Fundición a Presión de Aluminio: Propiedades, Aleaciones y Optimización del Proceso de Inyección

Características del Aluminio Fundido

Las principales razones de uso del aluminio fundido son:

• Es un metal ligero y de baja densidad (pesa casi un tercio de lo que pesa el acero), lo que ahorra combustible en el transporte.
• Precio bajo.
• Alta conductividad térmica y eléctrica.
• Es no magnético.
• Posee resistencia a la corrosión (no se corroe).
• Ofrece un buen acabado y alta ductilidad.
• Presenta resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga.
• Es no tóxico y fácilmente reciclable.
• Tiene una gran capacidad de absorción de vibraciones.
• Muestra buenas propiedades mecánicas a temperaturas bajas.

Elementos Utilizados en Aleaciones de Aluminio

La adición de elementos específicos modifica y mejora las propiedades del aluminio para el proceso de fundición:

Silicio (Si)

• Mejora las propiedades de moldeo.
• Disminuye los rechupes en la solidificación.
• Aumenta la dureza.

Cobre (Cu)

• Mejora la maquinabilidad.
• Inconveniente: Empeora la agrietabilidad y la resistencia a la corrosión.

Magnesio (Mg)

• Aumenta la dureza y la tendencia a la oxidación.
• Inconveniente: Alta reactividad, lo que provoca fácil evaporación y tendencia a la formación de óxidos.

Hierro (Fe)

• Aumenta la dureza y la resistencia a la tracción.
• Disminuye la ductilidad.
• Mejora las propiedades de inyección.

Zinc (Zn)

• Aumenta la dureza.
• Aumenta la tendencia a la oxidación del metal.

Estaño (Sn)

• Mejora la maquinabilidad.

Fundición Inyectada (Die Casting)

La fundición inyectada es un proceso mecánico de colada de metal, comprimido dentro de un molde metálico.

Características del Proceso

• El llenado se realiza por presión sobre el metal líquido.
• La presión genera energía cinética, alcanzando altas velocidades durante el llenado, lo que permite llenar paredes finas.
• La pieza fundida copia la cavidad del molde metálico, resultando en una elevada calidad superficial.
• Durante la solidificación, se continúa comprimiendo el metal.
• La solidificación es rápida debido a los bajos espesores.
• La fundición inyectada es un proceso rápido.

Moldes en Fundición a Presión

Se utilizan moldes metálicos reutilizables que deben soportar las condiciones extremas del proceso de fundición inyectada:

• Velocidades: 30-60 m/s.
• Presiones: 500-1000 bar.
• Temperaturas del metal fundido: 450º-960º C.

El molde es el corazón del proceso de fundición.

Características de los Moldes

• Requieren largas tiradas para amortizar el elevado coste de los moldes (obtenidos por mecanizado).
• Los tiempos de fabricación y los costes unitarios (por pieza) son bajos.
• Permite obtener alta precisión en detalles, tolerancias y buena calidad.

Tipos de Máquinas Inyectoras

Cámara Caliente

Máquinas inyectoras que tienen la cámara de inyección sumergida dentro del metal líquido.

• Ventajas: La célula de inyección ocupa lo mínimo. Los tiempos de ciclo son cortos (no es necesario esperar el vertido del metal).
• Desventajas: El metal fundido puede atacar la cámara.

Cámara Fría

Máquinas inyectoras que tienen la cámara de disparo fuera del metal fundido.

• Ventajas: Se puede inyectar un mayor rango de metales. Mayor libertad para obtener velocidades de llenado y presiones.
• Desventajas: El horno de mantenimiento ocupa más espacio. Necesidad de un sistema para alimentar el metal fundido al contenedor de inyección.

Componentes Principales de la Máquina Inyectora

• Grupo hidráulico.
• Grupo de cierre.
• Grupo de inyección.

Fases del Ciclo de Inyección

1ª Fase: Avance Lento

Avance lento del pistón hasta que el metal llega a la entrada de la pieza. El avance lento del pistón busca evitar atrapamientos de gas.

2ª Fase: Llenado Rápido

Llenado rápido de la pieza a alta velocidad. El objetivo es que la pieza quede llena sin aire atrapado y preparada para la solidificación. Se debe evitar la formación de caldos fríos.

3ª Fase: Compactación

Compactación durante la solidificación de la pieza. El objetivo es mantener la presión dentro de la cavidad mientras la pieza termina la solidificación y adquiere unas características mecánicas determinadas.

4ª Fase: Expulsión

Expulsión de la pieza. La parte móvil se separa de la matriz fija y la pieza se extrae mediante expulsores.

Partes del Sistema de Inyección

El sistema de distribución está compuesto por elementos que permiten que el metal penetre en el hueco del molde con presión. Estos elementos son:

• Platos fijo y móvil.
• Portamoldes.
• Matriz fija y móvil.
• Expulsores.
• Alimentación.
• Contenedor.
• Pistón.

Consideraciones de Coste

El utillaje de fundición inyectada es más caro que el de otras tecnologías (arena, coquilla).

Conclusión

La fundición inyectada suele adecuarse a las series largas que justifican la inversión inicial en el utillaje.