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Diseño de fundición de precisión comienza con un profundo conocimiento del proceso. Los buenos diseñadores intervienen pronto para evitar errores. Muchos equipos tienen dificultades para mantener la precisión dimensional. También esperan superficies lisas y materiales uniformes en todo momento. A veces, la mala comunicación entre la fundición y el cliente provoca retrasos. Algunos clientes están preocupados por la falta de confianza en el proceso de fundición de precisión. Los novatos en fundición pueden no prever los costes del molde. KEMING ofrece asesoramiento y asistencia completa a sus clientes.
Principales conclusiones
- Comprender la fundición de precisión para evitar errores y fabricar piezas de alta calidad.
- Elija el grosor de pared adecuado para garantizar una gran resistencia de la pieza y una superficie lisa.
- Añada filetes y chaflanes para reducir la tensión y prolongar la vida útil de la pieza.
- Utilice el ángulo de desmoldeo correcto para facilitar el desmoldeo y obtener un aspecto estéticamente más agradable.
- Elija materiales y tolerancias adecuados para garantizar el buen rendimiento de la pieza y ahorrar costes.
Directrices de diseño para la fundición a la cera perdida
Espesor de pared
El grosor de la pared es crucial en la fundición a la cera perdida. Los diseñadores deben seleccionar el grosor de pared adecuado para obtener piezas de alta calidad. Las paredes finas pueden reducir el peso de la pieza, pero las demasiado finas pueden causar problemas. Las paredes gruesas ayudan a mantener la planitud y rectitud de la pieza. El espesor mínimo de pared depende de la composición de la aleación. En la tabla siguiente se indican los valores óptimos:
| Tipo de aleación | Espesor mínimo de pared (pulgadas) | Espesor mínimo de pared (milímetros) |
|---|---|---|
| Acero bajo en carbono | 0.070 | 1.8 |
| Acero con alto contenido en carbono | 0.060 | 1.5 |
| Acero de baja aleación | 0.060 | 1.5 |
| Acero inoxidable - Serie 300 | 0.040 | 1.0 |
| Acero inoxidable - Serie 400 | 0.060 | 1.5 |
| Aleaciones de cobalto | 0.030 | 0.75 |
Los diseñadores no deben utilizar espesores de pared inferiores a 0,030 pulgadas (0,75 mm). No existe un límite superior específico para el espesor de pared; depende del tamaño de la pieza fundida y puede llegar a 600 mm. KEMING recomienda que, para garantizar la planitud y la rectitud, el grosor de la pared sea de al menos 3/16 pulgadas. Las piezas más grandes pueden requerir paredes más gruesas.
Consejo: Mantener un grosor de pared constante ayuda al flujo del metal y evita problemas.
Filete y chaflán
El fileteado y el chaflán ayudan a reducir la concentración de tensiones y los problemas de fundición. Las esquinas afiladas son propensas al agrietamiento y la porosidad. Los diseñadores deben añadir chaflanes a las piezas que soportan peso. En la tabla siguiente se indican los radios de chaflán óptimos:
| Ubicación | Radio mínimo | Cuándo aumentar |
|---|---|---|
| Esquinas interiores | ≥ 0,75 mm o 0,5 × espesor de pared + 0,25 mm | Para paredes más gruesas o piezas portantes |
| Esquinas exteriores | ≥ 1,0 mm | Si se mecaniza posteriormente o se pule |
| Unión costilla-pared | 1,0-1,5 mm + mezcla compuesta | Utilice siempre filetes compuestos para evitar los cierres fríos |
Nota: Coming utiliza herramientas informáticas especializadas para generar los radios y filetes óptimos para cada proyecto.
Ángulos de calado
Los ángulos de desmoldeo ayudan a extraer fácilmente el modelo del molde. Sin ángulos de desmoldeo, las piezas pueden pegarse y dejar marcas. La siguiente tabla muestra los efectos de diferentes ángulos de desmoldeo:
| Tipo de ángulo de calado | Problemas de calado insuficiente | Ventajas de un calado adecuado |
|---|---|---|
| 0° Ángulo de calado | La pieza se adhiere a la cavidad del molde | Desmoldeo limpio |
| Fricción excesiva durante la expulsión | Reducción de la fricción y la fuerza de expulsión | |
| Marcas de arrastre y arañazos superficiales | Calidad superior de acabado superficial | |
| Riesgo de agarrotamiento y daños por moho | Mayor vida útil del molde y menores costes |
Agujeros y ranuras
En la fundición a la cera perdida, el tamaño y la profundidad de los orificios y las ranuras deben cumplir las especificaciones. Los agujeros demasiado pequeños reducen la resistencia de la pieza, mientras que los demasiado profundos pueden provocar roturas. En la tabla siguiente se indican los intervalos de tamaño óptimos:
| Diámetro del agujero (φmm) | Longitud o diámetro del orificio (L/D) |
|---|---|
| φ2～φ3 | L / D ≤ 1 |
| φ4～φ7 | L / D ≤ 2 |
| ≥φ8 | L / D ≤ 2,5 |
| φ2～φ3 | L / D ≤ 2 |
| φ4～φ7 | L / D ≤ 4 |
| ≥φ8 | L / D ≤ 5 |
Dimensiones y peso de las piezas
Fundición de precisión puede fabricar piezas de distintos tamaños y pesos. En la tabla siguiente se enumeran las piezas de mayor tamaño fabricadas por distintas empresas:
| Fuente | Tamaño máximo de la pieza | Peso máximo de la pieza |
|---|---|---|
| Fundición a la cera perdida Thompson | 18 pulgadas | 25 libras |
| C&S Casting | 300 mm | 50 kg |
| American Casting Company | Cubo de 16 pulgadas | 25-30 libras |
| Varias instalaciones en EE.UU. | N/A | 20-120 libras |
Las piezas más grandes requieren más material y moldes más grandes, lo que conlleva mayores costes y una mayor complejidad de fabricación. Las formas de paredes finas o profundas también aumentan los costes. Commin puede fabricar piezas de distintos tamaños para satisfacer una amplia gama de aplicaciones.
Consejo: Los diseñadores deben tener en cuenta el tamaño, el peso y la forma para ahorrar costes y facilitar la fundición de las piezas.
Textura de la superficie
La textura de la superficie afecta al rendimiento de la pieza y al nivel de acabado requerido. La fundición a la cera perdida produce una superficie más lisa que la fundición en arena. En la tabla siguiente se comparan los acabados superficiales:
| Método de fundición | Acabado superficial (Ra) |
|---|---|
| Fundición a la cera perdida | Ra 0,8 µm a Ra 3,2 µm |
| Fundición en arena | Ra 6 µm a Ra 12 µm |
| Fundición a presión | Ra 1,6 µm a Ra 3,2 µm |
El papel de los modelos de fundición a la cera perdida
Los modelos de fundición a la cera perdida determinan la forma de la pieza final. Los diseñadores pueden utilizar moldes de madera o modelos impresos en 3D. En la tabla siguiente se comparan ambos:
| Característica | Patrones de madera tradicionales | Patrones impresos en 3D |
|---|---|---|
| Coste de utillaje | $6,500+ | $0 |
| Punto de equilibrio | 50-167 piezas | N/A |
| Precisión | ±1,5 mm | ±0,3 mm |
| Plazo de entrega | 3-4 semanas | 2-3 días |
| Flexibilidad de diseño | Limitado | Sin límites |
| Mecanizado posterior a la fundición | A menudo necesario | A menudo eliminado |
La impresión en 3D ofrece velocidades más rápidas y una mayor precisión, lo que permite a los diseñadores crear cualquier forma que deseen. Aunque la mayoría de la gente sigue utilizando modelos de madera, los modelos impresos en 3D son cada vez más populares. En los últimos cinco años, cada vez más empresas han empezado a utilizar modelos impresos en 3D para prototipos y pedidos de lotes pequeños. KEMING ofrece servicios a clientes que utilizan ambos métodos.
Los diseñadores deben seguir estos consejos para crear piezas de fundición a la cera perdida de alta calidad. El equipo de KEMING se asegura de que cada proyecto cumpla los más altos estándares de calidad y precisión.
Proceso de fundición a la cera perdida
Preparación del modelo CAD
El diseñador crea primero un modelo 3D en el ordenador. Este modelo es crucial para fabricar piezas de alta calidad. El modelo CAD debe representar todas las formas y características. Un modelo bien hecho dará como resultado una mayor precisión en la fundición. KEMING inspecciona cada modelo para garantizar que sea fácil de fabricar. Esta inspección ayuda a identificar los problemas en una fase temprana, lo que permite introducir mejoras en el proceso. Una cuidadosa atención en esta fase ayuda a mejorar la precisión de las piezas y a evitar errores.
Modelado en cera
Una vez terminado el modelo CAD, se puede hacer un modelo en cera. Los materiales utilizados para el modelo de cera afectan tanto al coste como a la calidad. Un modelo de cera de alta calidad permite obtener piezas más precisas y lisas. Un material de mala calidad puede provocar errores y aumentar la carga de trabajo. Los ángulos de desmoldeo ayudan a retirar el modelo de cera sin dañarlo. Unos ángulos de desmoldeo insuficientes pueden hacer que el modelo de cera se agriete o deje marcas. KEMING utiliza una combinación de métodos tradicionales y modernos para crear modelos de cera de formas complejas, consiguiendo excelentes resultados.
Etapas del proceso de fundición
El proceso de fundición a la cera perdida consta de varias fases:
- Creación de un modelo de cera basado en el modelo 3D.
- Aplicación de cerámica fundida al modelo de cera para crear un molde.
- Retirar el modelo de cera, dejando una cáscara hueca.
- Vierta el metal caliente en la cáscara para formar la pieza.
- Rompe la cáscara para completar la construcción de la pieza.
Cada paso es crucial y contribuye a dar forma a la pieza. Commin puede ajustar el flujo del proceso en función de los distintos tamaños y formas. El tiempo necesario para cada paso varía:
| Escenario | Duración |
|---|---|
| Diseño de herramientas | 4-6 semanas |
| Muestras de fundición | 2-4 semanas |
| Producción | 6-8 semanas |
Control de calidad y pruebas
La inspección de control de calidad es crucial en la fundición de precisión. Commin emplea métodos de prueba como rayos X, ondas acústicas y fuerza magnética para detectar problemas. Estas pruebas no dañan las piezas. Las piezas de aviones y automóviles requieren estas pruebas para garantizar la seguridad y el buen rendimiento. La mayoría de las piezas superan la inspección inicial, con índices de rendimiento superiores a 95% para pedidos con requisitos de precisión extremadamente altos. Las rigurosas inspecciones de Commin garantizan que cada pieza cumpla las normas de calidad y pueda soportar una gran variedad de aplicaciones exigentes.
Nota: Cuando los diseñadores y las fundiciones trabajan juntos, el flujo del proceso es más ágil y la consistencia de las piezas es mayor.
Consideraciones sobre la fundición de precisión
Selección de materiales
El metal elegido influye en el rendimiento y el coste de la pieza. Los ingenieros seleccionan los metales en función de la función de la pieza y del entorno operativo. La fundición de precisión puede utilizar una gran variedad de metales. Algunas opciones comunes son:
- MM247: esta superaleación a base de níquel se utiliza para fabricar álabes de turbinas y aviones.
- R77, R80, R125: Estas aleaciones de níquel ofrecen resistencia al calor y a la oxidación.
- U500: Esta aleación de níquel de alta resistencia se utiliza para fabricar álabes de turbinas de gas.
- Fundición: La fundición dúctil y la fundición gris ofrecen buena tenacidad y resistencia al calor.
- Aleaciones de cobre: Utilizadas para tuberías, componentes eléctricos y hélices marinas.
- Superaleaciones: El cobalto y el níquel se utilizan en los sectores naval, químico y energético.
- Acero al carbono: Requiere una cuidadosa selección de la aleación adecuada.
- Aluminio: Adecuado para fabricar varias piezas a la vez.
- Aleaciones de acero inoxidable: Utilizadas para aplicaciones que requieren protección contra la oxidación.
- El latón: Elegido por su estética y funcionalidad.
Elegir el metal adecuado garantiza una resistencia suficiente en las piezas y también significa que se requiere menos mecanizado después de la fundición. Por ejemplo, el acero inoxidable 316 puede soportar temperaturas de hasta 900 °C.
Tolerancias y precisión
Las tolerancias indican lo cerca que está una pieza de sus valores de diseño. La fundición de precisión puede producir piezas muy precisas. La mayoría de las piezas tienen grados de tolerancia entre CT5 y CT7. La siguiente tabla muestra las tolerancias más comunes:
| Gama de dimensiones (pulgadas) | Tolerancia (pulgadas) | Tolerancia aproximada (mm) |
|---|---|---|
| Hasta 1″. | ±0.010″ | ±0,25 mm |
| Hasta 2″. | ±0.013″ | ±0,38 mm |
| Hasta 3″. | ±0.016″ | ±0,51 mm |
| Hasta 4″. | ±0.019″ | ±0,64 mm |
| Hasta 5″. | ±0.022″ | ±0,76 mm |
| Hasta 6″. | ±0.025″ | ±0,81 mm |
| Hasta 7″. | ±0.028″ | ±0,89 mm |
| Hasta 8″. | ±0.031″ | ±0,96 mm |
| Hasta 9″. | ±0.034″ | ±1,05 mm |
| Hasta 10″. | ±0.037″ | ±1,19 mm |
| Más de 10″. | ±0,005″ por pulgada | N/A |
Las tolerancias más altas implican menos cortes y menos residuos. Las tolerancias deficientes generan más piezas desechadas.
Geometría compleja
La fundición a la cera perdida permite crear formas difíciles de conseguir con otros métodos. Los diseñadores pueden utilizar paredes finas, agujeros profundos y detalles finos. Esto es muy beneficioso en muchos campos, como la construcción aeronáutica y naval. Las formas más complejas pueden ser más caras, pero permiten crear piezas especializadas. El equipo de KEMING ayuda a sus clientes a encontrar el equilibrio óptimo entre forma y complejidad de fabricación.
Factores de coste y cantidad
La cantidad y la complejidad de las piezas fabricadas influyen en el precio. La tabla siguiente muestra qué método es mejor para distintas cantidades:
| Volumen de producción | Mejor elección | Razón |
|---|---|---|
| Bajo (< 5.000) | Fundición a la cera perdida | Bajo coste de utillaje, mayor precio de la pieza |
| Alta (> 10.000) | Fundición a presión | Alto coste de utillaje, menor precio unitario |
Producir más piezas reduce el precio por pieza. Cuanto más compleja sea la forma, mayor será el volumen de mecanizado y mayor el coste. Comming acepta pedidos de todos los tamaños, lo que ofrece a los clientes más opciones.
Consejo: Elegir el metal, las tolerancias y la cantidad de piezas adecuados ayuda a ahorrar costes y a mantener una alta calidad.
Los diseñadores logran el éxito en la fundición a la cera perdida mediante sencillos pasos. Seleccionan piezas de fundición de alta calidad y utilizan moldes detallados. Eligen el mejor molde para el trabajo. Crean moldes impresos en 3D para formas complejas. Comprueban cuidadosamente cada pieza para asegurarse de que es adecuada para la fundición a la cera perdida. Comming asiste a los clientes en cada paso. Los expertos ayudan a evitar errores y a mejorar los procesos. Los diseñadores que siguen estas técnicas obtienen piezas duraderas y de alto rendimiento.
PREGUNTAS FRECUENTES
¿Qué es un molde en la fundición a la cera perdida?
Los moldes determinan la forma de la pieza final. Se utilizan para crear moldes de metal. Los moldes pueden estar hechos de cera, plástico o modelos impresos en 3D. Muchas industrias utilizan moldes para crear piezas resistentes y detalladas. Los moldes ayudan a controlar las dimensiones y la superficie del producto final.
¿Cómo mejoran los moldes impresos en 3D el proceso de fabricación?
Los moldes impresos en 3D agilizan y flexibilizan los procesos de fabricación. Los ingenieros pueden utilizarlos para probar diseños rápidamente. Los moldes impresos en 3D reducen la necesidad de costosas herramientas. Las soluciones de impresión 3D ayudan a las empresas a crear formas complejas que son imposibles con los moldes tradicionales.
¿Por qué los diseñadores eligen moldes de fundición impresos en 3D?
Los diseñadores eligen moldes de fundición impresos en 3D para mejorar la precisión y la velocidad. Estos moldes facilitan la producción de lotes pequeños o la creación de prototipos. Los moldes de fundición impresos en 3D también permiten modificar el diseño sin incurrir en costes adicionales. Las soluciones de impresión 3D ofrecen más opciones para formas creativas.
¿Cómo afectan los moldes a la calidad de la fundición?
Los moldes controlan los detalles y el acabado superficial de las piezas fundidas. Los buenos moldes producen superficies lisas y formas precisas. Los moldes deficientes producen defectos. Los moldes deben ajustarse perfectamente al diseño. Los moldes impresos en 3D y las soluciones de impresión 3D ayudan a mejorar la calidad creando mejores moldes.
¿Pueden las soluciones de impresión 3D ayudar a gestionar pedidos de gran volumen?
Las soluciones de impresión 3D son más adecuadas para la producción de lotes pequeños o piezas personalizadas. Para pedidos de gran volumen, los moldes tradicionales pueden ser menos costosos. Los modelos impresos en 3D siguen siendo útiles para las pruebas y las modificaciones de diseño. Las soluciones de impresión 3D pueden proporcionar modelos que aceleren la puesta en marcha de la producción.
