Guía definitiva para Fundición a presión
El proceso de fundición a presión produce piezas metálicas con geometrías precisas y paredes finas, lo que lo hace adecuado para la producción de grandes volúmenes. Esta versátil técnica produce piezas de calidad muy adecuadas para diversos sectores, como la fabricación de muebles, los bienes de consumo, los juguetes y el sector militar, entre otros.
Sin embargo, algunos pueden considerar que el coste de la fundición a presión es elevado o que el método es demasiado complejo de entender. Si se pregunta cómo funciona la fundición a presión, qué materiales pueden utilizarse en este proceso o qué ventajas aporta, nuestra guía definitiva sobre fundición a presión es para usted.
Le ayudaremos a entender por qué esta técnica merece tanto la pena como para invertir sus recursos en ella.
Breve historia de la fundición a presión
La historia de la fundición a presión se remonta a mediados del siglo XIX. Las primeras máquinas de fundición a presión se inventaron en 1838, allanando el camino para los avances en la industria.
La fundición a presión en cámara caliente se introdujo en 1849, permitiendo una producción más rápida de piezas más pequeñas, mientras que la fundición a presión en cámara fría, patentada en 1885, permitía la producción de piezas más grandes y aleaciones con puntos de fusión más altos.
La fundición a presión de aluminio comenzó en 1914, ofreciendo propiedades de ligereza y resistencia a la corrosión. La fundición a presión de zinc se popularizó en 1927, y la de magnesio surgió en la década de 1930.
Tras la Segunda Guerra Mundial, la fundición a presión experimentó continuas mejoras en materiales, tecnología y automatización. A finales del siglo XX, el diseño y la simulación asistidos por ordenador mejoraron la precisión.
En el siglo XXI, la fundición a presión se ha convertido en una industria global con aplicaciones en automoción y electrónica, que hace hincapié en la sostenibilidad y la eficiencia. Se espera que los continuos avances configuren el futuro de la fundición a presión.
¿Cómo funciona la fundición a presión?
La fundición a presión es un proceso de fundición de metales que consiste en forzar el metal fundido en una cavidad de molde a alta presión. La cavidad del molde se crea utilizando dos matrices de acero endurecido, que se mecanizan para dar la forma deseada al producto acabado.
La fundición a presión se utiliza habitualmente para fabricar piezas de formas complejas con gran precisión y superficies lisas. A continuación le explicamos cómo funciona el proceso de fundición a presión:
1. Diseño de moldes
El diseño del molde da forma a la geometría del componente final. El molde debe recoger todos los detalles, dimensiones y requisitos de acabado superficial de la pieza.
Los diseñadores tienen en cuenta factores como la selección de materiales y las condiciones específicas de la máquina. La atención a los detalles es crucial debido a las altas presiones durante la inyección y el enfriamiento del metal, que pueden afectar al acabado superficial y a la deformación de la pieza si no se diseñan correctamente.
2. Preparación del metal
La preparación del metal para la fundición implica gestionar cuidadosamente la temperatura y la composición para evitar defectos en el producto final. Mantener la temperatura adecuada durante la inyección en la matriz es crucial, y la composición del metal, incluidos el tipo de aleación y el grado de pureza, debe cumplir las normas de seguridad y calidad.
Las medidas de control de calidad garantizan el cumplimiento de las directrices del sector, y los factores medioambientales influyen en los tiempos de enfriamiento, lo que subraya la necesidad de tenerlos en cuenta durante las fases de precalentamiento y postenfriamiento de los procesos metalúrgicos.
3. Sujeción
Esto garantiza que el metal fundido pueda inyectarse en un molde. Las máquinas de fundición a presión se clasifican en toneladas de sujeción, que representan la fuerza que pueden aplicar para sujetar y comprimir el molde de forma segura.
Los mecanismos de sujeción especiales, como las articulaciones de palanca, amplifican esta fuerza y proporcionan una carrera que se ajusta al tonelaje nominal de la máquina. Esta combinación de varillaje mecánico y potencia hidráulica garantiza una compresión uniforme en múltiples direcciones y una inyección precisa del metal fundido en el molde con tolerancias ajustadas.
4. Inyección
El metal fundido, normalmente aluminio, zinc o magnesio, se calienta a una temperatura específica en un horno.
La máquina de fundición a presión cierra el molde, inyectando metal fundido en la cavidad a alta presión. Esta presión se mantiene hasta que la pieza se solidifica.
5. Refrigeración
Una vez inyectado el metal fundido, empieza a enfriarse y solidificarse, tomando la forma del molde. El tiempo de enfriamiento es fundamental para conseguir las propiedades deseadas y evitar defectos.
6. Expulsión
Una vez solidificado el metal, la máquina de fundición a presión abre el molde y la pieza recién formada es expulsada de la cavidad del molde. Unos pasadores o mecanismos eyectores ayudan a extraer la pieza fundida de las matrices.
7. Recorte
La pieza expulsada puede tener un exceso de material denominado rebaba, que suele eliminarse en un proceso de recorte. Pueden aplicarse procesos de acabado adicionales, como mecanizado o tratamientos superficiales, para conseguir las especificaciones finales del producto.
Tipos de fundición a presión
La fundición a presión es un proceso utilizado para producir formas complejas con altas tolerancias y tamaños muy variados, y puede aplicarse a diversos materiales, según el uso.
Los tipos más comunes son la fundición a presión en cámara caliente, la fundición a presión en cámara fría, la fundición a presión en vacío, el proceso de fundición a presión, el conformado de metal semisólido y la fundición a presión por gravedad o a baja presión.
Fundición en cámara caliente
El mecanismo de inyección se sumerge en un baño de metal fundido en una cámara caliente de fundición a presión. El metal fundido se introduce automáticamente en la cámara y, a continuación, se introduce a presión en la cavidad de la matriz.
Este proceso es adecuado para metales con puntos de fusión bajos, como el zinc, el estaño y el plomo.
Fundición a presión en cámara fría
La fundición a presión en cámara fría se utiliza para metales con puntos de fusión más altos, como el aluminio, el magnesio y el cobre.
En este proceso, el metal fundido se introduce en una cámara de inyección situada fuera de la máquina de fundición a presión. A continuación, un pistón introduce el metal a alta presión en la cavidad de la matriz. La fundición a presión en cámara fría se adapta a una gama de aleaciones más amplia que la fundición a presión en cámara caliente.
Fundición en vacío
La fundición a presión en vacío es una variación del proceso de fundición a presión tradicional en la que se aplica el vacío durante el ciclo de fundición a presión.
El objetivo es reducir la porosidad y mejorar la calidad del producto final eliminando los gases del metal fundido. Este proceso suele utilizarse cuando se producen piezas de alta calidad con requisitos estrictos.
Proceso de fundición a presión
La fundición a presión combina aspectos de los procesos de fundición y forja.
El metal fundido se vierte en la cavidad de la matriz y, a continuación, una prensa hidráulica aplica presión adicional al metal durante la solidificación. El resultado es una estructura más densa y de grano más fino, que mejora las propiedades mecánicas del producto final.
Conformado de metales semisólidos
El conformado de metal semisólido implica el uso de metal parcialmente solidificado (lodo semisólido) en lugar de metal totalmente líquido. El metal semisólido se inyecta a presión en la cavidad de la matriz. Este proceso produce piezas de gran resistencia y excelente precisión dimensional.
Fundición a presión por gravedad o a baja presión
La fundición a presión por gravedad o baja presión consiste en utilizar un molde permanente y la fuerza de la gravedad para llenar el molde con metal fundido. El metal fundido se vierte en un horno de retención y, a continuación, se utiliza un sistema de baja presión para forzar el metal en la matriz. Este proceso es adecuado para producir piezas grandes y complejas con una presión relativamente baja.
Fundición a presión
La fundición a presión es un término general que engloba los procesos de fundición a presión en cámara fría y caliente.
En ambos casos, la alta presión fuerza el metal fundido en la cavidad de la matriz. El resultado son ciclos de producción rápidos y la posibilidad de fabricar piezas complejas y precisas con gran repetibilidad.
¿Qué materiales pueden utilizarse para la fundición a presión?
La fundición a presión utiliza una serie de aleaciones de alta calidad, como aluminio, zinc, cobre, magnesio, plomo, bronce y latón, para fabricar piezas y componentes metálicos detallados con geometrías complejas y paredes finas.
Descubra más sobre el amplio espectro de materiales utilizados para la fundición a presión y descubra cómo pueden emplearse de forma óptima para la aplicación deseada.
Aleaciones de aluminio
El aluminio se utiliza ampliamente para la fundición a presión debido a su ligereza, buena relación resistencia-peso, resistencia a la corrosión y alta conductividad térmica. Las aleaciones de aluminio más comunes para la fundición a presión son A380, A383 y A360.
Aleaciones de zinc
El zinc es otra opción popular para la fundición a presión, ya que ofrece una buena estabilidad dimensional, alta resistencia al impacto y una excelente resistencia a la corrosión. Las aleaciones de zinc más utilizadas en la fundición a presión son Zamak 3, Zamak 5 y Zamak 7.
Aleaciones de cobre
Las aleaciones con base de cobre, como el latón y el bronce, también pueden utilizarse para la fundición a presión. Estas aleaciones ofrecen una buena conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y un aspecto agradable. Sin embargo, pueden tener puntos de fusión más altos que las aleaciones de aluminio y zinc.
Aleaciones de magnesio
El magnesio es conocido por su baja densidad, que lo convierte en el metal estructural más ligero. Las aleaciones de magnesio se utilizan en fundición a presión para aplicaciones en las que la reducción de peso es fundamental. Las aleaciones de magnesio más comunes son AZ91D y AM60B.
Aleaciones de plomo
Las aleaciones de plomo son menos comunes en la fundición a presión debido a las preocupaciones medioambientales y sanitarias asociadas al plomo. Sin embargo, las aleaciones de plomo pueden seguir utilizándose para aplicaciones específicas en las que sus propiedades, como la blandura y la maleabilidad, son ventajosas.
Aleaciones de bronce y latón
El bronce y el latón son aleaciones a base de cobre que pueden utilizarse para la fundición a presión. Se valoran por sus cualidades estéticas, su resistencia a la corrosión y sus propiedades mecánicas específicas. Sin embargo, pueden no ser tan comunes como las aleaciones de aluminio o zinc en las aplicaciones tradicionales de fundición a presión.
Ventajas de la fundición a presión
Para muchas industrias y aplicaciones, la fundición a presión es una opción fiable y eficaz que proporciona una impresionante integridad estructural y ofrece toda una serie de ventajas cuando se ejecuta correctamente.
Estas ventajas abarcan desde acabados superficiales de calidad y geometrías de piezas complejas hasta producción de alta tolerancia con estabilidad dimensional mejorada.
Formas complejas: La fundición a presión permite producir formas intrincadas y complejas con gran precisión. El molde utilizado en el proceso puede diseñarse para crear piezas detalladas y sofisticadas, por lo que resulta adecuado para aplicaciones que requieren geometrías intrincadas.
Versatilidad: La fundición a presión puede producir una amplia gama de componentes, desde piezas pequeñas y complejas hasta piezas más grandes y robustas. Esta versatilidad hace que sea aplicable en diversos sectores, como el automovilístico, el aeroespacial y el electrónico, entre otros.
Ahorro de costes: La fundición a presión es conocida por su rentabilidad, especialmente cuando se producen grandes cantidades de piezas. La capacidad de producción a alta velocidad de la fundición a presión se traduce en tiempos de ciclo más cortos y menores costes de mano de obra en comparación con otros procesos de fabricación, lo que contribuye al ahorro global de costes.
Eficiencia: El proceso de fundición a presión es muy eficaz, con un desperdicio mínimo de material. El metal fundido se inyecta en la cavidad de la matriz, lo que garantiza un uso eficaz del material y reduce la necesidad de operaciones adicionales de mecanizado o acabado. Esta eficiencia se traduce en un proceso de fabricación racionalizado y que ahorra recursos.
Repetibilidad: La fundición a presión ofrece una excelente repetibilidad y consistencia en la producción de piezas. Una vez creada la matriz, puede utilizarse repetidamente para fabricar componentes idénticos, lo que garantiza una calidad y unas especificaciones uniformes en grandes series de producción.
Superficies lisas: La fundición a presión da lugar a piezas con superficies lisas y detalles finos. La alta presión del proceso ayuda a conseguir un acabado preciso y liso en el producto final, reduciendo la necesidad de pasos adicionales de pulido o acabado.
Resistencia a la tracción: Las piezas fundidas a presión presentan una elevada resistencia a la tracción, lo que las hace duraderas y capaces de soportar cargas y tensiones considerables. Esta característica es especialmente beneficiosa en aplicaciones en las que la integridad y la resistencia estructurales son críticas, como en componentes de automoción y aeroespaciales.
Desventajas de la fundición a presión
Porosidad: La fundición a presión es propensa a problemas de porosidad en el producto acabado, lo que afecta al aspecto y la durabilidad si no se vigila de cerca durante las actividades de producción y posproducción.
Defectos de textura: La naturaleza de los materiales no férreos y el proceso de fundición a presión pueden provocar defectos de textura en el producto final, lo que repercute en su calidad general.
Incapacidad para someterse a tratamiento térmico o a determinadas tensiones: Las piezas de fundición inyectada pueden carecer de la flexibilidad necesaria para el tratamiento térmico o las aplicaciones de tensiones específicas, lo que limita su gama de usos.
Herramientas complejas y esfuerzos de precisión: Conseguir resistencia con componentes duraderos como el acero o el titanio requiere un utillaje intrincado y esfuerzos de precisión para la fabricación de moldes, lo que restringe las aplicaciones potenciales de la fundición a presión.
Tensiones residuales: Las rápidas velocidades de enfriamiento durante la fundición pueden provocar tensiones residuales en las piezas fundidas a presión, lo que puede causar grietas en piezas fundidas a presión de gran tamaño. Puede ser necesario un mecanizado adicional para su uso seguro en un sistema.
Restricciones materiales: Debido a las temperaturas de funcionamiento de las máquinas de cámara no presurizada, la fundición a presión suele limitarse a materiales con puntos de fusión inferiores a 700°C, como el aluminio.
Gama limitada de artículos posibles: La combinación de los factores mencionados limita la variedad de artículos que pueden fabricarse eficazmente mediante procesos de fundición a presión.
Esfuerzos de optimización en curso: Los diseñadores deben seguir siendo expertos en optimizar los recursos para superar las limitaciones de la fundición a presión, garantizando productos finales eficientes a lo largo del tiempo.
¿Qué industrias necesitarán fundición a presión?
La fundición a presión se utiliza comúnmente en varias industrias más allá de la fabricación convencional de piezas de automoción. Muchas aplicaciones requieren componentes fundidos a presión y mecanizados para equipos médicos, herramientas eléctricas, productos de mobiliario y proyectos de defensa militar.
Siga leyendo para saber más sobre las aplicaciones de cada sector:
Automóvil: La fundición a presión se utiliza ampliamente para fabricar componentes como bloques de motor, cajas de transmisión y diversas piezas de automoción, debido a su rentabilidad y a sus elevados índices de producción.
Eléctrico: Los componentes eléctricos, como conectores, carcasas y disipadores térmicos, pueden fabricarse con eficacia mediante fundición a presión, gracias a la capacidad del proceso para crear formas intrincadas con buena conductividad.
Aeroespacial: La fundición a presión se emplea en la aeroespacial industria para fabricar componentes ligeros con gran integridad estructural, como piezas de motores de aviones y componentes estructurales.
Médico: La fundición a presión se utiliza para equipos y dispositivos médicos, incluidos componentes para máquinas de diagnóstico, carcasas para dispositivos médicos electrónicos y otras piezas de precisión.
Transporte: Además de la automoción, la fundición a presión tiene aplicaciones en el sector del transporte en general, como la producción de componentes para motocicletas, bicicletas y otros vehículos.
Aparato: La fundición a presión se utiliza habitualmente en la industria de electrodomésticos para fabricar piezas de frigoríficos, aparatos de aire acondicionado y otros electrodomésticos.
Muebles: Aunque no está tan extendida como en otras industrias, la fundición a presión puede utilizarse para fabricar determinados componentes de muebles, como herrajes metálicos o elementos decorativos.
También puede utilizarse para fabricar artículos como bisagras, pomos y tiradores para accesorios domésticos duraderos.
Militar: El ejército utiliza la fundición a presión para fabricar diversos componentes, como piezas de armas, dispositivos de comunicación y otros equipos especializados.
Consumidor: La fundición a presión se emplea para diversos bienes de consumo, como la producción de componentes para cámaras, equipos de audio y otros dispositivos electrónicos.
Juguetes: La fundición a presión se utiliza para fabricar piezas metálicas para determinados tipos de juguetes, lo que supone un método rentable para producir componentes detallados y duraderos.
Preguntas frecuentes
En el método de fundición a presión, ¿de qué factores depende la calidad del producto?
En la fundición a presión, la calidad del producto depende de factores como la selección del material, el control de la materia prima, la planificación del proceso, la planificación de la producción y las características de la máquina de fundición a presión.
La selección del material influye en la resistencia y durabilidad del producto, con aleaciones de bajo punto de fusión que contribuyen a un calentamiento uniforme y a la prevención de defectos.
El control de las materias primas implica el refinado para eliminar impurezas y garantizar piezas acabadas de alta calidad. La planificación de procesos proporciona instrucciones detalladas para la producción en serie, reduciendo la variabilidad y los tiempos de inactividad.
La planificación de la producción tiene en cuenta el número de piezas, los tiempos de preparación y los ciclos necesarios para cumplir los requisitos de producción sin comprometer la calidad. La fundición a presión es un método eficaz para la fabricación rentable de objetos metálicos con formas complejas.
¿Es cara la fundición a presión?
Sí, la fundición a presión puede ser costosa debido a los importantes gastos iniciales en equipos, matrices y componentes relacionados. Por ejemplo, las máquinas de fundición a presión de cámara fría suelen costar entre $50.000 y $500.000 o más, en función del tamaño y las características.
Las inversiones adicionales incluyen los costes de utillaje para cada diseño de molde único utilizado en las tiradas de producción. Aunque estos costes iniciales pueden suponer un obstáculo en comparación con otros procesos de fabricación, la fundición a presión puede resultar rentable con el tiempo si se tiene en cuenta el potencial de producción en masa y los menores costes de utillaje que otros métodos alternativos.
En última instancia, la fundición a presión es una inversión que merece la pena para producir grandes cantidades de piezas o formas complejas que no pueden conseguirse fácilmente mediante alternativas más sencillas.
¿Por qué se llama fundición a presión?
Fundición a presión significa esencialmente fundir metal en un molde o matriz. El proceso produce piezas complejas de alta precisión con un acabado superficial liso. El término "matriz" hace hincapié en el papel del molde a la hora de dar forma al producto final durante el proceso de fundición.
¿Tienen los productos de fundición a presión una larga vida útil?
Sí, la fundición a presión suele crear productos duraderos. La vida útil depende de factores como el metal utilizado, el proceso de producción y el mantenimiento.
Las aleaciones de aluminio duran alrededor de 100.000 ciclos con un mantenimiento adecuado, mientras que las aleaciones de zinc pueden superar el millón de ciclos en condiciones óptimas.
Los moldes de fundición superan a otros componentes, como las piezas mecanizadas, gracias al mínimo desplazamiento del material durante la producción y al preciso diseño del molde, que garantizan una precisión duradera. Estas cualidades suponen un importante ahorro de costes en comparación con métodos alternativos, como la forja o los procesos de fabricación con múltiples componentes u operaciones de soldadura.
¿Cuál es la diferencia entre fundición inyectada y forja?
La fundición a presión y la forja son métodos de trabajo del metal que crean con precisión formas complejas, pero difieren en sus planteamientos y resultados.
La fundición inyecta metal líquido en un molde a presión, produciendo formas intrincadas y precisas con ventajas como alta repetibilidad, superficies lisas y ahorro de costes en aleaciones de aluminio. Sin embargo, tiene limitaciones en el grosor de las paredes y costes más elevados para las aleaciones de zinc.
La forja calienta las materias primas y aplica fuerza de compresión para darles forma, lo que da lugar a piezas forjadas con una integridad estructural mejorada. Este proceso, en el que se utilizan prensas o martillos, proporciona un mejor rendimiento y durabilidad a largo plazo que la fundición a presión por sí sola.
¿Qué términos de fundición a presión conoce?
La fundición a presión es un proceso de fabricación eficaz que da forma cuidadosamente a los metales con moldes de inyección a alta presión. Las piezas fundidas a presión pueden estar compuestas de diversos materiales, como aleaciones de zinc, cobre, aluminio, magnesio y plomo.
Para garantizar una calidad homogénea en todas las series de producción, cada pieza de fundición a presión debe cumplir determinados requisitos; en el sector de la fundición a presión se utilizan habitualmente varios términos para definir estos criterios específicos.
Entre los conceptos comunes de fundición a presión se incluyen el utillaje para la fundición a presión (que designa cómo se disponen los moldes), las tolerancias de fundición a presión o las comparaciones de precisión dimensional (medir una pieza producida con respecto a sus dimensiones exactas), los ángulos de tiro (el ángulo en el que las paredes se inclinan hacia fuera dentro de una cavidad de molde para una expulsión más rápida) y las técnicas de recorte/desbarbado (para suavizar los bordes afilados después de la liberación de la pieza).
Observaciones finales
La fundición a presión es un proceso de fabricación con numerosas ventajas: permite moldear formas complejas, puede producir piezas en grandes volúmenes con plazos de entrega cortos y tiene propiedades mecánicas superiores.
También tiene algunas desventajas, como el elevado coste de capital que supone fabricar equipos de fundición a presión o matrices y componentes relacionados; sin embargo, un diseño adecuado para la fabricación puede compensar este inconveniente.
La fundición a presión puede beneficiar a muchas industrias, como la fabricación de muebles, las aplicaciones militares, los bienes de consumo y los juguetes, donde el ahorro de costes y la velocidad de fabricación son factores importantes.
En última instancia, la fundición a presión es beneficiosa porque se fabricará un producto de material resistente sin costes excesivos de mano de obra gracias a la aplicación eficaz de los procesos pertinentes.
