Introducción

– La fabricación de piezas por fundición engloba una amplia variedad de procesos destinados a sectores industriales muy diferentes
– Criterios como las tolerancias en cotas funcionales, el acabado superficial, el tamaño de serie, o el tipo de material (entre otros) determinan el proceso de fabricación

Fundición en arena:

– El molde se destruye por cada pieza fabricada
○ Arena verde, Disamatic
○ Procesos de secado químico. Cáscara, CO2
○ Procesos de modelo perdido, Poliestireno
○ Procesos especiales de alto valor añadido: Cera perdida
Fundición en molde permanente:
– El molde se reutiliza tantas veces como sea posible
○ Fundición por gravedad
○ Fundición por inyección
○ Otros procesos (fundición centrífuga, baja presión, …)

Fundición en molde permanente

– Utilización de moldes metálicos reutilizables
– Largas tiradas para amortizar el elevado coste de utillajes e instalaciones
– Moldes : Utillajes complejos fabricados por mecanizado
– Tiempos y costes unitarios (por pieza) bajos
– Materiales de bajo punto de fusión Al, Zn, Mg, …
Dos variantes principales
– Fundición por gravedad
– Fundición por inyección
Materiales de pieza más comunes en fundición en molde permanente
Zinc:
– Debido a su baja temperatura de fusión, fácil de fundir y permite larga vida de los moldes.
– Alta ductilidad
– Alta resistencia al impacto
– Económico para piezas pequeñas
Aluminio:
– Ligero (baja densidad)
– Buenas propiedades mecánicas, mantiene la resistencia a altas temperaturas
– Permite formas complejas y paredes delgadas
Magnesio
– Muy ligero, proporciona un excelente compromiso entre resistencia mecánica y peso
– Fácil de mecanizar
Cobre
– Proporciona las propiedades mecánicas más altas (incluso cercanas al acero) de los materiales fundidos en molde permanente.
– Alta resistencia a la corrosión.
Otros materiales: bronce, latón, plomo
Moldeo por gravedad
– El material fundido se introduce en el molde como en el moldeo en arena
– Velocidad de llenado limitada
– Tiempos de ciclo largos
– Buena integridad metalúrgica
– Elementos del molde muy similares a los de moldeo en arena

Inyección

– El material fundido se introduce en el molde bajo presión
– Alta velocidad de llenado
– Tiempos de ciclo muy cortos
– Integridad metalúrgica no asegurada
– Tolerancias dimensionales estrechas y buenos acabados superficiales
– Posibilidad de fabricar piezas de geometría relativamente compleja con precisión
– La elevada fuerza de cierre necesaria durante la inyección limita el tamaño de la pieza
– Las carácterísticas del molde hace que los aspectos a vigilar sean diferentes de los del moldeo por gravedad
– Dos tipos:
○ Proceso de cámara fría
○ Proceso de cámara caliente

– Máquina de cámara caliente

○ La zona de fusión del material está integrada en la propia máquina
○ En general se utilizan para la inyección de materiales de bajo punto de fusión (hasta 450ºC)
○ Presiones de inyección aproximadas de hasta 35 Mpa
○ Tiempos de inyección de entre 0,2 y 10 segundos

– Máquina de cámara fría

○ La zona de fusión del material no pertenece a la máquina de inyección
○ En general se utilizan para inyección de todo tipo de materiales (Siempre que su punto de fusión se sitúe por debajo de los 1000ºC)
○ Presiones de inyección aproximadas entre 20MPa y 100MPa
○ Tiempos de inyección ligeramente inferiores a los procesos de cámara caliente

– Otros procesos :

○ Moldeo a baja presión: Mismo concepto que la inyección pero con presiones menores.
○ Aumentan los tiempos de ciclo
○ Baja capacidad de reproducir detalles complejos
○ Hay posibilidad de meter machos de arena
§ Piezas monolíticas más complejas que en la inyección
○ La fuerza de cierre no es un parámetro crítico
§ No hay limitación de peso en las piezas
○ Sistema de alimentación muy simple
§ Mejora del rendimiento de la fundición
○ Moldeo centrífugo: Al tiempo que el metal fundido se cuela en el molde, éste gira sobre su propio eje a altas velocidades
§ Se emplea para fabricar tubos, depósitos a presión volantes, camisas de acero y otras piezas axisimétricas
§ Se pueden producir piezas fundidas en casi cualquier longitud, espesor y diámetro.
§ No se necesitan machos
○ Moldes de inyección
§ Los moldes de inyección son elementos complejos y caros
□ Se fabrican en aceros de alta dureza entre 40 y 50 HRc resistentes a fátiga térmica.
□ Son difíciles de mecanizar
□ Presentan numerosos elementos móviles y geometrías complejas:
® Sistema de cierre
® Sistema de inyección
® Sistema de refrigeración
® Carros para resolver contrasalidas
® Expulsores (extractores)
® Rebosaderos
® Eliminación del aire 
§ Sistemas de cierre
□ Determina la fuerza máxima de la máquina de inyección
□ Se compone de un cilindro hidráulico y de mordazas que cierran las placas del molde

§ Sistema de refrigeración

□ Requiere mecanizar conductos de refrigeración en los elementos del molde y un sistema hidráulico
□ El molde puede rociarse con spray entre inyecciones para enfriarlo, aunque esto reduce su vida útil
§ Carros para resolver contrasalidas
□ Las contrasalidas son frecuentes en piezas inyectadas. Se resuelven utilizando elementos móviles llamados carros.

§ Rebosaderos

□ Retrasan el enfriamiento en zonas alejadas del bebedero
□ Sirven para atrapar impurezas que se acumulan en el frente de avance de la inyección
□ Permiten acumular gases sin que estos dañen a la pieza (se cortan tras la inyección)

§ Eliminación de aire

□ El aire atrapado puede provocar daños en las piezas (porosidad, imposibilidad de temple)
□ Algunas de las soluciones más frecuentes incluyen:
® Mecanizado de conductos hacia el exterior (anchura 0,2-0,4 mm)
® Inyección en vacío (extracción del aire)
® Intentar desviar el aire hacia los rebosaderos

Datos de entrada y cálculos básicos en un molde de inyección

– El diseño de moldes de inyección es complejo y tiene en cuenta muchas variables. Abordar un nuevo diseño supone
○ Identificar las variables más importantes y hacer unos cálculos previos
○ Simular por elementos finitos el llenado del molde
– Como primer paso, deben calcularse los siguientes parámetros:
○ Tiempo de llenado
○ Sección de los ataques
○ Velocidad de pistón de inyección
○ Presión de inyección
○ Fuerza de cierre de la máquina
– A partir de la siguiente información disponible
○ Carácterísticas de la máquina de inyección del taller
○ Carácterísticas de la pieza (geometría y material)
○ Ábacos, gráficos y tablas disponibles en la empresa.

Tiempo de llenado

– El tiempo de llenado es una variable muy importante
– Tiempos de llenado largos
○ Retrasan la producción (menos piezas inyectadas por unidad de tiempo)
○ Pueden provocar defectos en la pieza fundida
– Existen numerosas recomendaciones para el tiempo de llenado máximo que se dispone para evitar defectos.
– Cualquier recomendación debe tener en cuenta:
○ La aleación concreta que se va a inyectar
○ El espesor medio de las paredes de la pieza
– El método de Cálculo de Bennet es un buen ejemplo de información experimental disponible para el cálculo de tiempo de llenado de una pieza

Sección de los ataques

– La sección de los ataques se calcula a partir del caudal Q y la velocidad recomendada para esa aleación en el ataque
– Q= Volumen de la pieza /tiempo de llenado
– La velocidad recomendada para cada aleación en el ataque se obtiene en tablas y gráficos
– Por tanto, la sección de los ataques S será
– S=Q/velocidad recomendada