TL;DR

El disseny de col·locació en motlle amb assistència de buit es centra en la creació de components mitjançant un procés que elimina l'aire i els gasos de la cambra del motlle amb un buit abans d'injectar el metall fos. Aquest pas fonamental redueix significativament la porositat per gas, donant lloc a peces més denses, més resistents i amb un acabat superficial superior. Un disseny adequat, incloent-hi consideracions sobre el gruix de les parets i el segellat del motlle, és essencial per aprofitar aquest procés en la producció de components complexos, d’alt rendiment i sense defectes.

Fonaments de la col·locació en motlle amb assistència de buit

La col·locació amb assistència de buit, de vegades anomenada col·locació en motlle sense gas, és un procés de fabricació avançat que millora la col·locació tradicional en motlle d'alta pressió. El seu principi fonamental és la retirada sistemàtica de l'aire i altres gasos atrapats de la cambra del motlle i del cilindre d'injecció abans que el metall fos es forci a entrar. En crear un entorn gairebé buit, el procés resol un dels reptes més persistents en la col·locació convencional: la porositat per gas. Això s'aconsegueix connectant un sistema de buit potent al motlle, que evacua la cambra instants abans i durant la injecció de l'aliatge fos.

El problema fonamental que resol aquesta tecnologia és l'atrapiament de gasos. En un procés de col·locació estàndard, la injecció a alta velocitat del metall fos pot atrapar bosses d'aire dins el motlle. Aquests gasos atrapats creen buits o porus dins el metall solidificat, comprometent-ne la integritat estructural. Segons experts en fabricació a Xometria , aquesta porositat pot provocar propietats mecàniques inestables i punts febles. El procés de buit ho evita en eliminar l'aire que d'altra manera quedaria atrapat, permetent al metall fos cobrir cada detall del motlle sense resistència ni turbulències.

Comparat amb la col·locació convencional en motlle, el mètode assistit per buit produeix una peça de qualitat notablement superior. L'evacuació del motlle no només impedeix la formació de bombolles, sinó que també ajuda a introduir el metall fos en seccions complexes i de pares primes del motlle de manera més eficaç. Això dóna lloc a components més densos, més resistents i amb un acabat superficial molt més net. Tal com assenyala l'Associació Nord-americana de Col·locació en Motlle, encara que un sistema de buit sigui un complement potent, no substitueix la necessitat de bones pràctiques de disseny en la col·locació en motlle per al disseny d'canals d'injecció, portes i desguassos. És la combinació d'un bon disseny i l'assistència de buit el que permet assolir el nivell més alt de qualitat.

Avantatges principals i millores de qualitat

La principal avantatge de l'ús del buit en el procés de motatge per injecció és la millora dràstica de la qualitat i integritat de les peces. En minimitzar l'encapsulament de gasos, el procés produeix components amb una porositat significativament reduïda. Això dóna lloc a peces més densos i que presenten propietats mecàniques més consistents i previsibles, com ara una major resistència a la tracció i allargament. Aquesta fiabilitat és fonamental per a components utilitzats en aplicacions exigents, incloent-hi les indústries automotriu i aeroespacial.

Un altre benefici important és l'acabat superficial superior. Defectes com bombolles o forats d'agulla, sovint causats per l'expansió de gasos atrapats a prop de la superfície, queden gairebé eliminats. Això produeix superfícies més netes directament del motlle, reduint la necessitat d'operacions secundàries d'acabat costoses i que consumeixen temps. Tal com es detalla per Kenwalt Die Casting , aquesta reducció de defectes comporta menys peces rebutjades, estalviant temps, mà d'obra i costos de materials. A més, la compactació uniforme del motlle sota buit pot allargar la vida útil de les eines en reduir les altes pressions interiors i el desgast associats a l'aire atrapat.

Les millores en qualitat també obren noves possibilitats de fabricació. Les peces produïdes mitjançant la col·locació a pressió amb buit són adequades per a tractaments posteriors que sovint són problemàtics per a peces col·locades convencionalment. Com que gairebé no hi ha gas atrapat que pugui expandir-se i causar defectes, aquests components es poden tractar tèrmicament, soldar o recobrir de manera fiable. Aquesta capacitat és essencial per a peces estructurals que requereixen una resistència millorada o característiques superficials específiques.

El procés amb assistència de buit: una descomposició pas a pas

Tot i basar-se en el flux de treball tradicional de col·locació en motlle, el procés amb assistència de buit incorpora una fase addicional crítica. Comprendre aquesta seqüència és clau per apreciar el seu impacte en el disseny i la qualitat final de la peça. El procés generalment segueix aquests passos diferenciats:

1. Preparació i tancament del motlle Les dues meitats de la matriu d'acer es netegen primer, es lubriquen amb un agent desmoldant i es tanquen fermament. Un aspecte clau del disseny és assegurar que la matriu tingui segells eficaços per mantenir el buit un cop aplicat. Qualsevol fuita comprometrà el procés.
2. Aplicació de buit: Amb la matriu tancada, es posa en marxa una bomba de buit d'alta capacitat. S'obren les vàlvules connectades a la cambra de la matriu i al sistema de canals, i la bomba extreu l'aire i qualsevol gas procedent dels lubrificants, creant un entorn de baixa pressió a l'interior del motlle. Aquest pas ha de ser cronometrat amb precisió.
3. Injecció del metall fos: L'aliatge metàl·lic desitjat, fos en un forn, es transfereix a la cambra d'injecció de la màquina. Un èmbol d'alta pressió injecta llavors el metall fos a l'interior de la matriu evacuada. El buit ajuda a arrossegar el metall de manera suau cap al motlle, assegurant que omple cada detall sense crear turbulències.
4. Solidificació i refredament: Un cop la cavitat està plena, el metall fos comença a refredar-se i solidificar-se, prenent la forma de la matriu. Sovint, la matriu disposa de canals de refrigeració interns per controlar la velocitat de solidificació, fet crucial per assolir les propietats metal·lúrgiques desitjades.
5. Obertura de la matriu i expulsió de la peça: Després que la peça colada s'hagi solidificat, es libera el buit i s'obren les dues meitats de la matriu. Unes espigues d'expulsió empenyen la peça acabada fora del motlle. La peça ja està preparada per a qualsevol operació secundària necessària, com ara retallada, mecanitzat o acabadat superficial.

Tot aquest cicle és extremadament ràpid, sovint finalitzat en qüestió de segons o un parell de minuts, cosa que el fa molt adequat per a producció d'alta volumetria. La integració del sistema de buit afegeix complexitat, però és essencial per assolir la qualitat superior per la qual aquest procés és conegut.

Principis clau de disseny per a la colada en motlle amb buit

El disseny efectiu de col·locació per motlle assistit per buit va més enllà de simplement crear una forma; implica optimitzar la geometria de la peça per aprofitar al màxim els beneficis de l'entorn buit. Tot i que molts principis coincideixen amb els de la colada convencional, alguns són especialment rellevants. Per assolir l'èxit, és fonamental prestar atenció meticulosa a característiques com el gruix de les parets i els angles de desmolatge.

Una de les avantatges de disseny més importants és la capacitat de produir peces amb parets més fines. Com que el buit redueix la pressió residual de l'aire atrapat, el metall fos pot fluir i omplir seccions molt més fines que en la colada per motlle tradicional. Sovint és assolible un gruix mínim de paret de 1 mm a 1,5 mm, tot i que això depèn de la mida de la peça i del material. És crucial mantenir un gruix uniforme de les parets sempre que sigui possible per garantir un refredament consistent i evitar defectes com deformacions o marques d'enfonsament. Quan siguin necessàries variacions de gruix, les transicions han de ser graduals.

Altres consideracions clau de disseny són essencials tant per a la qualitat de la peça com per a la seva fabricabilitat:

• Angle de sortida: S'ha d'incloure un angle de sortida, normalment d'almenys 1 a 2 graus, en totes les parets paral·leles a la direcció d'extracció del motlle. Aquest lleu taper és crucial per permetre que la peça acabada es pugui expulsar netament del motlle sense danys ni deformacions.
• Ribs i bosses: Per afegir resistència a àrees grans i planes sense augmentar el gruix general de la paret, els dissenyadors haurien d'incloure ribs. El gruix d'un rib ha de ser generalment inferior al 60% del gruix de la paret principal per evitar marques de contracció. De manera similar, les bosses (utilitzades per a muntatge o alineació) haurien de seguir regles de gruix semblants.
• Arredoniments i radis: Les cantonades internes agudes són fonts de concentració d'esforços i poden dificultar el flux del metall. S'haurien d'afegir arredoniments generosos i radis a totes les cantonades per millorar la integritat estructural de la peça i facilitar un flux més suau i uniforme del metall fos.
• Segellat del motlle: Des d'una perspectiva de disseny d'eines, assegurar que el motlle pugui tancar-se hermèticament és imprescindible. Això implica un mecanitzat precís de les dues meitats del motlle i sovint inclou incorporar anells tòrics o altres sistemes d'estanquitat per evitar la pèrdua de buit durant el cicle.

En seguir aquests principis, els dissenyadors poden crear components robustos, lleugers i complexos que aprofitin al màxim el procés assistit per buit, resultant en rendiments més elevats i un millor rendiment.

Preguntes freqüents

1. Quina és la diferència principal entre la col·locació sota buit i la col·locació tradicional en motlle?

La diferència principal és l'ús d'un buit per extreure l'aire i els gasos de la cambra del motlle abans d'injectar el metall fos. La col·locació tradicional en motlle injecta el metall en un motlle ple d'aire, que pot quedar atrapat i provocar porositat. La col·locació en motlle amb buit elimina aquest aire, resultant en peces més denses, resistents i amb menys defectes i un acabat superficial millor.

2. Quins metalls són adequats per a la col·locació en motlle assistida per buit?

El procés s'utilitza més habitualment amb aliatges no ferrosos que tenen punts de fusió moderats. Això inclou una àmplia gamma d'aliatges d'alumini (com l'A380), aliatges de magnesi (per a components estructurals lleugers) i aliatges de zinc. Els metalls ferrosos com l'acer i el ferro generalment no són adequats a causa de les seves altes temperatures de fusió, que podrien danyar l'eina de motatge per injecció.

3. Pot la col·locació en motlle per injecció amb buit eliminar tota la porositat?

Tot i que la col·locació en motlle per injecció amb buit redueix significativament la porositat per gas fins a nivells gairebé nuls, pot no eliminar totes les formes de porositat. La porositat per contracció, per exemple, encara pot aparèixer a causa de la reducció de volum del metall quan es refreda i solidifica. Tanmateix, un disseny adequat de la peça i del motlle, incloent sistemes de canal d'injecció i col·lector optimitzats, també pot ajudar a minimitzar aquest tipus de porositat.