La fundición de metales en la fabricación moderna tiene una importancia imperativa en la talla de elementos de la industria aeroespacial, equipos de material industrial y productos de consumo. Los dos procesos de fundición más comunes son la fundición a presión y la fundición a presión. Ambas técnicas producen piezas de gran calidad y precisión, pero la diferencia radica en la rentabilidad y el rendimiento de cada una de ellas.

Para los responsables de compras, la decisión entre la fundición a presión y la fundición en coquilla requiere un conocimiento aparente de cómo funciona la fundición a presión, qué ventajas ofrece y en qué casos es ineficiente. Este blog tratará los aspectos básicos de la fundición en coquilla y la fundición a presión, así como sus consideraciones de costes y principales diferencias, con vistas a ayudar a los responsables de la toma de decisiones a ver el proceso más adecuado.

Cómo funcionan ambos

Cómo funciona Squeeze Casting

La fundición a presión o forja de metal líquido es un proceso híbrido que fusiona las características de la fundición y la forja. Comienza con el vertido de metal fundido en una matriz precalentada. El metal se introduce en la matriz y se produce una alta presión cuando el metal se solidifica mediante el uso de una prensa hidráulica. Esta tensión elimina la porosidad del gas, logra una unión metalúrgica superior y produce una fundición de mayor densidad y resistencia que los procesos tradicionales.

Cómo funciona la fundición a presión

El proceso de fundición a presión es un proceso de fundición relativamente popular que se lleva a cabo en la producción en serie. En este proceso, el metal fundido se vierte a gran velocidad y fuerza en un orificio de un molde de acero (denominado matriz). La matriz se mecaniza con precisión y es reutilizable, por lo que la fundición a presión resulta rentable en la producción de grandes volúmenes.

Características principales de la fundición en coquilla y la fundición a presión

Fundición a presión

Fundición a presión La fundición a presión es un método rápido y eficaz de utilizar metal fundido a alta presión forzado en un molde de acero. Es perfecto en la producción de grandes volúmenes, y el proceso tiene un acabado superficial elevado, tolerancias más estrictas y puede fabricar productos de formas complejas con paredes finas. No obstante, el alto índice de estas últimas provocado por la rapidez. Cuando las piezas fundidas a presión se someten a inyección, puede producirse porosidad en ellas, lo que se traduce en una deficiente integridad estructural y capacidad para ser soldadas.

Squeeze casting

Por otro lado, la fundición a presión es un proceso intermedio entre la fundición y la forja. Para llevarla a cabo, el metal fundido se vierte en una matriz precalentada y posteriormente se solidifica a una presión de moderada a alta. De este modo se elimina la mayor parte de las perlas de gas de la fundición a presión convencional, lo que da lugar a productos que poseen mayor densidad, menor porosidad y mayor resistencia mecánica. El proceso es más adecuado para piezas que necesitan una integridad estructural superior, pero se produce más lentamente que otros procesos, entre los que se incluyen la industria automovilística, aeroespacial y de maquinaria pesada. Ambas tecnologías dan un resultado bueno y favorable, pero en función del volumen de producción, el rendimiento y lo que se necesite materialmente, la tecnología utilizada también es una opción.

Implicaciones económicas

El precio de los procesos de fundición es una consideración primordial a la hora de elegir un proceso de fundición. La inversión inicial en matrices y equipos es similar tanto en la fundición a presión como en la fundición a presión, pero los costes de mantenimiento son diferentes.

Costes de fundición

• Más gasto por pieza último resultado: menor velocidad de producción.
• Reducción del coste de mecanizado, ya que las piezas tienden a presentar un mejor acabado superficial y una mayor resistencia.
• Más rentable para volúmenes de producción moderados, en los que se prima la resistencia en detrimento de la cantidad.

Costes de fundición a presión

• Dado inicial caro/Coste de herramientas.
• La recompensa obvia es el bajo coste por pieza en tiradas de gran volumen gracias a los tiempos de ciclo más cortos.
• Cuando la demanda es alta y se pueden fabricar piezas SWE en grandes lotes.

En pocas palabras, la fundición a presión proporciona la calidad y el rendimiento que ofrece la fundición a presión a un nivel de producción rentable.

Tendencias futuras en las tecnologías de fundición a presión y fundición inyectada

La búsqueda de soluciones eficientes que mejoren su calidad y sostenibilidad está transformando rápidamente la industria de la fundición a medida que los fabricantes tratan de hacer avanzar el sector en direcciones ecológicas. Se espera que en los próximos años se produzcan mejoras espectaculares tanto en la fundición a presión como en la fundición a presión.

Tendencias clave en Squeeze Casting

• La automatización y la robótica utilizadas para mejorar la coherencia reducirán la duración de los ciclos y los costes de mano de obra.
• Desarrollo de aleaciones avanzadas que permiten un uso más amplio de materiales de alto rendimiento mediante fundición por compresión.
• Diseño avanzado de matrices y simulación informática para predecir con mayor exactitud la solidificación del flujo de metal y el control de los defectos.
• Dar prioridad a la producción ligera para satisfacer la necesidad de las industrias que se esfuerzan por conseguir un menor peso total de los componentes, y no a expensas de la fuerza.

Tendencias clave en la fundición a presión

• Mejoras en el proceso de fundición a alta presión para disminuir la porosidad y mejorar la integridad de la pieza, como el uso de una fundición a presión asistida por vacío.
• Nuevos materiales y recubrimientos de matrices para prolongar la vida útil de los moldes y reducir los costes de mantenimiento
• El concepto de gemelos digitales y la aplicación de la Industria 4.0 para que ahora sea posible supervisar y optimizar el proceso en tiempo real.
• Prácticas de producción sostenibles, como hornos de bajo consumo y programas de reciclaje para reducir los efectos medioambientales.

El futuro de la fundición a presión y la fundición inyectada se decidirá en función de las prestaciones y los costes. La fundición a presión seguirá siendo líder en aplicaciones de resistencia y durabilidad y la fundición a presión seguirá siendo la opción preferida en piezas de precisión de gran volumen. Con ambos procesos viendo aumentar los materiales de automatización y la digitalización, se espera que el valor generado aumente con el tiempo en las distintas industrias.

Diferencias clave entre la fundición a presión y la fundición a presión

Para entender claramente la distinción, he aquí las principales diferencias:

Proceso

  En lugar de solidificar la pieza, la fundición a presión aplica presión durante la solidificación para exprimir el metal fundido y disminuir la porosidad, lo que crea componentes más densos y resistentes. La fundición a presión tiene la capacidad de garantizar la precisión dimensional y es adecuada para la producción a gran escala, en la que el metal fundido se introduce en la cavidad de moldeo a gran velocidad mediante el método de inyección a alta presión.

Propiedades mecánicas

La porosidad del gas debida a la presión ejercida durante la solidificación también hace que las piezas de fundición a presión sean más densas y resistentes, ya que la microestructura se refina, mejorando en última instancia las propiedades mecánicas generales, como la resistencia a la tracción, la resistencia a la fatiga y la durabilidad, en comparación con las piezas de fundición a presión convencionales.

Velocidad de producción

La fundición en coquilla es mucho más rápida, ya que el metal fundido se inyecta en la coquilla a alta presión y se solidifica rápidamente, por lo que resulta muy eficaz cuando se requiere una elevada producción en un momento dado y se necesita un volumen considerable del mismo componente en un plazo menor, como en el caso del proceso más lento de la fundición a presión.

Acabado superficial

Tanto la fundición en coquilla como la fundición en coquilla pueden conseguir la misma precisión de acabado, pero la fundición en coquilla es más probable que proporcione piezas con acabados más finos que normalmente estarán sujetas a poco o ningún mecanizado secundario, mientras que la fundición en coquilla puede producir piezas de una calidad superficial igualmente alta, que aún pueden ser propensas a un exceso de rebabas o finas hebras de material a lo largo de las líneas de separación que requerirán operaciones adicionales de recorte y acabado secundario.

Aplicaciones

La fundición a presión es más adecuada para artículos en los que la solidez es fundamental y en los que la durabilidad y la resistencia a las tensiones mecánicas son primordiales, por ejemplo, en aplicaciones con cargas pesadas o tensiones elevadas, mientras que la fundición a presión puede ser más económica en un contexto de fabricación de grandes volúmenes en el que la precisión dimensional, el ahorro de peso y el diseño en coste son primordiales.

Eficiencia de costes

La fundición a presión es más adecuada para artículos en los que la solidez es fundamental y en los que la durabilidad y la resistencia a las tensiones mecánicas son primordiales, por ejemplo, en aplicaciones con cargas pesadas o tensiones elevadas, mientras que la fundición a presión puede ser más económica en un contexto de fabricación de grandes volúmenes en el que la precisión dimensional, el ahorro de peso y el diseño en coste son primordiales.

Duración del ciclo

Los tiempos de ciclo en la fundición a alta presión son increíblemente cortos debido a que el metal fundido inyectado se solidifica muy rápidamente en el interior de la matriz, lo que la convierte en el proceso más eficaz cuando las principales prioridades son una gran producción y un plazo de entrega rápido. En comparación, la fundición a presión tiene ciclos más largos porque hay que aplicar presión durante la solidificación para erradicar la porosidad y perfeccionar la microestructura. Esto puede ralentizar el ritmo de producción, pero proporciona unas propiedades de material más elevadas y una mayor resistencia de las piezas que pueden compensar la reducción de la velocidad de producción en función de las especificaciones del proyecto.

Fundición a presión y fundición inyectada en los costes iniciales de instalación

El coste inicial de preparación es uno de los aspectos que el responsable de la toma de decisiones debe tener en cuenta al comparar la fundición a presión y la fundición en coquilla. También incluye los costes de adquisición del equipo de diseño de la matriz y la preparación del utillaje antes de la producción.

Costes iniciales de preparación en Squeeze Casting

• El precio del utillaje es comparativamente inferior al de la fundición a presión, ya que el proceso funciona con menos presión y a bajas velocidades de inyección.
• Necesita prensas hidráulicas especiales para ejercer presión durante la solidificación, lo que contribuye al coste del equipo.
• La vida útil debería ser generalmente más larga en términos de reducción del choque térmico en el proceso de fundición a presión en comparación con la fundición a alta presión, lo que ayuda a compensar la inversión inicial a largo plazo.
• Más económico en aplicaciones de volumen medio en las que las elevadas propiedades mecánicas compensan el coste inicial.

Costes iniciales en la fundición a presión

• Los costes de utillaje y diseño de moldes son elevados porque se requieren matrices de precisión diseñadas para soportar inyecciones repetidas a alta presión.
• Necesita máquinas avanzadas de fundición a presión que puedan soportar grandes velocidades y presiones de inyección.
• Menor vida útil de la matriz en comparación con la fundición a presión debido a la elevada exposición térmica y mecánica.
• Sólo puede ser rentable cuando los volúmenes producidos son grandes y el coste inicial se reparte entre numerosas piezas.

Elegir entre fundición inyectada y fundición a presión

La siguiente tabla resume las consideraciones a tener en cuenta a la hora de elegir entre la fundición en coquilla y la fundición a presión:

Ventajas y desventajas de Squeeze

Ventajas de Squeeze Casting

• Moldea piezas más densas y resistentes y poco porosas.
• Tiene una excelente resistencia mecánica y límite, alta tolerancia a la tracción y a la fatiga.
• Ofrece componentes de forma casi neta que permiten menos segundos mecanizados.
• Aplicable en aplicaciones de volumen medio cuando la calidad y la fiabilidad son importantes.

Desventajas del moldeo por compresión

• Ciclo de producción menos rápido que la fundición a presión.
• El coste por pieza aumenta debido al incremento de la solidificación.
• Poca funcionalidad en fábricas extremadamente grandes.
• También exige una gran precisión del proceso y equipos especiales.

Ventajas de la fundición a presión

• Métodos de producción muy rápidos y adecuados para la fabricación en serie.
• Excelente precisión dimensional, acabado superficial de primera calidad.
• Rentable en la producción a granel por su bajo precio unitario.
• Capaz de fabricar tanto productos de geometría intrincada como de paredes finas.

Desventajas de la fundición a presión

• Otras piezas pueden presentar porosidad que disminuye su resistencia y durabilidad.
• Costes considerables de creación de herramientas y moldes.
• No tan apropiado para usos que exijan elevadas propiedades mecánicas.
• En su mayor parte necesita ser cortado y más acabado.

Explicación de los conceptos erróneos más comunes sobre la fundición a presión y la fundición inyectada

Cuando la gente compara la fundición a presión y la fundición a presión surgen varias falacias debido al solapamiento de usos y al desconocimiento general de los procesos. La disipación de estos mitos ayudará a los responsables de compras y a los ingenieros a tomar decisiones con conocimiento de causa.

Error 1: Ambos procesos producen la misma calidad

La realidad: Aunque dan piezas bien refinadas y precisas, las propiedades mecánicas son diferentes. Con la fundición a presión se obtiene un componente más denso y resistente con una porosidad mínima, mientras que la fundición a presión puede contener microporosidades que reducen la resistencia, pero ofrecen una precisión dimensional y un acabado superficial excelentes.

Error 2: La fundición a presión es una versión más lenta de la fundición a presión

La realidad: La fundición a presión no es simplemente una fundición a presión más lenta. Es un proceso intermedio que tiene las propiedades de la fundición y las de la forja. La presión utilizada en la solidificación mejora la unión metalúrgica que, de otro modo, no se conseguiría con un proceso de fundición a presión.

Error 3: La fundición a presión es siempre la opción más barata

La realidad: El proceso puede resultar más barato en volúmenes elevados debido a la reducción de la duración de los ciclos y a la reutilización de los moldes. No obstante, la eliminación de las rebabas permite que la fundición a presión resulte más económica en series intermedias, en las que la ventaja de la resistencia y la eliminación del mecanizado secundario pueden hacer que el coste total de propiedad sea realmente más barato que la fundición.

Error 4: Ambos procesos sirven para cualquier material

La realidad: La selección del material es imperativa. La fundición a presión se emplea normalmente con aleaciones no ferrosas como el aluminio, el magnesio y el cobre. zinc mientras que la fundición a presión se favorecería cuando una aleación más fuerte basada en aluminio o cobre es obligatorio.

Error 5: La calidad del acabado superficial es idéntica

La realidad: Aunque la fundición a presión proporciona un acabado superficial muy bueno, las piezas requieren recorte y tratamiento posterior. El otro proceso, la fundición a presión, puede producir piezas de forma casi neta que requieren un acabado mínimo debido a la presión de solidificación impuesta.

Fundición a presión y fundición inyectada en consumo de energía y eficiencia

El consumo de energía y la eficiencia energética son criterios importantes a la hora de elegir un proceso de fundición. Tanto la fundición en coquilla como la fundición en coquilla son procesos que consumen mucha energía, pero la forma de consumo de energía y la eficiencia energética también son diferentes.

Consumo de energía en la fundición a presión

• No tienen un gran requerimiento de energía ya que no utilizan turbulencias al utilizar presiones de inyección muy altas.
• Tiene que utilizar una prensa hidráulica para mantener la presión durante la solidificación, lo que consume más energía por ciclo.
• Los mayores tiempos de ciclo se traducen en una mayor energía por pieza utilizada que en la fundición a presión.
• Independientemente de su mayor consumo de energía por pieza, el proceso produce unas propiedades del material lo suficientemente superiores como para eliminar potencialmente la necesidad de un segundo tratamiento o repasado.

Consumo de energía en la fundición a presión

• Se necesitan grandes cantidades de energía para mantener el metal fundido a temperatura e introducirlo en un medio de inyección a gran velocidad y presión.
• La fundición a presión es extremadamente eficaz en la producción en serie debido a los tiempos de ciclo más cortos y a la rápida velocidad de solidificación.
• Cuando el volumen de producción es alto, el coste energético por pieza sería bajo.
• Tiene la ventaja de que se puede reprocesar (reciclar) automáticamente, lo que aumenta la eficacia general en la práctica a gran escala.

Comparación de la eficiencia

• Squeeze Casting: No es tan eficiente energéticamente por unidad porque sus tiempos de ciclo son más largos, pero contrarresta este aspecto suministrando piezas más resistentes que requieren un postprocesado mínimo.
• Fundición a presión: La fundición a presión consume más energía por ciclo, pero el proceso suele ser muy eficaz debido a los grandes volúmenes de producción, ya que el coste y la energía necesarios por pieza se reparten entre miles de piezas.

Conclusión

La fundición a presión y la fundición a presión son prácticas muy importantes en la producción contemporánea de metales. La fundición a presión es ideal cuando la densidad de resistencia y la fiabilidad son más importantes, mientras que la fundición a presión se utiliza mejor cuando se necesitan grandes volúmenes de piezas ajustadas de menor coste. Para los diseñadores de productos y los ingenieros de fabricación en la fase inicial, la decisión depende de las necesidades del proyecto. Si lo que interesa es la durabilidad y el rendimiento mecánico, la fundición a presión le dará ventaja. Cuando la velocidad de escala rápida y la rentabilidad de la fundición a presión son una consideración primordial, entonces la fundición a presión es la alternativa inflexible comparada. El conocimiento de las diferencias entre estos dos procesos ayudará a los responsables de la toma de decisiones a adaptar su estrategia de fabricación a los requisitos de rendimiento, volumen de producción y restricciones presupuestarias.