TL;DR

La selecció dels materials adequats per al morter implica dues categories diferents. Els motlles, o matrius, estan fabricats amb acers d'eina d'alta resistència i resistents a la calor, com ara H13 i P20, per suportar temperatures i pressions extremes. Les peces s'obtenen injectant aliatges no ferrosos fosos, principalment alumini, zinc i magnesi, dins d'aquests motlles. Comprendre aquesta diferència és fonamental per a una fabricació exitosa.

Materials del motlle vs. Materials de morter: Una distinció crítica

Un punt comú de confusió en la col·locació de motlles és la diferència entre el material utilitzat per crear el motlle i el material utilitzat per crear la peça final. Aclarir això és el primer pas per prendre decisions tècniques informades. Els dos compleixen funcions completament diferents i tenen propietats fonamentalment diferents. El motlle és una eina duradora i reutilitzable, mentre que el material de colada és la matèria primera que es converteix en el producte acabat.

El material del motlle ha de ser excepcionalment resistent. La seva funció principal és contenir metall fos sota una pressió immensa i suportar milers de cicles tèrmics sense deformar-se, esquerdar-se o desgastar-se. Per aquest motiu, els fabricants compten amb acers especials per a eines de treball en calent. Aquests acers estan dissenyats per tenir una duresa elevada, una resistència superior a la fatiga tèrmica i tenacitat a temperatures elevades. Tal com es detalla en les guies de HLC Metal Parts , la longevitat i la precisió de tota l'operació de col·locació de motlles depenen de la qualitat de l'acer del motlle.

En canvi, el material de col·locació es tria segons les característiques desitjades del component final. Aquests materials solen ser aliatges no ferrosos coneguts per propietats com l'excel·lent fluïdesa en estat fos, baixos punts de fusió, lleugeresa i resistència a la corrosió. L'objectiu és triar un aliatge que flueixi fàcilment dins les cavitats del motlle per produir una peça dimensionalment precisa amb l'estrència mecànica i l'acabat superficial requerits. Els requisits de rendiment del material de col·locació estan totalment relacionats amb l'aplicació del producte final, no amb la durabilitat de l'eina de fabricació.

Confondre aquests dos conceptes pot portar a errors significatius en el disseny i la producció. Per exemple, especificar un aliatge de col·locació comú per a un motlle provocaria una fallada immediata, ja que es fondria en contacte amb el material de col·locació. La taula següent il·lustra aquesta diferència fonamental amb exemples habituals.

Anàlisi profund: Aceros d'alt rendiment per a motlles de col·loció a pressió

Els materials utilitzats per construir motlles de col·loció a pressió són els herois desconeguts del procés de fabricació. Han de funcionar de manera fiable en algunes de les condicions industrials més exigents. La categoria principal de materials per a aquesta tasca és l'acer d'eina per a treball en calent, una classe d'aliatges específicament formulada per mantenir la seva resistència, duresa i estabilitat dimensional a temperatures molt elevades. Aquests acers són essencials per garantir una llarga vida útil del motlle i produir peces consistents i de gran qualitat al llarg de desenes de milers de cicles.

El material més utilitzat per a motlles de col·loció a pressió és l'acer d'eina H13. Segons una anàlisi detallada per Neway Precision , l'H13 ofereix un equilibri excepcional entre duresa, tenacitat i resistència a la fatiga tèrmica. La seva composició, que inclou crom, molibdè i vanadi, li permet suportar l'impacte tèrmic de ser omplert repetidament amb metall fos. Això el converteix en l'opció preferida per a la col·locació d'aliatges d'alumini i zinc. Un altre material habitual és l'acer P20, que sovint es subministra prèviament endurit. Tot i que no és tan resistent a altes temperatures com l'H13, el P20 és més fàcil de mecanitzar i és una opció econòmica per a motlles utilitzats en aplicacions a temperatures més baixes o per a tirades de producció més curtes.

La selecció d'un tipus específic d'acer per a eines depèn en gran mesura de l'aplicació. Per a tasques extremadament exigents que impliquin geometries complexes o grans volums de producció, els fabricants poden recórrer a materials encara més avançats com els acers maragging o les superlleges de níquel, que ofereixen una resistència i durabilitat superiors a un cost més elevat. Al sector automobilístic, on la precisió i la durabilitat són fonamentals, la selecció del material és crítica. Fabricants especialitzats com Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. demostra expertesa en la creació d'estampes d'alta precisió per al sector automobilístic, un procés que es basa en acers per a eines igualment robustos per garantir la consistència de les peces i la longevitat de les eines per als fabricants d'equip original (OEM) i subministradors de nivell 1.

Per millorar encara més el rendiment, les superfícies del motlle sovint reben tractaments especialitzats. La nitruració, per exemple, crea una capa superficial molt dura que resisteix el desgast i l'erosió provocada pel metall fos circulant. També es pot aplicar un recobriment de crom dur per millorar la duresa de la superfície i facilitar l'expulsió de les peces. Aquests tractaments poden allargar significativament la vida útil d’un motlle, protegint la inversió important realitzada en la seva fabricació. A continuació es mostra una comparació dels acers per motlles més comuns utilitzats en motlles de fosa a pressió.

Guia dels aliatges habituals per a peces de fosa a pressió

Mentre el motlle proporciona la forma, l'aliatge de colada dóna a la peça final la seva substància i funció. La gran majoria de peces en colada a pressió es fabriquen amb tres famílies principals d'aliatges no ferrosos: alumini, zinc i magnesi. Cadascun ofereix un perfil únic de propietats, cosa que els fa adequats per a diferents aplicacions. La selecció de l'aliatge és una decisió crítica en el disseny que afecta el pes, la resistència, la durabilitat i el cost de la peça.

Aliatges d'alumini

L'alumini és el material més comú en la colada a pressió, valorat per la seva excel·lent relació resistència-pes, resistència a la corrosió i conductivitat tèrmica. Tal com s'explica en una guia elaborada per Xometria , aliatges com l'A380 són increïblement versàtils i s'utilitzen en una àmplia gamma de productes, des de blocs de motors d'automoció fins a envolventes electròniques i eines elèctriques. Un altre tipus comú, l'ADC12, és conegut per la seva excel·lent aptitud per a la colada, que permet omplir motlles complexos amb parets primes. Els aliatges d'alumini ofereixen una solució econòmica per produir components lleugers però resistents.

Lligams de Zinx

Les aliatges de zinc, especialment les de la família Zamak (per exemple, Zamak 3 i Zamak 5), són un altre punt bàsic de la indústria de la injecció de metall. Les seves principals avantatges inclouen un punt de fusió molt baix, que redueix els costos energètics i allarga la vida del motlle, així com una fluïdesa excepcional. Aquesta fluïdesa permet crear peces amb detalls extremadament fins i parets molt primes, sovint amb un acabat superficial superior que requereix un processament secundari mínim. Les aliatges de zinc són més denses que l'alumini, però la seva resistència i duresa les fan ideals per a aplicacions com mànecs de portes d'automòbils, accessoris decoratius, engranatges i connectors electrònics.

Lligams de Magnesi

Quan es requereix el pes absolut mínim, els dissenyadors recorren a les aleacions de magnesi. Com el més lleuger de tots els metalls estructurals, el magnesi ofereix la millor relació resistència-pes. Aleacions com l'AZ91D s'utilitzen àmpliament en aplicacions on la reducció de pes és crítica, com en components aerospacials, peces automotrius d'alta gamma i electrònica portàtil com xassos d'ordinadors portàtils i cossos de càmeres. Tot i que és més car que l'alumini o el zinc, les propietats úniques del magnesi justifiquen el seu ús en aplicacions premium on el rendiment i el pes baix són imprescindibles.

Criteris clau de selecció: Triar el material adequat per a la vostra aplicació

La selecció del material òptim tant per al motlle de fosa com per a la peça final requereix una anàlisi cuidadosa dels factors mecànics, tèrmics i econòmics. Aquest procés de presa de decisions no consisteix a trobar un únic material "millor", sinó el més adequat per a una aplicació específica. Un enfocament equilibrat assegura que el producte final compleixi els seus objectius de rendiment mantenint alhora un cost de fabricació raonable.

Factors per a la selecció del material del motlle

La tria de l'acer per a eines per al motlle ve determinada principalment per les condicions de fosa i els requisits de producció. Les consideracions clau exposades pels experts de Ace Mold inclou:

• Temperatura de l'aliatge de fosa: Com més alt sigui el punt de fusió de l'aliatge (per exemple, alumini respecte a zinc), més resistent a la calor haurà de ser el material del motlle. Per això l'H13 és l'estàndard per a l'alumini, mentre que el P20 pot ser suficient per al zinc.
• Volum de producció: Per a sèries grans que arriben a les centenars de milers, un tipus d'acer per eines més durador i costós és una inversió assenyada, ja que tindrà una vida més llarga i reduirà el temps d'inactivitat. Per a prototips o produccions de baix volum, un acer menys durador però més fàcil de mecanitzar pot ser més econòmic.
• Complexitat de la peça: Geometries complexes amb parets fines poden crear zones d’alta tensió al motlle. És necessari un acer més resistent amb alta resistència a la fatiga per evitar esquerdatures prematures i fallades.

Factors per a la selecció del material de col·locació

Quan es tria l'aliatge per a la peça en si, l'atenció es centra en l'entorn d'ús final i els requisits de rendiment. Els principals factors a considerar són:

• Propietats mecàniques: Està previst que la peça estigui sotmesa a altes tensions, impactes o desgast? Els aliatges de zinc ofereixen una excel·lent duresa i resistència als impactes, mentre que l'alumini proporciona un millor equilibri per a components estructurals.
• Entorn de funcionament: La peça estarà exposada a humitat, productes químics o temperatures extremes? La resistència natural de l'alumini a la corrosió el fa ideal per a molts entorns exteriors o agressius. El magnesi pot requerir recobriments protectors.
• Requisits de pes: És fonamental minimitzar el pes en el disseny? El magnesi és clarament el guanyador per a aplicacions com l’aerospacial o l’electrònica portàtil, seguit de l'alumini.
• Pressupost: El cost per peça és un factor determinant. Les ales d’alumini i de zinc solen ser més econòmiques que el magnesi. La complexitat de la peça i les operacions d’acabat requerides també tenen un paper important en el cost final.

Per guiar aquest procés, un dissenyador hauria de fer una sèrie de preguntes abans de definir les opcions de materials. La llista de verificació següent pot servir com a punt de partida pràctic per a qualsevol projecte de fundició en motlle.

• Quin és el volum total de producció previst per a aquesta peça?
• Quines són les temperatures màximes i mínimes de funcionament que haurà de suportar la peça?
• Quines càrregues estructurals o impactes ha de suportar la peça durant la seva vida útil?
• És el pes de la peça una restricció crítica en el disseny?
• Quin nivell de resistència a la corrosió es requereix?
• Quins són els requisits de acabat superficial i aspecte estètic del producte final?
• Quin és el cost objectiu per peça?

Preguntes freqüents

1. Quin material s'utilitza per als motlles de fundició sous pressió?

Els motlles de fundició sous pressió estan fets predominantment d'acer d'eina d'alta qualitat, específicament acers d'eina per treball en calent. L'opció més comuna i versàtil és l'acer H13, que ofereix una excel·lent combinació de tenacitat, resistència al desgast i resistència a la fatiga tèrmica. Per aplicacions a temperatures més baixes o tirades de producció més curtes, l'acer P20 també és una opció popular.

2. Quin és el material més adequat per a la col·locació en motlles?

El material més adequat per a la peça colada depèn completament dels requisits de l'aplicació. Les aliatges d'alumini, com l'A380, són els més populars en conjunt degut al seu excel·lent equilibri entre resistència, lleugeresa, resistència a la corrosió i cost. Tanmateix, els aliatges de zinc són millors per a peces que requereixen detalls fins i alta resistència a l'impacte, mentre que el magnesi és la millor opció quan la prioritat màxima és minimitzar el pes.

3. Quin dels següents materials s'utilitza habitualment en la preparació del motlle de col·locació per injecció?

Entre els materials habituals, els acers per eina són l'estàndard per a la preparació dels motlles de col·locació per injecció. Qualitats com l'H13 i la P20 estan dissenyades específicament per suportar les altes pressions i les càrregues tèrmiques inherents al procés de col·locació per injecció. Aquests materials asseguren la durabilitat i la precisió dimensional del motlle durant moltes milers de cicles de colada.