Comportamiento y solidificación: La clave para eliminar la porosidad

Al pasar al proceso de lanzamiento de inversión, es importante comprender todos los factores que influyen en el éxito de una parte. Uno de los primeros pasos para evitar la falla de la pieza es asegurarse de la solidez requerida antes de fundirla. La fundición de inversión es uno de los pocos procesos de fabricación que puede demostrar de forma preliminar el éxito de los componentes.

Sistemas de compuertas

Al diseñar una pieza de fundición de inversión, 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 sprue, y la pieza. La compuerta está idealmente situada en la sección más gruesa y pesada de la fundición, permitiendo que el metal fluya continuamente y llene la pieza por completo antes de solidificarse.

Cómo se solidifica el metal durante la fundición

La solidificación del metal es un factor clave para entender el gating. 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 contracción volumétrica. Esta contracción continúa a medida que el metal se solidifica y luego de nuevo al enfriarse hasta alcanzar la temperatura ambiente, debido a la expansión térmica.

Para ilustrar, un cubo de 1" x 1" x 1", cuando se llena de acero fundido, se encoge hasta aproximadamente 0,96" x 0,96" x 0,96" a temperatura ambiente. Este cambio volumétrico requiere una consideración cuidadosa de la geometría de la pieza y de la ubicación y tamaño de la compuerta. Un diseño adecuado garantiza que la fundición se alimente continuamente con metal líquido para compensar la contracción a medida que avanza la solidificación.

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Ubicación y tamaño de la puerta

Tras entender los conceptos básicos de la solidificación del metal, podemos empezar a determinar el tamaño y la ubicación de la compuerta. Si no se tienen en cuenta los detalles de la compuerta, la compuerta podría solidificarse antes de que el metal tenga la oportunidad de rellenar la fundición y reemplazar el volumen perdido. Esto podría crear grandes bolsillos dentro de la pieza que no están completamente rellenos, también conocido como porosidad interna. La porosidad se refiere al nivel de solidez alcanzado, es decir, si existen cavidades o agujeros dentro de la pieza. Si un componente no está cuidadosamente limitado pensando en la función de la pieza, esto podría provocar un fallo de la pieza.

Diseño de piezas

La compuerta no es el único factor determinante para eliminar la porosidad. La geometría de la pieza puede influir en la solidificación direccional del metal. El diseño debe tener en cuenta que las pendientes térmicas sean lo suficientemente pronunciadas para mantener los caminos de alimentación despejados desde la sprue hasta la pieza. Como las piezas no se solidifican todas de golpe y se enfrían de fuera hacia dentro, un diseño de calidad permitirá que el metal se enfríe primero lejos de la puerta. La forma de carámbano es el ejemplo perfecto de lanzamiento perfecto, con la punta congelándose primero y el resto del carámbano congelándose desde las secciones más pequeñas hasta la sección más gruesa (la fuente de agua).

En diseños que muestran porosidad inicial, añadir características como las costillas de alimentación puede eliminar cualquier bolsillo no deseado. El diseño de las piezas también puede mejorarse con cambios estructurales, como el estrechamiento de los suelos inferiores, para reducir la porosidad. Sin embargo, en algunos casos, las geometrías de las piezas no pueden alterarse. Podemos aprovechar el calor radiante, diseñando la puerta con brazos insignificantes que mantienen las paredes delgadas lo suficientemente calientes para alimentar la pieza, incluidas las placas finales, a medida que se solidifica.

Trabajando estrechamente con los clientes, los ingenieros de diseño de Signicast pueden comprender mejor la función de las piezas y optimizar la geometría para cumplir con los requisitos de la aplicación.

Selección de materiales de fundición

Además de las consideraciones de diseño, la elección de materiales afecta directamente a la porosidad dentro de una pieza y a la solidificación de una fundición. Cada elemento dentro de una aleación tiene diferentes temperaturas de solidificación, lo que hace que una aleación como el acero inoxidable 17-4 tenga un rango de temperatura más amplio al pasar de líquido a 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 bajo en carbono. Conociendo los requisitos de materiales desde el inicio del proyecto, los ingenieros de diseño tienen una mejor oportunidad de predecir el éxito de las piezas y limitar la porosidad antes de pasar a la fase de herramientas.

Antes de entrar en 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 compuertas y predecir la porosidad de la colada para validar el diseño. Nuestros ingenieros de diseño pueden ayudarte a hacer sugerencias útiles que resulten en piezas exitosas sin retrasar el tiempo de salida al mercado.