Requisitos esenciales de ángulos de salida en el diseño de fundición a presión

TL;DR

Un ángulo de salida en la fundición a presión es una ligera inclinación aplicada a las superficies de una pieza que son paralelas a la dirección de extracción del molde. Esta característica de diseño, que generalmente varía entre 0,5 y 2 grados, es fundamental para garantizar que la pieza pueda extraerse fácilmente del molde sin dañar el componente ni la herramienta. El ángulo de salida requerido depende de la aleación que se esté fundiendo, la profundidad de la característica y la textura superficial, siendo necesario un ángulo mayor para materiales abrasivos como el aluminio en comparación con el cinc.

El Papel Fundamental de los Ángulos de Salida en la Fundición a Presión

En el mundo de la fundición a presión, donde impera la precisión, cada decisión de diseño afecta la fabricabilidad, la calidad y el costo. Entre las más críticas se encuentra el ángulo de salida. Un ángulo de salida es un bisel o pendiente diseñado intencionalmente en las paredes verticales de una pieza fundida. Todas las superficies paralelas a la dirección en que se abre el molde deben tener un ángulo de salida para permitir la extracción suave de la pieza solidificada del molde. Sin él, la pieza se rasparía contra la pared del molde durante la eyección, generando fricción significativa y posibles daños.

El propósito principal de un ángulo de salida es facilitar una eyección fácil y limpia de la pieza. A medida que el metal fundido se enfría y solidifica, se contrae y adhiere firmemente a los núcleos y características internas del molde. Una superficie biselada rompe esta adherencia de forma limpia, reduciendo la fuerza necesaria para la eyección. Según el Asociación Norteamericana de Fundición a Presión (NADCA) , esta característica sencilla es esencial para prevenir defectos y garantizar un acabado superficial de alta calidad. Forzar una pieza con paredes verticales (sin bisel) fuera de un molde puede causar marcas de arrastre, rayones e incluso daños estructurales en la pieza fundida. También puede provocar un desgaste excesivo en la costosa herramienta de fundición a presión, lo que lleva a reparaciones costosas e interrupciones en la producción.

La incorporación de un ángulo de bisel adecuado ofrece varios beneficios clave que contribuyen a un proceso de fabricación eficiente y confiable. Estas ventajas incluyen:

• Extracción mejorada de piezas: El beneficio más inmediato es la reducción de la fuerza necesaria para expulsar la pieza, minimizando el riesgo de que la pieza quede atrapada en el molde.
• Calidad superficial mejorada: Al evitar el raspado y el arrastre durante la extracción, los ángulos de bisel aseguran que la pieza fundida tenga un acabado superficial liso y libre de defectos, reduciendo la necesidad de operaciones secundarias de acabado.
• Vida Útil Extendida del Utillaje: La reducción de la fricción y la fuerza de expulsión significa menos desgaste en las superficies de la cavidad y el núcleo del molde, prolongando significativamente la vida útil del troquel.
• Aumento de la velocidad de producción: Ciclos de expulsión más rápidos y suaves conducen a tiempos de producción totales más cortos y mayor rendimiento, mejorando la eficiencia general de fabricación.

Aunque esencial, el ángulo de salida representa una ligera desviación respecto a un diseño geométrico perfecto con paredes de 90 grados. Los diseñadores deben considerar esta inclinación en las dimensiones finales de la pieza y en las tolerancias de ensamblaje. Sin embargo, este pequeño compromiso está ampliamente compensado por las importantes mejoras en la fabricabilidad y la calidad de la pieza.

Requisitos estándar de ángulo de salida: Un análisis basado en datos

No existe un único ángulo de salida universal válido para todas las aplicaciones de fundición a presión. El ángulo óptimo es un valor calculado cuidadosamente en función de varios factores críticos, como la aleación utilizada, la textura de la superficie y si la característica es una pared interna o externa. Dado que la pieza fundida se contrae sobre las características internas (núcleos) pero se separa de las externas (paredes de la cavidad), normalmente se requiere un ángulo de salida mayor en las superficies internas.

Diferentes aleaciones presentan propiedades térmicas y abrasivas distintas que influyen en los requisitos de ángulo de salida. Por ejemplo, el aluminio es más abrasivo y tiene una mayor tasa de contracción que las aleaciones de zinc, lo que exige un ángulo de salida más amplio para garantizar una expulsión limpia. De manera similar, una superficie texturizada o rugosa genera más fricción que una pulida, y por tanto requiere un ángulo mayor para evitar que la textura se raye durante la extracción. Un desglose detallado de los requisitos comunes es esencial para cualquier diseñador.

La siguiente tabla sintetiza recomendaciones de diversas fuentes del sector para ofrecer una guía clara sobre cómo especificar los ángulos de desmoldeo en sus diseños.

Estos valores sirven como un punto de partida sólido para la mayoría de los diseños. Para piezas con cavidades profundas o geometrías complejas, es posible que estos ángulos deban aumentarse. Siempre considere los requisitos específicos de su proyecto y consulte con su socio de fabricación para definir el ángulo de desmoldeo óptimo para cada característica.

Consideraciones y cálculos avanzados de diseño

Más allá de las pautas estándar basadas en materiales y superficies, varios factores avanzados influyen en la especificación final del ángulo de desmoldeo. Una consideración crítica es la relación entre la profundidad de una característica y el desmoldeo requerido. Una regla general común en fundición y moldeo es agregar aproximadamente 1 grado de desmoldeo por cada pulgada de profundidad de cavidad. Por ejemplo, un hueco de 3 pulgadas de profundidad debería tener idealmente un ángulo de desmoldeo de al menos 3 grados para garantizar que la parte inferior de la característica salga fácilmente del molde durante la expulsión.

La ubicación de la línea de separación—el plano donde se encuentran las dos mitades del molde—también desempeña un papel crucial. Las características que cruzan la línea de separación deben tener una inclinación aplicada en ambos lados, estrechándose desde el centro. Un alineado incorrecto de la inclinación con respecto a la línea de separación puede bloquear la pieza dentro del molde, haciendo imposible su expulsión sin dañar el molde. El diseño adecuado requiere una coordinación cuidadosa entre la geometría de la pieza, la estrategia de la línea de separación y la aplicación de la inclinación, un proceso que suele guiarse por los principios de Diseño para la Fabricabilidad (DFM).

Aplicar estos principios en un flujo de trabajo de diseño práctico implica los siguientes pasos:

1. Establecer la Línea de Separación: Determinar el plano más lógico para dividir el molde según la geometría de la pieza, facilitando así una dirección de extracción limpia.
2. Identificar las Superficies que Requieren Inclinación: Analizar el modelo 3D para identificar todas las superficies que son paralelas o casi paralelas a la dirección de apertura del molde.
3. Aplicar la Inclinación Base: Utilice los valores de la tabla de requisitos como punto de partida, aplicando ángulos mayores en características internas y superficies texturizadas.
4. Ajuste según la profundidad de la característica: Aumente el ángulo de desmoldeo para nervaduras profundas, refuerzos o cavidades según la regla de 1 grado por pulgada o según lo determinado por simulación.
5. Verifique en CAD: Utilice las herramientas de análisis de desmoldeo disponibles en la mayoría de los software CAD para confirmar visualmente que todas las superficies necesarias tengan un ángulo de desmoldeo adecuado y correctamente orientado. Este paso ayuda a detectar errores antes de enviar el diseño para la fabricación de moldes.

Para componentes complejos, especialmente en sectores de alto rendimiento, colaborar con un experto en fabricación es sumamente valioso. Por ejemplo, especialistas en conformado preciso de metales, como Shaoyi (Ningbo) Metal Technology en el sector de forja automotriz, comprenden la estrecha relación entre las propiedades del material y el diseño del molde. Aunque la forja es un proceso diferente, los principios subyacentes del flujo del material y la interacción con la herramienta exigen una experiencia similar en las reglas de diseño para garantizar la integridad y fabricabilidad del componente.

Preguntas Frecuentes

1. ¿Cómo se calcula un ángulo de salida en fundición?

Aunque no existe una fórmula única y rígida, una regla general ampliamente utilizada consiste en aplicar 1 grado de ángulo de salida por cada pulgada de profundidad de cavidad. El cálculo comienza con un ángulo base determinado por el material y el acabado superficial (por ejemplo, 1,5° para aluminio) y luego se incrementa según la profundidad y complejidad de la característica. Para cálculos precisos, los ingenieros utilizan software CAD con herramientas integradas de análisis de ángulo de salida para simular la expulsión y verificar el espacio libre.

2. ¿Cuál es el ángulo de salida de un patrón de fundición?

El ángulo de salida de un modelo de fundición es la inclinación aplicada a sus superficies verticales para permitir su extracción del medio de moldeo (como arena o un molde metálico) sin alterar la cavidad del molde. En la fundición en moldes permanentes, esta inclinación se aplica directamente a las superficies internas del molde. Los ángulos de salida típicos en fundición a presión oscilan entre 0,5° y 3°, mientras que en fundición en arena generalmente se requieren ángulos entre 1° y 3° debido a la naturaleza menos estable del molde de arena.

3. ¿Qué es un ángulo de salida estándar?

Se considera que un ángulo de salida estándar o típico para fundición a presión está generalmente entre 1,5 y 2 grados. Sin embargo, esta es una orientación general. El valor 'estándar' real para una aplicación específica depende en gran medida del material (el aluminio requiere más que el zinc), la profundidad de la pieza y el acabado superficial. Por ejemplo, un ángulo de 0,5 grados podría ser estándar para una pared externa poco profunda y pulida en una pieza de zinc.

4. ¿Cómo se acota un ángulo de salida?

En dibujos técnicos y modelos CAD, un ángulo de salida se dimensiona normalmente a partir de una línea o superficie de referencia vertical. El ángulo se especifica en grados, a menudo con una nota que indica la dirección del bisel respecto a la línea de separación. Para superficies texturizadas, los diseñadores suelen añadir una nota adicional que especifica un ángulo de salida extra (por ejemplo, 1-2 grados) para garantizar que el patrón se desmolde correctamente.