Guía de ingeniería sobre metales para fundición a presión y su selección.

metales de fundición a presión

El magnesio, el aluminio y el zinc son los principales metales utilizados en la fundición a presión, aunque también se emplean el bronce, el cobre y otros materiales. La fundición a presión de magnesio es ventajosa por su bajo peso y su capacidad de amortiguación de vibraciones; las aleaciones de aluminio se prefieren por su buena resistencia a la corrosión y su robustez; y el zinc se utiliza para la fundición de componentes pequeños, detallados y de paredes delgadas.

Die Casting Permite la fabricación de componentes complejos en grandes volúmenes, manteniendo la repetibilidad y la rentabilidad. Sin embargo, la fundición a presión de metales ferrosos puede resultar complicada debido a sus altos puntos de fusión, lo que provoca un rápido desgaste de las herramientas.

Los marcos electrónicos, los paneles de instrumentos, los bastidores de ruedas de automóviles y las carcasas de herramientas se fabrican mediante fundición de aleaciones de magnesio, ya que requieren poco peso y soporte estructural. La fundición de aluminio se utiliza para producir bloques de motor, carcasas de motor, disipadores de calor, carcasas de transmisión y muchos otros componentes. El zinc se funde para manijas de puertas, artículos de plomería, piezas de válvulas, componentes automotrices, etc.

Analicemos en detalle los metales para fundición a presión, explicando sus propiedades de fundición, limitaciones, aplicaciones y cómo tomar una decisión acertada al seleccionar el material para la fundición a presión.

Aleaciones de magnesio para fundición a presión 

Aleaciones de magnesio para fundición a presión

El magnesio es un metal estructural conocido por su ligereza y durabilidad. Tiene una densidad de 1.74 g/cm³, que es un 35 % más ligera que el aluminio.1Por lo tanto, las aleaciones de magnesio se utilizan en piezas metálicas de fundición a presión que requieren una alta relación rigidez-peso y amortiguación de vibraciones. 

Sus bajos puntos de fusión y buena fluidez hacen que las aleaciones de magnesio sean fáciles de fundir, pero su reactividad con el oxígeno requiere un estricto control del proceso. 

Magnesio AZ91D

AZ91D es el aleación más común in fundición a presión de magnesio, que se compone de ~ 90 % de Mg, entre 8.3 y 9.7 % de aluminio, hasta un 1 % de zinc, junto con otros metales (Mn, Si, Cu) en cantidades menores. 

El método de fundición a presión en cámara caliente es adecuado para la aleación AZ91D. Presenta una baja tendencia al agrietamiento en caliente y ofrece un ciclo de producción rápido. Además, las piezas fundidas de AZ91D son más resistentes a la corrosión que las de otras aleaciones de magnesio.

Aplicaciones: Carcasas de transmisión para automóviles, tapas de levas, soportes de columna de dirección, carcasas para portátiles, marcos internos para teléfonos inteligentes.

Magnesio AM60

La principal diferencia entre AM60 y AZ1D es el contenido de aluminio. Contiene <6% de aluminio, que se usa comúnmente en HPDC, y también se puede procesar mediante fundición a presión para cumplir con requisitos de rendimiento específicos.2El menor contenido de aluminio mejora la ductilidad, la resistencia al impacto y la elongación.

Aplicaciones: Vigas IP, armazones de asientos de automóviles, paneles de instrumentos y estructuras interiores de automóviles.

Aleaciones de magnesio especializadas 

Otras aleaciones de magnesio para fundición a presión incluyen: AS41B, AE42 y ZK60A. Algunos de estos materiales contienen elementos de tierras raras y están diseñados para un rendimiento específico. Por ejemplo, el AE42 contiene cerio, neodimio y lantano en pequeñas cantidades (aproximadamente entre un 2 % y un 2.5 %). Como resultado, la resistencia a la temperatura y la resistencia a la fluencia aumentan significativamente. 

Aplicaciones: Piezas del motor AS41, componentes de la transmisión automática, soporte del motor delantero, carcasas de frenos de aeronaves y piezas del tren de aterrizaje, y estructuras de misiles.

Aleaciones de fundición a presión de aluminio

Aleaciones de aluminio para fundición a presión

Las aleaciones de aluminio se encuentran entre las metales ligeros para fundición a presión, ofreciendo resistencia, conductividad, resistencia a la corrosión y buen blindaje EMI y RFI. Aunque sus aleaciones tienen un punto de fusión relativamente más alto (~ 660 ° C) que los de Mg y Zn, los componentes complejos se pueden fundir utilizando la técnica de fundición en cámara fría. 

Cuando el aluminio fundido fluye hacia el molde y se solidifica, se forman estructuras dendríticas que mejoran la resistencia y la ductilidad de las piezas fundidas.

A continuación, analicemos las aleaciones comunes de fundición de aluminio bajo ASTM, EN AC y JIS normas

• ASTM:A380, A360, A383 
• EN AC: CA 46100, CA 46500
• JIS: ADC 10 y ADC 12 

Aluminio 380 (A380)

La aleación A380 es una aleación de aluminio de fundición de uso general que ofrece un equilibrio entre capacidad de fundición, resistencia y ductilidad, además de una excelente resistencia a la corrosión, al desgaste y a la soldabilidad. Es una buena opción para la fundición de componentes de precisión destinados a entornos exigentes.

Aplicaciones: Carcasas de herramientas eléctricas, carcasas electrónicas, cajas de cambios, soportes y fijaciones de motores y piezas de electrodomésticos.

Aluminio 360 (A360)

El mayor contenido de silicio y el bajo contenido de cobre en la composición de la aleación A360 mejoran la fluidez y reducen la fragilidad en caliente. Ofrece resistencia a la corrosión en exteriores y entornos marinos. Sin embargo, la aleación A360 es más costosa que la aleación A380. Además, la aleación A360 permite la fundición de piezas complejas de paredes delgadas, menos propensas a la fisuración en caliente.

Aplicaciones: Carcasas para sistemas hidráulicos, herrajes marinos, componentes de suspensión y colectores para automoción, válvulas para procesamiento químico y carcasas para equipos de radar.

Aluminio 413 (A 413)

El aluminio 413 contiene un mayor contenido de silicio (aproximadamente un 12 %) que el A380 y el A360. Ofrece la mejor fluidez y llenado del molde, lo que lo hace ideal para la fundición de piezas mecánicas que requieren estanqueidad a la presión y paredes ultrafinas. Sin embargo, su resistencia mecánica se ve comprometida. 

Aplicaciones: Cilindros hidráulicos, componentes neumáticos, recipientes a presión, disipadores de calor de alto rendimiento, carcasas compactas y equipos para el procesamiento de alimentos. 

Aluminio 383 (A 383)

El aluminio A 383 contiene entre un 9.5 % y un 11.5 % de Si, entre un 2 % y un 3 % de Cu y hasta un 1.3 % de Fe, además de otros elementos de aleación en pequeñas cantidades. Ofrece una excelente capacidad de llenado de moldes, resistencia al agrietamiento en caliente, estabilidad dimensional y mayor resistencia a la corrosión que el A380. Se puede utilizar para la fundición de piezas con una elevada relación longitud-espesor.

Aplicaciones: Carcasas para equipos electrónicos y de comunicación, soportes para automóviles, tapas de culatas, carcasas para sensores y piezas fundidas industriales de uso general.

AC 46100

La fundición AC 46100 ofrece un equilibrio entre dureza, resistencia y soldabilidad. Su composición incluye aproximadamente un 12 % de silicio y entre un 1.5 % y un 2.5 % de cobre como principales elementos de aleación. Se utiliza en la fabricación de maquinaria automotriz e industrial. 

Los puntos de fusión más bajos favorecen ciclos de fundición más cortos, pero no son adecuados para condiciones corrosivas y de alta temperatura, especialmente por encima de los 200 °C. 

Aplicaciones: Componentes del sistema de propulsión, culatas de cilindros de motor y conductos de fluidos industriales.

AC 46500

Esta aleación de aluminio estándar europea es similar al A380 y se utiliza habitualmente para la fundición a presión de piezas resistentes y ligeras, incluyendo componentes aeroespaciales y eléctricos.

ADC 10 

ADC se refiere a la fundición a presión de aluminio, y ADC 10 es muy popular en las industrias manufactureras de toda Asia. Se considera un equivalente cercano al A380 (ASTM) y al AC-46500 (EN AC) estándares [3El ADC contiene hasta un 9.5 % de silicio y proporciona propiedades mecánicas equilibradas, resistencia estructural y maquinabilidad.

ADC 12 

ADC 12 (prácticamente equivalente a A 383Tiene un contenido de silicio ligeramente superior (hasta un 12 %). Posee un punto de fusión más alto y mayor resistencia al agrietamiento. Esta aleación se puede utilizar para la fundición de piezas complejas y de paredes delgadas. 

El ADC 12 es una mejor opción cuando se necesita una resistencia ligeramente mayor, mientras que el ADC 10 ofrece un rendimiento superior en el llenado fino de chips.

Aleaciones de fundición a presión de zinc 

Piezas de fundición a presión de zinc

El zinc es otro metal de bajo punto de fusión (420 ° C) con alta fluidez en estado fundido, lo que permite darle forma en geometrías complejas mediante fundición a presión. Las aleaciones de zinc, incluidas Zamak 2, 3, 5 y 7, se utilizan para producir componentes industriales, que requieren un equilibrio entre resistencia, tenacidad y conductividad. Sin embargo, las aleaciones de zinc se consideran metales de fundición a presión de baja dureza (ρ = 6.6–7.0 g/cm³) y no pueden conservar sus propiedades mecánicas originales por encima de 100 ° C. 

zamak 2 

La aleación Zamak 2 se compone de un 3.7-4.3 % de Al y un 2.7-3.3 % de Cu como elementos de aleación principales, junto con Mg, Fe y otros elementos en cantidades menores. Presenta alta resistencia, ductilidad, buena dureza y elongación. Sin embargo, su fragilidad y contracción a largo plazo se ven comprometidas.

Aplicaciones: Piezas pequeñas y detalladas con un acabado y precisión excelentes, como engranajes pequeños, levas, tapas de motor, prototipos de matrices de estampado, insertos de herramientas, accesorios de iluminación y componentes de herramientas manuales. 

zamak 3 

La principal diferencia con el Zamak 2 radica en que el Zamak 3 contiene un menor contenido de cobre (Cu ≤0.25%), lo que modifica su comportamiento a largo plazo. El Zamak 3 es una aleación de referencia en la industria que ofrece estabilidad dimensional, excelente fluidez en la fundición, fácil acabado y un menor costo.

Aplicaciones: Carcasas para electrodomésticos, herrajes de montaje, ventiladores de techo, artículos decorativos, piezas de fontanería y piezas eléctricas.

zamak 4 

Zamak 4 es una aleación de fundición a presión de zinc de transición para Zamak 3 y 5, que contiene una pequeña cantidad de cobre (~0.3 a 0.5%) [4Mantiene la ductilidad y mejora ligeramente la dureza, sin sacrificar la resistencia. Además, el Zamak 4 presenta un menor riesgo de adherencia del molde que el Zamak 3.

Aplicaciones: Herrajes para ropa, mecanismos de cierre para ventanas, pequeños interruptores eléctricos y herrajes decorativos. 

zamak 5 

La composición del Zamak 5 incluye aproximadamente un 4 % de aluminio, un 1 % de cobre y hasta un 0.08 % de manganeso, además de otros elementos de aleación en menor proporción. Es versátil y ofrece mayor resistencia a la tracción y dureza que el Zamak 3, aunque su fluidez en la fundición es ligeramente inferior. 

Aplicaciones: Engranajes, mecanismos de cinturones de seguridad para automóviles, bisagras y soportes, pestillos de palanca y conectores eléctricos.

zamak 7

El Zamak 7 es una aleación con un estricto control de impurezas, compuesta por un 3.5-4.3 % de Al, un 0.1 % de Cu, menos del 0.02 % de Mg y una pequeña cantidad de Níquel. Ofrece alta resistencia mecánica, baja porosidad y la máxima fluidez. El Zamak 7 permite la fundición de componentes complejos de paredes delgadas con una precisión excepcional.

Aplicaciones: Carcasas electrónicas, chasis para teléfonos inteligentes, carcasas SFP y QSFP, biseles para relojes, accesorios para conductos eléctricos y válvulas neumáticas en miniatura.

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Otros metales para fundición a presión

Fundición a presión de latón

Además del zinc, el aluminio y el magnesio, existen otras aleaciones que pueden utilizarse para la fundición a presión, como el latón, el bronce, las aleaciones de plomo y las de estaño. Sin embargo, son menos comunes en la fabricación mediante fundición a presión. 

Aleaciones de cobre (latón y bronce)

El latón contiene entre un 60 y un 85 % de cobre y zinc como principales elementos de aleación. También se puede fundir silicio y bronce de manganeso.

Aleaciones de plomo

Estos materiales están formulados con estaño y antimonio como principales elementos de aleación, y pueden fundirse para crear componentes con detalles finos, como componentes de protección contra la radiación, artículos decorativos e insertos amortiguadores de sonido.

Aleaciones de estaño

Las aleaciones a base de estaño se encuentran entre los metales de fundición a presión de bajo punto de fusión y permiten obtener detalles y acabados finos. Por ejemplo, en la fabricación de objetos decorativos y ornamentos.

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¿Cómo elegir el metal de fundición a presión adecuado para mi proyecto?

Comparación de metales para fundición a presión

La aleación o metal adecuado para la fundición a presión depende principalmente de la pieza o producto que se esté fabricando y de los requisitos finales. El punto de fusión, la capacidad de fundición y las herramientas utilizadas también influyen significativamente en la selección del material.

Analicemos los aspectos clave a tener en cuenta para seleccionar el metal de fundición a presión adecuado para su proyecto. 

1. Identifique sus requisitos

En primer lugar, defina las características de la pieza o producto que va a fundir. Estas incluyen el peso, la resistencia mecánica, la elongación, la tenacidad, la dureza y la conductividad eléctrica y térmica. 

2. Condiciones de funcionamiento

Tenga en cuenta las condiciones de funcionamiento en las que se utilizarán las piezas fundidas a presión, como la exposición térmica, la humedad, los entornos corrosivos y las cargas pesadas. 

3. Evaluar la complejidad del diseño

Evalúe la complejidad de la pieza, incluyendo el espesor de la pared, las esquinas afiladas, las cavidades, las transiciones de pared y las tolerancias. Algunas aleaciones tienen una excelente fluidez y pueden fundirse en formas complejas con detalles finos.

4. Herramientas y método de fundición a presión

Considerar las herramientas ayuda a determinar si el metal elegido es compatible con el material del molde y cuántos ciclos puede soportar. Además, es necesario tener en cuenta si se dispone de equipos de fundición a presión de cámara fría o caliente, y de baja o alta presión.

5. Costo de materiales

¿Su presupuesto justifica el costo de la materia prima del metal que ha seleccionado? A menudo, también influye el volumen de producción. Puede analizar los precios unitarios de los materiales preseleccionados. 

6. Requisitos de acabado y postprocesamiento 

Considere el acabado en estado de fundición y los requisitos de postprocesamiento. Las aleaciones de aluminio pueden necesitar cromado u otro recubrimiento para condiciones propensas a la corrosión, mientras que el cobre puede proporcionar mayor resistencia sin recubrimiento secundario.

A continuación, puede utilizar el siguiente diagrama de flujo como referencia básica al seleccionar el material de fundición a presión.

Selección de metales para fundición a presión

El diagrama de flujo de decisiones anterior sirve de referencia para seleccionar un metal para fundición a presión, priorizando los requisitos de las piezas.

• Si el peso es crítico (paredes delgadas, la masa mínima es lo más importante) → Magnesio
• Piezas de gran volumen con alta precisión → zinc o aleaciones ZA
• Si la resistencia al desgaste, la dureza o la conductividad eléctrica/térmica son prioridades→ Cobre o aleaciones de Cu. 
• De lo contrario (Opción predeterminada) → Aleaciones de aluminio

Envíe su diseño de fundición a presión para obtener un presupuesto revisado por un ingeniero. 

El éxito de su proyecto de fundición a presión depende en gran medida de que el material seleccionado sea el más adecuado para las piezas diseñadas y los requisitos finales. Por ello, en ProleanTech no solo fabricamos piezas listas para usar o para ensamblar, sino que nuestros ingenieros también le asesoran en la selección del material. 

Para la fundición a presión, contamos con una línea de producción propia y un centro de control de calidad. servicio de fundición a presión Se encarga de todo, desde la fabricación de las herramientas hasta el procesamiento posterior a la fundición y los tratamientos de superficie. 

Si ya tiene su diseño listo, suba su archivo CAD y obtenga un presupuesto revisado por un ingeniero con comentarios sobre el diseño para la fabricación (DFM).