Las piezas fundidas de paredes delgadas se definen generalmente como aquellas con espesores de pared inferiores a 3 mm para aleaciones ferrosas y a 2 mm para aleaciones no ferrosas (por ejemplo, aluminio, magnesio). La relación entre la superficie y el volumen es elevada, lo que provoca una rápida pérdida de calor. A diferencia de las secciones gruesas, donde la cavidad del molde se llena con facilidad, las secciones delgadas requieren un control preciso de la fluidez, la velocidad de llenado y el comportamiento de solidificación. Para lograr una producción exitosa es necesario adoptar un enfoque integral que abarque la selección de la aleación, el diseño de los moldes y la optimización del proceso.
1. Principales desafíos en la fundición de paredes delgadas
Defectos por falta de llenado (llenado incompleto): El metal fundido se solidifica antes de llenar completamente la cavidad, especialmente en las extremidades o en las nervaduras finas.
Cierre frío: Dos frentes de flujo se encuentran pero no se fusionan adecuadamente debido a la baja temperatura, generando un defecto lineal.
Porosidad por gases y turbulencia superficial: Las altas velocidades de llenado pueden provocar la captura de aire, mientras que una ventilación insuficiente produce contrapresión.
Fisuración caliente y deformación: Las secciones delgadas se enfrian y contraen más rápidamente que las secciones adyacentes más gruesas, lo que genera tensiones de tracción y grietas.
Erosión del molde: El flujo metálico a alta velocidad puede erosionar los núcleos de arena o las superficies del molde en las puertas finas.
2. Consideraciones de diseño
2.1 Uniformidad del espesor de la pared
Evite cambios bruscos en el espesor de la pared. Las transiciones graduales reducen las tensiones térmicas y los puntos calientes. Si resulta inevitable una variación, incorpore radios de redondeo (con radio ≥ 0,5 × espesor) para mejorar el flujo y disminuir la concentración de tensiones.
2.2 Espesor mínimo práctico de la pared
El espesor mínimo depende de la fluidez de la aleación:
- Aleaciones de magnesio: 0,8–2 mm
- Aleaciones de aluminio: 1,2–8 mm
- Aleaciones de zinc: 0,5–0 mm (fundición en cámara caliente)
- Aleaciones de cobre: 2,0–0 mm
- Hierro gris: 3,0–0 mm (fundición en arena)
Por debajo de estos límites, las tasas de falta de llenado aumentan drásticamente.
2.3 Aletas y refuerzos
Añada pequeñas nervaduras o ondulaciones para incrementar la rigidez sin aumentar el espesor nominal de la pared. Estas características también guían el flujo y reducen la deformación por torsión.
3. Consideraciones sobre parámetros del proceso
| Parámetro | Recomendación para paredes delgadas |
| Temperatura de colada | Eleve la temperatura entre 30 y 50 °C por encima de la normal para prolongar la fluidez, pero evite una captación excesiva de gases. |
| Temperatura del molde | Precalentar los moldes (por ejemplo, los troqueles de fundición a presión a 200–300 °C) para ralentizar el enfriamiento. |
| Tiempo de llenado | Minimizar – llenar la cavidad en <0,1 segundos para piezas pequeñas de fundición a presión; para piezas de fundición en arena, utilizar una alta presión de cabeza. |
| Ventilación | Aumentar el área de ventilación y el número de orificios de escape para liberar el aire atrapado. |
| Ubicación de la entrada | Colocar las puertas de entrada en la sección más gruesa y dirigir el flujo hacia las áreas delgadas; evitar múltiples puertas que puedan provocar cortocircuitos térmicos. |
4. Selección de aleación
Utilizar aleaciones con un rango estrecho de solidificación (por ejemplo, composiciones eutécticas o casi eutécticas) para reducir la formación de grietas por calor. En el caso del aluminio, la A356 (Al-Si-Mg) ofrece buena fluidez y resistencia a las fisuras. Para el magnesio, la AZ91D es ampliamente utilizada en piezas finas obtenidas por fundición a presión. Evitar aleaciones con un largo rango de solidificación (como algunas aleaciones de latón) en secciones extremadamente delgadas.
5. Tecnología de moldes y núcleos
- Fundición en arena: Utilizar arena más fina (AFS 55–65) junto con aglutinantes de baja generación de gases para mejorar el acabado superficial y reducir la fricción. Emplear enfriadores cerca de las secciones delgadas para lograr una solidificación direccional.
- Fundición a presión (alta presión): Las paredes delgadas se benefician de una alta velocidad de inyección (3–5 m/s) y una elevada presión (80–120 MPa). Aplicar asistencia de vacío para eliminar la porosidad.
- Fundición de inversión: Usar una capa primaria más delgada para una mejor reproducción de detalles; controlar la temperatura de la cáscara para evitar un enfriamiento prematuro.
6. Consideraciones posteriores a la fundición
Las piezas fundidas de paredes delgadas son propensas a deformarse durante el desmoldeo, el recorte y el tratamiento térmico.
- Enfriamiento: Permitir un enfriamiento uniforme dentro del molde o sobre un soporte de enfriamiento para prevenir deformaciones.
- Tratamiento térmico: Utilizar un temple controlado (por ejemplo, con agua caliente o mediante templado con polímeros) en lugar de agua fría para minimizar las deformaciones.
- Manipulación: Sostener las secciones delgadas durante el acabado (rectificado, recorte) para evitar dobladuras o roturas.
7. Lista de verificación para la prevención de defectos
✓ Verificar la simulación del llenado del molde (por ejemplo, utilizando MAGMA, ProCAST) para identificar posibles zonas de falta de llenado.
✓ Aumentar simultáneamente la temperatura de colada y la temperatura del molde.
✓ Utilizar pozos de desbordamiento o respiraderos en las extremidades más alejadas de paredes finas.
✓ Aplicar un recubrimiento protector sobre los moldes de arena para reducir la fricción y la pérdida de calor.
✓ Para la fundición a presión de alta presión, reducir el espesor del biscocho para mantener la transmisión de la presión.
✓ Inspeccionar las primeras muestras mediante radiografía o penetrante de color; ajustar las puertas de entrada según las marcas de flujo.