Tecnología de fundición

Podemos ofrecer piezas de fundición centrífuga, fundición en arena, fundición por moldeo al vacío y tecnología de forja con mecanizados precisos para requisitos estrictos.

Fundición centrífuga

In centrifugal casting, a permanent mold is rotated continuously about its axis at high speeds (300 to 3000 rpm) as the molten metal is poured. The molten metal is centrifugally thrown towards the inside mold wall, where it solidifies after cooling. The casting is usually a fine-grained casting with a very fine-grained outer diameter, owing to chilling against the mould surface. Impurities and inclusions are thrown to the surface of the inside diameter, which can be machined away. Casting machines may be either horizontal or vertical-axis. Horizontal axis machines are preferred for long, thin cylinders, vertical machines for rings. Most castings are solidified from the outside first. This may be used to encourage directional solidification of the casting, and thus give useful metallurgical properties to it. Often the inner and outer layers are discarded and only the intermediary columnar zone is used. Centrifugal casting was the invention of Alfred Krupp, who used it to manufacture cast steel tyres for railway wheels in 1852.

Características de la fundición centrífuga

Las piezas fundidas se pueden fabricar en casi cualquier longitud, grosor y diámetro.

Se pueden producir diferentes espesores de pared con el mismo molde.

Eliminates the need for cores.

Resistente a la corrosión atmosférica, una situación típica con tuberías.

Mechanical properties of centrifugal castings are excellent.

Only cylindrical shapes can be produced with this process.

Los límites de tamaño son de hasta 3 m (10 pies) de diámetro y 15 m (50 pies) de longitud.

Wall thickness range from 2.5 mm to 125 mm (0.1 - 5.0 in).

Límite de tolerancia: en el OD puede ser de 2,5 mm (0,1 pulgadas) y en el ID puede ser de 3,8 mm (0,15 pulgadas).

El acabado superficial varía de 2,5 mm a 12,5 mm (0,1 - 0,5 pulgadas) rms.

Ventajas de la fundición centrífuga

Cylinders and shapes with rotational symmetry are most commonly cast by this technique. "Tall" castings (in the direction of the settling force acting, usually gravity) are always more difficult than short castings. In the centrifugal casting technique the radius of the rotation, along which the centrifugal force acts, replaces the vertical axis. The casting machine may be rotated to place this in any convenient orientation, relative to gravity's vertical. Horizontal and vertical axis machines are both used, simply to place the casting's longest dimension conveniently horizontal. Thin-walled cylinders are difficult to cast by other means, but centrifugal casting is particularly suited to them. To the rotation radius, these are effectively shallow flat castings and are thus simple. Centrifugal casting is also applied to the casting of disk and cylindrical shaped objects such as railway carriage wheels or machine fittings where the grain, flow, and balance are important to the durability and utility of the finished product. Providing that the shape is relatively constant in radius, noncircular shapes may also be cast.

Fundición en arena

Sand casting, also known as sand molded casting, is a metal casting process characterized by using sand as the mold material. The term sand casting can also refer to an object produced via the sand casting process. Sand castings are produced in specialized factories called foundries. Over 70% of all metal castings are produced via a sand casting process.

La fundición en arena es relativamente económica y suficientemente refractaria incluso para su uso en fundición de acero. Además de la arena, se mezcla o se encuentra presente un agente aglomerante adecuado (generalmente arcilla) con la arena. La mezcla se humedece, típicamente con agua, pero a veces con otras sustancias, para desarrollar la resistencia y plasticidad de la arcilla y hacer que el agregado sea adecuado para el moldeo. La arena se contiene típicamente en un sistema de marcos o cajas de moldeo conocidas como cajas de molde. Las cavidades del molde y el sistema de compuerta se crean compactando la arena alrededor de modelos o patrones, o tallándolos directamente en la arena.

Patrones de fundición en arena

From the design, provided by an engineer or designer, a skilled pattern maker builds a pattern of the object to be produced, using wood, metal, or a plastic such as expanded polystyrene. Sand can be ground, swept or strickled into shape. The metal to be cast will contract during solidification, and this may be non-uniform due to uneven cooling. Therefore, the pattern must be slightly larger than the finished product, a difference known as contraction allowance. Pattern-makers are able to produce suitable patterns using Contraction rules (these are sometimes called shrink allowance rulers where the ruled markings are deliberately made to a larger spacing according to the percentage of extra length needed). Different scaled rules are used for different metals, because each metal and alloy contracts by an amount distinct from all others. Patterns also have core prints that create registers within the molds into which are placed sand cores. Such cores, sometimes reinforced by wires, are used to create under-cut profiles and cavities which cannot be molded with the cope and drag, such as the interior passages of valves or cooling passages in engine blocks.

Los caminos para la entrada del metal en la cavidad del molde constituyen el sistema de alimentación e incluyen el bebedero, varios alimentadores que mantienen un buen 'suministro' de metal y las entradas que conectan el sistema de alimentación con la cavidad de fundición. Los gases y vapores generados durante la fundición salen a través de la arena permeable o mediante los respiraderos, que se añaden ya sea en el modelo mismo o como piezas separadas.

Caja de moldeo y materiales de fundición en arena

A multi-part molding box (known as a casting flask, the top and bottom halves of which are known respectively as the cope and drag) is prepared to receive the pattern. Molding boxes are made in segments that may be latched to each other and to end closures. For a simple object—flat on one side—the lower portion of the box, closed at the bottom, will be filled with a molding sand. The sand is packed in through a vibratory process called ramming, and in this case, periodically screeded level. The surface of the sand may then be stabilized with a sizing compound. The pattern is placed on the sand and another molding box segment is added. Additional sand is rammed over and around the pattern. Finally a cover is placed on the box and it is turned and unlatched, so that the halves of the mold may be parted and the pattern with its sprue and vent patterns removed. Additional sizing may be added and any defects introduced by the removal of the pattern are corrected. The box is closed again. This forms a green mold which must be dried to receive the hot metal. If the mold is not sufficiently dried a steam explosion can occur that can throw molten metal about. In some cases, the sand may be oiled instead of moistened, which makes possible casting without waiting for the sand to dry. Sand may also be bonded by chemical binders, such as furane resins or amine-hardened resins.

Escalofríos de fundición en arena

Para controlar la estructura de solidificación del metal, es posible colocar placas metálicas, refrigerantes, en el molde. El rápido enfriamiento local asociado formará una estructura de grano más fino y puede formar un metal algo más duro en estas ubicaciones. En fundiciones ferrosas, el efecto es similar al temple de metales en el trabajo de forja. El diámetro interior de un cilindro de motor se endurece mediante un núcleo refrigerante. En otros metales, los refrigerantes pueden usarse para promover la solidificación direccional de la fundición. Al controlar la forma en que se congela una fundición, es posible evitar huecos internos o porosidad dentro de las piezas fundidas.

Núcleos de fundición en arena

Para producir cavidades dentro de la fundición—como para el enfriamiento líquido en bloques de motor y culatas—se utilizan formas negativas para producir núcleos. Generalmente moldeados en arena, los núcleos se insertan en la caja de fundición después de retirar el modelo. Siempre que sea posible, se hacen diseños que evitan el uso de núcleos, debido al tiempo adicional de preparación y, por lo tanto, mayor costo.

With a completed mold at the appropriate moisture content, the box containing the sand mold is then positioned for filling with molten metal—typically iron, steel, bronze, brass, aluminium, magnesium alloys, or various pot metal alloys, which often include lead, tin, and zinc. After filling with liquid metal the box is set aside until the metal is sufficiently cool to be strong. The sand is then removed revealing a rough casting that, in the case of iron or steel, may still be glowing red. When casting with metals like iron or lead, which are significantly heavier than the casting sand, the casting flask is often covered with a heavy plate to prevent a problem known as floating the mold. Floating the mold occurs when the pressure of the metal pushes the sand above the mold cavity out of shape, causing the casting to fail.

Después del moldeo, los núcleos se rompen con varillas o perdigones y se extraen de la pieza fundida. El metal de la mazarota y los bebederos se corta de la fundición en bruto. Se pueden aplicar varios tratamientos térmicos para aliviar tensiones del enfriamiento inicial y añadir dureza—en el caso del acero o hierro, mediante temple en agua o aceite. La pieza fundida puede reforzarse aún más con tratamientos de compresión superficial—como el granallado—que aumentan la resistencia al agrietamiento por tracción y alisan la superficie rugosa.

Requisitos de diseño de la fundición en arena

The part to be made and its pattern must be designed to accommodate each stage of the process, as it must be possible to remove the pattern without disturbing the molding sand and to have proper locations to receive and position the cores. A slight taper, known as draft, must be used on surfaces perpendicular to the parting line, in order to be able to remove the pattern from the mold. This requirement also applies to cores, as they must be removed from the core box in which they are formed. The sprue and risers must be arranged to allow a proper flow of metal and gasses within the mold in order to avoid an incomplete casting. Should a piece of core or mold become dislodged it may be embedded in the final casting, forming a sand pit, which may render the casting unusable. Gas pockets can cause internal voids. These may be immediately visible or may only be revealed after extensive machining has been performed. For critical applications, or where the cost of wasted effort is a factor, non-destructive testing methods may be applied before further work is performed.

Fundición por moldeo al vacío

Vacuum molding (V-process) is a variation of the sand casting process for most ferrous and non-ferrous metals, in which unbonded sand is held in the flask with a vacuum. The pattern is specially vented so that a vacuum can be pulled through it. A heat-softened thin sheet (0.003 to 0.008 in (0.076 to 0.203 mm)) of plastic film is draped over the pattern and a vacuum is drawn (200 to 400 mmHg (27 to 53 kPa)). A special vacuum forming flask is placed over the plastic pattern and is filled with a free-flowing sand. The sand is vibrated to compact the sand and a sprue and pouring cup are formed in the cope. Another sheet of plastic is placed over the top of the sand in the flask and a vacuum is drawn through the special flask; this hardens and strengthens the unbonded sand. The vacuum is then released on the pattern and the cope is removed. The drag is made in the same way (without the sprue and pouring cup). Any cores are set in place and the mold is closed. The molten metal is poured while the cope and drag are still under a vacuum, because the plastic vaporizes but the vacuum keeps the shape of the sand while the metal solidifies. When the metal has solidified, the vacuum is turned off and the sand runs out freely, releasing the casting.

The V-process is known for not requiring a draft because the plastic film has a certain degree of lubricity and it expands slightly when the vacuum is drawn in the flask. The process has high dimensional accuracy, with a tolerance of ±0.010 in for the first inch and ±0.002 in there after. Cross-sections as small as 0.090 in (2.3 mm) are possible. The surface finish is very good, usually between 150 to 125 rms. Other advantages include no moisture related defects, no cost for binders, excellent sand permeability, and no toxic fumes from burning the binders. Finally, the pattern does not wear out because the sand does not touch it. The main disadvantage is that the process is slower than traditional sand casting so it is only suitable for low to medium production volumes; approximately 10 to 15,000 pieces a year. However, this makes it perfect for prototype work, because the pattern can be easily modified as it is made from plastic.

Forjando

La forja es uno de los procesos de trabajo de metales más antiguos conocidos. Tradicionalmente, la forja era realizada por un herrero usando martillo y yunque, aunque la introducción de la energía hidráulica en la producción y trabajo del hierro en el siglo XII dejó obsoletos el martillo y el yunque. La herrería o forja ha evolucionado a lo largo de los siglos para convertirse en una instalación con procesos diseñados, equipos de producción, herramientas, materias primas y productos para satisfacer las demandas de la industria moderna.

En la actualidad, la forja industrial se realiza con prensas o martillos accionados por aire comprimido, electricidad, hidráulica o vapor. Estos martillos pueden tener pesos alternativos de miles de libras. Los martillos de potencia más pequeños, con pesos alternativos de 500 lb (230 kg) o menos, y las prensas hidráulicas también son comunes en las herrerías artísticas. Algunos martillos de vapor siguen en uso, pero quedaron obsoletos con la disponibilidad de otras fuentes de energía más convenientes.

Ventajas y desventajas de la forja

La forja puede producir una pieza más resistente que una equivalente fundida o mecanizada. A medida que el metal se moldea durante el proceso de forja, su grano interno se deforma para seguir la forma general de la pieza. Como resultado, el grano es continuo en toda la pieza, lo que da lugar a una pieza con mejores características de resistencia.

Algunos metales pueden forjarse en frío, pero el hierro y el acero casi siempre se forjan en caliente. La forja en caliente evita el endurecimiento por trabajo que resultaría de la forja en frío, lo que aumentaría la dificultad de realizar operaciones de mecanizado secundarias en la pieza. Además, aunque el endurecimiento por trabajo puede ser deseable en algunas circunstancias, otros métodos de endurecimiento de la pieza, como el tratamiento térmico, suelen ser más económicos y controlables. Las aleaciones susceptibles al endurecimiento por precipitación, como la mayoría de las aleaciones de aluminio y titanio, pueden forjarse en caliente y luego endurecerse.

La forja de producción implica un gasto de capital significativo para maquinaria, herramientas, instalaciones y personal. En el caso de la forja en caliente, se requiere un horno de alta temperatura (a veces denominado fragua) para calentar lingotes o tochos. Debido a la envergadura de los grandes martillos y prensas de forja y las piezas que pueden producir, así como los peligros inherentes al trabajo con metal caliente, a menudo se requiere un edificio especial para albergar la operación. En el caso de las operaciones de forja por estampación, deben realizarse provisiones para absorber el impacto y la vibración generados por el martillo. La mayoría de las operaciones de forja utilizan matrices de conformación de metales, que deben mecanizarse con precisión y someterse a un tratamiento térmico cuidadoso para dar forma correctamente a la pieza de trabajo, así como para soportar las tremendas fuerzas involucradas.

Procesos de forja

Existen muchos tipos diferentes de procesos de forja disponibles, sin embargo, se pueden agrupar en tres clases principales:

Alargado: la longitud aumenta, la sección transversal disminuye

Molesto: la longitud disminuye, la sección transversal aumenta

Comprimido en matrices de compresión cerradas: produce flujo multidireccional

Los procesos comunes de forja incluyen: forja por rodillos, forja por estampación, forja por cogging, forja en matriz abierta, forja en matriz cerrada, forja por prensa, forja en caliente automática y forja por recalcado.