Activación y solidificación: la clave para eliminar la porosidad

Al recurrir al proceso de fundición a la cera perdida , es importante comprender todos los factores que intervienen en la fabricación de una pieza exitosa. Uno de los primeros pasos para evitar la falla de la pieza es garantizar la solidez requerida de una pieza antes de fundirla. La fundición a la cera perdida es uno de los pocos procesos de fabricación que puede demostrar preliminarmente el éxito de los componentes.

Sistemas de compuerta

Al diseñar una pieza de fundición a la cera perdida, se debe tener en cuenta la ubicación y el tamaño de la puerta. La compuerta es una pequeña abertura que permite que el metal fundido fluya libremente hacia la cavidad y puede considerarse como el punto de conexión entre la fuente de alimentación, o bebedero, y la pieza. La compuerta está idealmente ubicada en la sección más gruesa y pesada de la fundición, lo que permite que el metal fluya continuamente y llene la pieza en su totalidad antes de solidificarse.

Cómo se solidifica el metal durante la fundición

La solidificación del metal es un factor crítico para comprender la compuerta. A medida que el acero fundido se enfría desde su temperatura inicial de vertido de aproximadamente 3000 ° F hasta su temperatura de solidificación de aproximadamente 2500 ° F, sufre una contracción volumétrica. Esta contracción continúa a medida que el metal se solidifica y luego nuevamente a medida que se enfría a temperatura ambiente, debido a la expansión térmica.

Para ilustrar, un cubo de 1" x 1" x 1", cuando se llena con acero fundido, se encogerá a aproximadamente 0.96" x 0.96" x 0.96" a temperatura ambiente. Este cambio volumétrico requiere una cuidadosa consideración de la geometría de la pieza y la ubicación y el tamaño de la compuerta. El diseño adecuado garantiza que la fundición se alimente continuamente con metal líquido para compensar la contracción a medida que avanza la solidificación.

¿Qué hace que un elenco sea exitoso?

Ubicación y tamaño

de la puerta Después de comprender los conceptos básicos de la solidificación del metal, podemos comenzar a determinar el tamaño y la ubicación de la puerta. Si no se tienen en cuenta los detalles de la compuerta, la compuerta podría solidificarse antes de que el metal tenga la oportunidad de llenar la fundición y reemplazar el volumen perdido. Esto podría crear grandes bolsas dentro de la pieza que no están completamente llenas, también conocida como porosidad interna. La porosidad se refiere al nivel de solidez alcanzado, es decir, si hay cavidades o agujeros dentro de la pieza. Si un componente no está cuidadosamente cerrado teniendo en cuenta la función de la pieza, esto podría provocar una falla de la pieza.

Diseño de la

pieza La compuerta no es el único factor determinante para eliminar la porosidad. La geometría de la pieza puede afectar la solidificación direccional del metal. El diseño debe tener en cuenta la creación de gradientes térmicos lo suficientemente empinados como para mantener las rutas de alimentación despejadas desde el bebedero hasta la pieza. Dado que las piezas no se solidifican todas a la vez y se enfrían de afuera hacia adentro, un diseño de calidad permitirá que el metal se enfríe lejos de la puerta, primero. Una forma de carámbano es el mejor ejemplo de una fundición perfecta, con la punta congelada primero y el resto del carámbano congelado desde las secciones más pequeñas hasta la sección más gruesa (la fuente de agua).

En los diseños que muestran porosidad inicial, agregar características como nervaduras de alimentación puede eliminar cualquier bolsillo no deseado. El diseño de las piezas también se puede mejorar con cambios estructurales, como pisos inferiores cónicos, para reducir la porosidad. En algunos casos, sin embargo, las geometrías de las piezas no se pueden alterar. Podemos aprovechar el calor radiante, diseñando la puerta con brazos intrascendentes que mantienen las paredes delgadas lo suficientemente calientes como para alimentar la pieza, incluidas las placas finales, a medida que se solidifica.

Al trabajar en estrecha colaboración con los clientes, Los ingenieros de diseño de Signicast pueden comprender mejor la función de la pieza y optimizar la geometría de la pieza para cumplir con los requisitos de la aplicación.

Selección

de

materiales de fundición

Además de las consideraciones de diseño, elección del material afecta directamente la porosidad dentro de una pieza y la solidificación de una fundición. Cada elemento dentro de una aleación tiene una temperatura de solidificación diferente, lo que hace que una aleación como el acero inoxidable 17-4 tenga un rango de temperatura más amplio a medida que pasa de un líquido a un sólido debido a la cantidad de elementos dentro de la aleación. El amplio rango de temperatura inhibe el flujo, lo que lo hace menos indulgente que un acero con bajo contenido de carbono. Al conocer los requisitos de materiales en la parte delantera del proyecto, los ingenieros de diseño tienen una mejor oportunidad de predecir el éxito de la pieza y limitar la porosidad antes de pasar a la etapa de herramientas.

Antes de pasar a la producción completa con el diseño de una pieza, es importante identificar posibles problemas de porosidad. En Signicast, utilizamos software de solidificación y flujo para determinar la eficacia de las ubicaciones de las compuertas y predecir la porosidad de la fundición para validar el diseño. Nuestros ingenieros de diseño pueden ayudar a hacer sugerencias de diseño beneficiosas que darán como resultado piezas exitosas sin retrasar el tiempo de comercialización.