TL;DR

Un molde de fundición a presión es una herramienta de alta precisión y reutilizable, generalmente fabricada con dos mitades de acero endurecido, que funciona como el núcleo del proceso de fundición a presión. El metal fundido se inyecta en la cavidad del molde bajo una presión extrema, lo que permite la producción en masa de piezas metálicas complejas. Este método es conocido por producir componentes con una excepcional precisión dimensional y un acabado superficial liso.

¿Qué es un molde de fundición a presión? El mecanismo principal explicado

Un molde de fundición a presión, también conocido como troquel o herramienta, es una herramienta de fabricación sofisticada utilizada para dar a un metal fundido una forma específica y deseada. En esencia, el molde consta de dos mitades principales: la "mitad fija", que permanece estacionaria, y la "mitad de expulsión", que es móvil. Cuando estas dos mitades se sujetan juntas bajo alta presión, forman una cavidad interna que es el negativo exacto de la pieza que se va a producir. Este proceso es conceptualmente similar al de un molde de inyección utilizado para plásticos, pero está diseñado para soportar las temperaturas y presiones extremas de los metales fundidos.

El funcionamiento fundamental consiste en inyectar una aleación de metal fundido no ferroso en esta cavidad sellada a alta velocidad y presión. Esta presión se mantiene mientras el metal se solidifica, asegurando que se rellene cada detalle de la cavidad del molde. Esta técnica es fundamental para producir piezas con geometrías complejas y paredes delgadas que serían difíciles de lograr con otros métodos de fundición. Una vez que el metal se ha enfriado y endurecido, la mitad expulsora del molde se retrae y un mecanismo de eyección empuja la pieza fundida terminada hacia afuera.

La elección del metal es crucial y, aunque el proceso es más común para aleaciones no ferrosas, no está exclusivamente limitado a ellas. Los materiales más utilizados en la fundición por inyección incluyen:

• Aleaciones de Aluminio
• Aleaciones de Cinc
• Aleaciones de Magnesio
• Aleaciones de cobre (como el latón)

Estos materiales ofrecen una variedad de propiedades, desde resistencia ligera (aluminio y magnesio) hasta alta resistencia a la corrosión y capacidad de fundición (zinc). Según Fictiv , este proceso es ideal para producciones de alto volumen donde la consistencia y la precisión son fundamentales.

La anatomía de un molde de fundición a presión: componentes clave y funciones

Un molde de fundición a presión es mucho más que un simple bloque hueco de acero; es un conjunto complejo de componentes diseñados con precisión que trabajan en conjunto. Cada parte desempeña un papel crítico en el ciclo de fundición, desde guiar el metal fundido hasta enfriar la pieza y expulsarla limpiamente. Comprender estos componentes es esencial para apreciar la ingeniería detrás del proceso. Los componentes principales son la base del molde, que sostiene todas las demás partes, y la cavidad misma, que forma la geometría externa de la pieza.

El recorrido del metal fundido está controlado por una red de canales. Comienza en la cuchara , donde el metal entra en el molde procedente de la máquina de fundición. A partir de ahí, fluye a través de los los corredores , que son canales mecanizados en las dos mitades del molde para distribuir el metal. Finalmente, pasa a través del puerta , una abertura estrecha que dirige el metal hacia la cavidad del molde. El diseño del sistema de canales y entradas es fundamental para controlar la velocidad de flujo y la presión, a fin de prevenir defectos.

Dentro del molde, el núcleo forma las características internas de la pieza, mientras que el cavidad forma sus superficies externas. Para extraer la pieza final, el sistema de eyector , compuesto por pasadores y placas, empuja la pieza solidificada fuera del molde. Simultáneamente, un sistema de refrigeración , formado por canales por los cuales circula agua o aceite, regula la temperatura del troquel. Este control es vital para gestionar el tiempo de ciclo y prevenir daños térmicos en las herramientas. También se incorporan ventilaciones para permitir que el aire atrapado escape cuando se inyecta el metal.

Tipos comunes de moldes y máquinas de fundición a presión

Los moldes de fundición a presión suelen clasificarse según su estructura o según el tipo de máquina para la que están diseñados. Estructuralmente, pueden ser moldes de una sola cavidad, que producen una pieza por ciclo, o moldes multicavidad, que producen varias piezas idénticas simultáneamente para aumentar la eficiencia. Sin embargo, la distinción más importante está relacionada con la maquinaria utilizada: fundición a presión en cámara caliente y en cámara fría.

Fundición a presión en cámara caliente se utiliza para aleaciones con puntos de fusión bajos, como el zinc, estaño y plomo. En este proceso, el mecanismo de inyección está sumergido en el baño de metal fundido dentro del horno. Esto permite tiempos de ciclo muy rápidos porque no es necesario transportar el metal desde un horno externo. El proceso es altamente automatizado y eficiente para la producción en gran volumen de piezas más pequeñas.

Fundición a presión de cámara fría es necesario para aleaciones con puntos de fusión altos, especialmente aluminio y magnesio. En este método, una cantidad precisa de metal fundido se cuela desde un horno separado hacia una "cámara fría" o camisa de inyección antes de ser inyectada en el molde por medio de un émbolo. Como detalla Wikipedia , esta separación es necesaria para evitar daños en los componentes de inyección debido al contacto prolongado con metales de alta temperatura. Aunque los tiempos de ciclo son más lentos que en el proceso de cámara caliente, este método permite la fundición de piezas estructurales fuertes y ligeras utilizadas en las industrias automotriz y aeroespacial.

El Proceso de Fundición a Presión y Consideraciones de Diseño de Moldes

El proceso de fundición a presión es un ciclo altamente eficiente y automatizado que transforma metal fundido en una pieza terminada en segundos. El molde es el elemento central de esta operación, que puede dividirse en varias etapas clave. Cada fase debe controlarse cuidadosamente para garantizar que la pieza final cumpla con estrictos estándares de calidad. El material utilizado para el molde suele ser un acero para herramientas de alta calidad y templado, como el H13, seleccionado por su capacidad para resistir choques térmicos y desgaste durante cientos de miles de ciclos.

El ciclo de fabricación sigue una secuencia precisa:

1. Preparación del molde y cierre: Las superficies internas del molde se rocían con un lubricante para facilitar el enfriamiento y la expulsión de la pieza. Las dos mitades del molde se sujetan firmemente juntas mediante la máquina de fundición.
2. Inyección: El metal fundido se inyecta en la cavidad del molde bajo alta presión (que varía desde 1.500 hasta más de 25.000 psi). El metal llena la cavidad rápidamente, a menudo en milisegundos.
3. Enfriamiento: El metal fundido se enfría y solidifica dentro del molde refrigerado por agua o aceite. Durante esta fase, la pieza adquiere su forma final.
4. Expulsión: Una vez solidificada, la mitad móvil del molde se abre, y los pasadores eyectores expulsan la pieza de la cavidad.
5. Recorte: El paso final consiste en recortar cualquier material excesivo, conocido como rebaba, junto con la mazarota y los canales de alimentación, de la pieza terminada. Esto suele hacerse en una operación secundaria utilizando un troquel de recorte.

La producción exitosa de piezas depende en gran medida del diseño inicial del molde. Los ingenieros deben considerar varios factores para garantizar la calidad de la pieza y maximizar la vida útil del molde. Un diseño adecuado es esencial para prevenir defectos comunes como porosidad y grietas. Las consideraciones clave del diseño incluyen:

• Ángulo de salida: A las superficies paralelas a la dirección de apertura del molde se les da un ligero ángulo (conicidad) para permitir que la pieza sea expulsada sin arrastre ni daños.
• Filetes y radios: Las esquinas internas agudas se redondean para mejorar el flujo del metal y reducir las concentraciones de tensión en la pieza final.
• El espesor de la pared: Las paredes deben ser lo más uniformes posible para favorecer un enfriamiento constante y evitar deformaciones o marcas de hundimiento.
• Línea de separación: La línea donde se encuentran las dos mitades del molde debe colocarse cuidadosamente para minimizar su visibilidad en la pieza final y facilitar el recorte.
• Ventilación: Se deben incluir canales pequeños para permitir que el aire atrapado en la cavidad escape cuando se inyecta el metal, evitando la porosidad por gas.

Preguntas Frecuentes

1. ¿Cuál es la diferencia entre la fundición a presión y otros métodos de fundición?

La principal diferencia radica en el uso de un molde de acero reutilizable (el troquel) y en la aplicación de alta presión. A diferencia de la fundición en arena, que utiliza un molde de arena desechable para cada pieza, la fundición a presión emplea un molde permanente de acero para producción en gran volumen. En comparación con la fundición por inversión o la fundición en molde permanente, la fundición a presión fuerza el metal dentro del molde bajo una presión significativamente mayor, lo que permite crear piezas con paredes más delgadas, detalles más finos y un acabado superficial superior.

2. ¿Qué materiales se utilizan para fabricar un molde de fundición a presión?

Los moldes de fundición a presión están hechos de aceros para herramientas de alta calidad y resistentes al calor. El material más común es el acero para herramientas H13, que se selecciona por su excelente combinación de dureza, tenacidad y resistencia a la fatiga térmica. Para moldes que requieren una durabilidad aún mayor, se pueden utilizar aceros de grado premium como el acero Maraging. El material debe soportar los ciclos térmicos repetidos de ser llenado con metal fundido y luego enfriado.

3. ¿Cuánto dura un molde de fundición a presión?

La vida útil de un molde de fundición a presión, conocida comúnmente como "vida del molde", varía significativamente según varios factores. Estos incluyen el tipo de metal que se funde (el aluminio es más abrasivo y más caliente que el zinc), la complejidad de la pieza, los tiempos de ciclo y la calidad del mantenimiento. Un molde bien mantenido para fundición de zinc puede durar más de un millón de ciclos, mientras que un molde para aluminio puede durar entre 100.000 y 150.000 ciclos antes de requerir reparaciones mayores o su reemplazo.