Proceso de fundición por gravedad
Introducción al moldeado por gravedad
La fundición por gravedad (GDC) es un proceso clásico de conformado de metales. Su principio básico consiste en utilizar la gravedad para inyectar metal fundido en un molde metálico prefabricado (normalmente de hierro fundido, acero o aleación de cobre). Una vez que el metal fundido se enfría y se solidifica dentro del molde, este se abre y se extrae la pieza fundida.
Este proceso se utiliza ampliamente en las industrias automotriz, de maquinaria, aeroespacial y de electrodomésticos, y es especialmente adecuado para la producción en masa de piezas metálicas de tamaño mediano a grande con formas complejas y requisitos de alta precisión dimensional.
Proceso de fundición por gravedad
La fundición por gravedad (GD/fundición en molde) se basa en el principio de utilizar la gravedad para guiar el metal fundido hacia un molde metálico, donde se enfría y solidifica para obtener piezas fundidas de alta precisión. Todo el proceso requiere un control estricto del estado del molde, la calidad del metal fundido, los parámetros de vertido y las técnicas de posprocesamiento para garantizar la consistencia y el rendimiento de la fundición.
Suijin Machinery proporciona flujos de proceso estándar para la producción industrial a gran escala, al tiempo que ofrece soluciones optimizadas para la personalización de lotes pequeños.
Paso 1: Diseño y fabricación de moldes / Inspección
Operaciones principales:
- Diseñar moldes (incluidas cavidades, canales de alimentación, alimentadores, canales de ventilación y mecanismos de expulsión) específicos para la estructura de fundición con el fin de garantizar un flujo fluido del metal fundido, una alimentación suficiente y una ventilación completa (evitando la porosidad y las cavidades por contracción).;
- Utilice acero para trabajo en caliente (por ejemplo, H13) como material del molde, tratado térmicamente (templado + revenido) para mejorar la resistencia a altas temperaturas y al desgaste. Pula la superficie de la cavidad hasta alcanzar un Ra de 3,2-6,3 μm (para garantizar una superficie de fundición lisa).;
- Inspección del molde antes de la producción: Limpie las impurezas residuales de la cavidad, compruebe si hay desgaste o deformación en la cavidad, verifique la flexibilidad del mecanismo de expulsión y confirme que los canales de enfriamiento no estén obstruidos (si se incluye un sistema de enfriamiento).
Control de calidad:
Las tolerancias dimensionales del molde deben ser 1-2 grados superiores a los requisitos de fundición. El ancho del canal de ventilación es de 0,2-0,5 mm y la profundidad es de 0,1-0,3 mm, para evitar el desbordamiento del metal fundido y garantizar una ventilación eficaz.
Paso 2: Preparación de la materia prima y fundición del metal
Operaciones principales:
- Seleccione materiales de aleación adecuados (por ejemplo, aleación de aluminio A356, aleación de zinc ZAMAK 5, aleación de cobre latón H62). Las materias primas deben cumplir con las normas industriales (por ejemplo, ASTM, GB/T) y eliminar el aceite de la superficie, la capa de óxido y otras impurezas.
- Prepare los materiales según la proporción de la fórmula y caliéntelos hasta que se fundan en un horno (por ejemplo, horno de resistencia, horno de inducción): aleación de aluminio 650-700 ℃, aleación de zinc 380-420 ℃, aleación de cobre 900-1100 ℃.
- Tratamiento de refinado de metales: añadir agentes refinadores (por ejemplo, hexacloroetano para aleaciones de aluminio) para eliminar gases e impurezas. Dejar reposar durante 5-10 minutos para garantizar una composición uniforme. Analizar la composición de la aleación con un espectrómetro para garantizar que cumple con las normas.
Control de calidad:
Contenido de gas en el metal fundido ≤ 0,15 ml/100 g (aleación de aluminio), contenido de impurezas ≤ 0,51 TP3T, para evitar defectos de porosidad e inclusiones en las piezas fundidas causados por gases o impurezas.
Paso 3: Pretratamiento del molde
Operaciones principales:
- Precalentamiento del molde: utilice calefacción eléctrica o de gas para elevar la temperatura del molde a 150-300 ℃ (fundiciones de aleación de aluminio), 100-200 ℃ (fundiciones de aleación de zinc). Esto evita que el molde a baja temperatura entre en contacto con el metal fundido a alta temperatura, lo que podría provocar cierres en frío o un vertido incompleto.
- Aplicación del agente desmoldeante: aplique una capa fina de agente desmoldeante resistente a altas temperaturas (como un agente desmoldeante a base de grafito o vidrio soluble) de manera uniforme en las superficies de la cavidad, el canal de colada y el mecanismo de expulsión. El espesor debe ser de 0,05-0,1 mm para garantizar un desmoldeo suave de la pieza fundida y proteger la cavidad del molde.
Control de calidad:
La temperatura del molde debe ser uniforme (diferencia de temperatura ≤20 ℃). No debe haber acumulación ni falta de aplicación del agente desmoldeante para evitar afectar la calidad de la superficie de la fundición y el efecto de desmoldeo.
Paso 4: Cierre y posicionamiento del molde
Operación principal:
- Cierre los moldes superior e inferior o los moldes multisegmento utilizando un dispositivo de cierre de moldes (transmisión manual, hidráulica o mecánica) para garantizar un posicionamiento preciso del molde (la holgura entre el pasador de posicionamiento y el orificio de posicionamiento debe ser ≤0,03 mm) y evitar así la desalineación y el exceso de rebaba en la fundición.
- Compruebe la presión de cierre del molde: ajuste la presión según el tamaño del molde (generalmente entre 0,5 y 2 MPa) para garantizar un cierre hermético del molde y evitar el desbordamiento del metal fundido.
Control de calidad:
Después del cierre del molde, la cavidad debe tener un buen sellado sin huecos evidentes, y la desviación de posicionamiento debe ser ≤0,05 mm.
Paso 5: Vertido del metal
Operaciones principales:
- Método de vertido: vertido manual (lotes pequeños, fundiciones simples) o vertido mecánico automatizado (lotes grandes, fundiciones de alta precisión, como brazos robóticos + máquinas de vertido cuantitativo).;
- Control de los parámetros de vertido: caudal uniforme del metal (evitando turbulencias), velocidad de vertido de 0,5-2 L/s (ajustada según el tamaño de la fundición), temperatura de vertido 30-50 ℃ superior al punto de fusión de la aleación (para garantizar la fluidez).;
- Ángulo de vertido: Vierta suavemente a lo largo del canal, evitando el impacto directo en la pared de la cavidad (para evitar el atrapamiento de aire y el desgaste de la cavidad), asegurándose de que el metal llene lentamente toda la cavidad.
Control de calidad:
Sin salpicaduras ni interrupciones durante el vertido, tiempo de llenado de la cavidad controlado entre 5 y 30 segundos (dependiendo de la complejidad de la fundición), evitando un llenado excesivamente rápido que provoque porosidad y un llenado excesivamente lento que provoque cierres en frío.
Paso 6: Enfriamiento y solidificación
Operaciones principales:
- Enfriamiento natural (piezas fundidas simples) o enfriamiento forzado (piezas fundidas complejas y de alta precisión): se introduce agua de enfriamiento o aire comprimido a través de los canales de enfriamiento integrados en el molde para controlar la velocidad de enfriamiento.
- Tiempo de enfriamiento: Se ajusta según el espesor de la fundición y el tipo de aleación (por ejemplo, 10-20 segundos para fundiciones de aleación de aluminio de 2-5 mm de espesor, 30-60 segundos para fundiciones de 10-20 mm de espesor) para garantizar una solidificación completa y una estructura interna densa.
Control de calidad:
Se prohíbe la apertura prematura del molde durante el proceso de enfriamiento (para evitar la deformación y el agrietamiento de la fundición). El desmoldeo solo se permite después de que la fundición se haya solidificado y la temperatura haya descendido por debajo de los 200 °C (aleaciones de aluminio) o por debajo de los 150 °C (aleaciones de zinc).
Paso 7: Apertura del molde y extracción de la pieza fundida
Operaciones principales:
- Una vez alcanzado el tiempo de enfriamiento establecido, la pieza fundida se expulsa de la cavidad del molde mediante un mecanismo de expulsión (pasador expulsor hidráulico, varilla expulsora mecánica). La velocidad de expulsión es uniforme (para evitar daños por impacto en la pieza fundida).
- La pieza fundida se retira manualmente o mediante un brazo robótico, al tiempo que se limpian las rebabas del sistema de entrada, los alimentadores y los puntos de conexión con la pieza fundida (limpieza preliminar).
Control de calidad:
Durante el proceso de extracción, se evitan colisiones y rayones en la pieza fundida. Las marcas de expulsión tienen una profundidad ≤0,1 mm y no afectan al aspecto ni al rendimiento de la pieza fundida.
Paso 8: Eliminación de compuertas, elevadores y rebabas
Operación principal:
- Elimine las entradas, las coladas y las rebabas de la pieza fundida mediante métodos de corte mecánico (por ejemplo, corte con disco abrasivo, corte por plasma), punzonado o rectificado.;
- Lije los bordes cortados después del corte para garantizar una superficie lisa y sin rebabas afiladas (altura de la rebaba ≤ 0,1 mm).
Control de calidad:
Evite dañar el cuerpo de fundición durante el proceso de extracción; suavidad de corte ≤ 0,2 mm/m.
Paso 9: Limpieza e inspección de la fundición
Operaciones principales:
- Limpieza de superficies: Elimine la capa de óxido, los residuos de agentes desmoldeantes y las impurezas de la superficie de la pieza fundida mediante granallado (granalla de acero de 0,2-0,5 mm de diámetro), chorro de arena o limpieza química.
- Inspección visual: Inspeccione visualmente la superficie de fundición en busca de defectos tales como porosidad, grietas, cierres en frío, inclusiones y cavidades por contracción (diámetro de porosidad superficial ≤ 0,5 mm y no más de 2 por centímetro cuadrado).
- Inspección dimensional: Utilice calibres, micrómetros y máquinas de medición por coordenadas para inspeccionar las dimensiones críticas de la fundición (las tolerancias deben cumplir los requisitos de diseño, como ±0,1-0,3 mm).
- Inspección de calidad interna (fundiciones críticas): utilice la detección de defectos por rayos X, la detección de defectos por ultrasonidos o las pruebas de penetración para comprobar si hay defectos internos, como cavidades por contracción y grietas (área de cavidad por contracción interna ≤ 0,5%).
Control de calidad:
Índice de defectos de apariencia ≤ 3%, índice de aprobación dimensional ≥ 98%, los defectos internos en piezas fundidas críticas deben cumplir con las normas ASTM E446 o GB/T 6402.
Paso 10: Procesamiento posterior (según sea necesario)
Operaciones principales:
- Mecanizado: Se realizan operaciones de torneado, fresado, taladrado y rectificado en piezas clave de las piezas fundidas (como orificios de montaje y superficies de acoplamiento) para mejorar la precisión dimensional y el acabado superficial (por ejemplo, rugosidad de la superficie de acoplamiento Ra 1,6-3,2 μm).;
- Tratamiento térmico: Las piezas fundidas de aleación de aluminio se someten a un tratamiento de envejecimiento (150-200 ℃, manteniéndose durante 2-4 horas) para mejorar su resistencia y dureza; las piezas fundidas de aleación de cobre se someten a un tratamiento de recocido para eliminar la tensión interna.;
- Tratamiento de superficie: Se realizan procesos de pintura, anodizado (aleación de aluminio), galvanoplastia (aleación de zinc/aleación de cobre) y pasivación según los requisitos de la aplicación para mejorar la resistencia a la corrosión y el aspecto.
Control de calidad:
Después del mecanizado, las tolerancias dimensionales son ≤±0,05 mm (piezas clave); después del tratamiento térmico, la dureza cumple los requisitos de diseño (por ejemplo, aleación de aluminio HB 80-100); la adhesión de la capa de tratamiento superficial cumple las normas (sin desprendimiento durante la prueba de adhesión con corte transversal).
Paso 11: Empaque y almacenamiento del producto terminado
Operaciones principales:
- Clasificar y etiquetar las piezas fundidas que cumplan los requisitos (indicando el modelo, el lote y la fecha de producción).;
- Utilice embalajes resistentes a la humedad y a los impactos (como plástico de burbujas, algodón perlado + caja de cartón) para evitar daños durante el transporte.;
- Realizar una inspección aleatoria final antes del almacenamiento (tasa de muestreo ≥ 5%) y registrar las piezas fundidas en el almacén después de confirmar que no hay problemas de calidad.
Solución de fundición Suijin
El moldeado por gravedad es un proceso de conformado de metales de alta precisión, alta eficiencia y gran volumen. Sus principales ventajas residen en la calidad estable de la fundición, la alta eficiencia de producción y el alto aprovechamiento del material, lo que lo hace especialmente adecuado para la producción de piezas fundidas a partir de aleaciones con buena fluidez, como las aleaciones de aluminio y zinc. Aunque la inversión inicial en moldes es relativamente alta, puede reducir significativamente el costo por pieza en escenarios de producción en masa, lo que lo convierte en un proceso de fundición habitual en industrias como la automotriz, la maquinaria y los electrodomésticos.