificación. En su mayoría están ubicados en la mitad móvil del molde y ayudan a retirar las piezas fundidas del molde.

Pistón

Produce la presión que inyecta el metal fundido desde la cámara de soplado al molde. Dependiendo del tipo de máquina se puede automatizar.

Componentes de calefacción

Estos constan del elemento calefactor, el termopar y la cámara de soplado (ubicación del metal fundido). Funcionan para calentar el metal mientras almacenan y mantienen la temperatura del metal fundido. En el sistema de cámara fría no hay componentes calefactores.

Tubo ascendente: Esto sirve como paso para el metal fundido hacia el molde de fundición.

Pasos del proceso de fundición a presión a alta presión

La siguiente información proporciona una comprensión integral de cómo funcionan los procesos de fundición a alta presión:

El primer paso es la preparación del molde.: Consiste en limpiar el molde y lubricar sus paredes interiores para facilitar la expulsión y la regulación de la temperatura.

El segundo paso es la inyección.: Se puede realizar mediante el sistema de inyección en cámara caliente o en cámara fría, dependiendo del tipo de material utilizado. El sistema de cámara caliente es adecuado para metales de bajo punto de fusión como el zinc y el magnesio, mientras que la cámara fría se utiliza para metales de alto punto de fusión como el aluminio y el latón.

El tercer paso es la eliminación parcial.: Implica utilizar un pasador eyector para liberar la cavidad del molde y expulsar los modelos solidificados.

El último paso es recortar.: Implica eliminar los materiales sobrantes que se encuentran en la fundición y el molde utilizando varios métodos, como un troquel de corte o una sierra.

Ventajas y limitaciones de la fundición a presión a alta presión

Ventajas

Mayores tasas de producción

La etapa de inyección en HPDC es un paso vital y se completa rápidamente, lo que resulta en altas tasas de producción. Esto hace que el proceso sea beneficioso para la creación rápida de prototipos, particularmente para la fabricación de gran volumen, y más rápido en comparación con otros métodos de fundición como LPDC.

Fundición a presión de alta calidad

Las piezas fundidas a presión producidas con HPDC tienen una alta precisión dimensional, una excelente uniformidad y un buen acabado superficial. También conservan las propiedades mecánicas del material base y normalmente requieren un mecanizado mínimo.

Productos de pared delgada

HPDC puede lograr un espesor de pared delgado de menos de 0,40 mm y el proceso permite la adición de inserciones o piezas cofundidas. Esta característica reduce la cantidad de componentes necesarios durante el ensamblaje.

Logros de diseño complejos

HPDC es adecuado para crear productos con formas de troquel complejas debido a la flexibilidad en el diseño del molde. Esta flexibilidad facilita el montaje de las piezas producidas.

Troqueles duraderos

Los moldes de fundición utilizados en HPDC son muy duraderos, lo que permite su uso en múltiples ciclos de producción. Esta durabilidad reduce el coste unitario de la fundición a presión.

Limitaciones

Presencia de aire 

Este es un problema común en HPDC, que provoca bolsas de aire en el producto final. Esto hace que el HPDC no sea adecuado para productos que requieren hermeticidad, ya que el aire atrapado puede causar porosidad y ampollas en la superficie cuando se trata térmicamente. En tales casos, la fundición a baja presión puede ser una mejor alternativa.

Los costos iniciales de puesta en marcha. 

Los costos iniciales de una máquina HPDC personal pueden ser significativos, razón por la cual muchas personas y empresas optan por subcontratar sus necesidades de fundición a presión a un proveedor de servicios.

Minimizar los defectos de matrices en HPDC

A continuación se detallan algunos de los tipos de defectos más frecuentes y cómo minimizarlos:

Porosidad

Este es un problema común que se encuentra durante el proceso HPDC. Aunque eliminar la porosidad por completo es un desafío, puede minimizarla incorporando tecnología de vacío en el equipo.

Destello

La rebaba es otro fenómeno común en la fundición de aluminio a alta presión, que es el exceso de material que se escapa a lo largo de las líneas de separación. Esto suele ocurrir cuando la presión de inyección supera la fuerza de sujeción. Una forma de prevenir defectos de rebaba es utilizar equipos de fundición a presión con suficiente tonelaje.

desgarro caliente

Esto puede deberse a un enfriamiento no uniforme y puede provocar desgarros en los puntos calientes de las piezas. El enfriamiento no uniforme a menudo surge debido a la variación del espesor de la pared en una pieza fundida, pero se puede solucionar mejorando el diseño.

Secciones sin completar

Pueden aparecer secciones sin rellenar en la cavidad del troquel debido a varios factores. Este problema se puede prevenir monitoreando el volumen del disparo, la velocidad y la temperatura de vertido.

Aplicación del proceso de fundición a presión a alta presión

Industria médica: En la industria médica, el HPDC se usa comúnmente para fabricar equipos de imágenes de alta producción, bombas de infusión y otras piezas médicas. La alta productividad del proceso, su compatibilidad con diversos materiales y su capacidad para producir diseños complejos lo convierten en una opción popular en esta industria.

Industria automotriz: La industria automotriz depende de HPDC para fabricar componentes vehiculares cruciales, como bloques de motor, soportes de motor, carcasas de cajas de cambios y otras piezas estructurales. La compatibilidad del método con materiales como el aluminio y el magnesio, su capacidad para lograr una alta precisión y su capacidad para producir diseños complejos lo convierten en la opción preferida en este sector.

Industria aeroespacial: El sector aeroespacial también emplea HPDC para fabricar piezas de motores utilizando materiales como zinc, magnesio y aluminio. Estos metales poseen propiedades únicas que los hacen adecuados para la fundición a presión a alta presión, y la capacidad del método para producir diseños complejos lo convierte en una opción ideal para la industria aeroespacial.

Comparación entre HPDC y LPDC

    A. Fundición a presión de aluminio a alta presión.

La fundición a presión de aluminio a alta presión (HPDC) es un proceso de fabricación ampliamente utilizado en todo el mundo, con aproximadamente 70% de fabricantes de fundición a presión que utilizan este proceso. Los pasos involucrados en el proceso de fundición a presión de aluminio son los siguientes:

En primer lugar, las aleaciones de aluminio se funden en un horno independiente. A continuación, el aluminio fundido se transfiere a la manga de granalla del equipo de fundición a presión, ya sea manualmente o mediante un brazo robótico. Luego, el metal fundido es empujado hacia el molde mediante un pistón a alta presión. La pieza fundida se deja enfriar y solidificar dentro de los moldes durante un período específico antes de que se separen las mitades del molde y se recupere la pieza terminada.

    B. Fundición a baja presión

Las máquinas de fundición de aluminio a baja presión tienen una estructura diferente en comparación con los equipos de fundición de aluminio a alta presión, y el proceso de fundición a presión a baja presión se describe a continuación:

En primer lugar, la aleación de aluminio se funde en un horno cerrado. Las mitades del troquel se colocan encima del horno y se conectan mediante un tubo ascendente. Luego, se aplica una baja presión de aire desde el interior del horno, lo que hace que el aluminio fundido suba a través del tubo y llene la cavidad del troquel. La presión del aire se mantiene hasta que la pieza fundida se haya solidificado. Finalmente, se abren los troqueles y se recupera la pieza fundida.

    C. Cuándo elegir el proceso HPDC o LPDC

La elección entre fundición a alta presión (HPDC) y fundición a baja presión (LPDC) depende de varios factores, como la complejidad del diseño de la pieza, el volumen de producción deseado, las propiedades del material requeridas y las consideraciones de costos.

Se prefiere HPDC para piezas complejas con paredes delgadas y detalles intrincados, ya que permite una flexibilidad intrincada en el diseño de moldes. También es ideal para tiradas de producción de gran volumen, ya que es un proceso rápido con altas tasas de producción. HPDC produce piezas con alta precisión dimensional, buen acabado superficial y excelente uniformidad. Sin embargo, es posible que HPDC no sea adecuado para piezas que no pueden tener bolsas de aire o defectos.

LPDC, por otro lado, es adecuado para producir piezas con paredes más gruesas y menos complejas. Es ideal para piezas con altas propiedades mecánicas y aquellas que requieren tratamiento térmico, como componentes de motores. LPDC también puede producir piezas con menos defectos y menos porosidad. Sin embargo, es posible que LPDC no sea tan rápido como HPDC y que no sea adecuado para producciones de gran volumen.

Preguntas frecuentes (FAQ)

¿Por qué utilizar el mecanizado CNC para moldes de fundición a presión?

El mecanizado CNC es un proceso de fabricación ampliamente preferido para moldes de fundición a presión debido a su precisión, exactitud y capacidad para lograr altas tolerancias. Dado que los moldes de fundición a presión requieren altos niveles de detalle, el mecanizado CNC es el proceso preferido para fabricarlos.

Fundición a alta presión: ¿es para plásticos?

Es importante tener en cuenta que la fundición a presión a alta presión no se utiliza para plásticos. El moldeo por inyección es el proceso preferido para los polímeros plásticos, mientras que la fundición a presión se utiliza para los metales.

¿Cómo se diferencia entre fundición a alta presión y fundición por gravedad?

La principal diferencia entre la fundición a alta presión y la fundición por gravedad radica en el método utilizado para llenar el molde con metal fundido. La fundición a alta presión implica inyectar el metal a alta presión, mientras que la fundición por gravedad depende de la fuerza de gravedad para llenar el molde con metal fundido.