El proceso de fundición a presión incorpora tres elementos principales: máquinas, moldes y aleaciones. Unifica presión, velocidad y tiempo en un único proceso y se utiliza principalmente para mecanizado en caliente. La presencia de presión diferencia la fundición a presión de otros métodos de fundición.
La fundición a presión es una técnica de rápido desarrollo en los procesos modernos de trabajo de metales y es un método de fundición especial que requiere un corte mínimo.
Implica llenar un molde con metal fundido a alta presión y velocidad, y luego el metal cristaliza y solidifica bajo esta alta presión para formar la pieza fundida. La alta presión y la alta velocidad son las principales características de la fundición a presión.
La presión comúnmente utilizada es de decenas de megapascales, la velocidad de llenado (velocidad del canal interno) es de aproximadamente 16 a 80 metros por segundo y el tiempo para que el metal fundido llene la cavidad del molde es extremadamente corto, aproximadamente de 0,01 a 0,2 segundos.
Definición
El método de fabricar productos de esta manera se ha convertido en una parte esencial de la industria de fundición de nuestro país debido a su alta eficiencia de producción, procesos simplificados, niveles superiores de tolerancia de fundición, buena rugosidad superficial, alta resistencia mecánica y la capacidad de eliminar una gran cantidad de mecanizado. procedimientos y equipos, ahorrando así materia prima.
La fundición a presión es un proceso que combina orgánicamente y aplica de manera integral los tres elementos principales de una máquina de fundición a presión, el molde de fundición a presión y la aleación. Durante la fundición a presión, el proceso de llenar la cavidad del molde con metal es un proceso unificado que involucra factores como presión, velocidad, temperatura y tiempo.
Al mismo tiempo, estos factores interactúan y se restringen entre sí, complementándose y apoyándose mutuamente. Sólo mediante la correcta selección y ajuste de estos factores para lograr armonía y coherencia se podrán obtener los resultados deseados.
Por lo tanto, no solo se debe enfatizar la procesabilidad de la estructura de fundición, el avance del molde de fundición a presión, el rendimiento y la excelencia estructural de la máquina de fundición a presión, y la adaptabilidad de la aleación de fundición a presión elegida y la estandarización del proceso de fundición a presión. durante el proceso de fundición a presión, pero también se debe tener en cuenta el importante papel que desempeñan los parámetros del proceso, como la presión, la temperatura y el tiempo, en la calidad de la fundición. Se debe priorizar el control efectivo de estos parámetros durante el proceso de fundición a presión.
Presión
Fuerza de inyección
La fuerza de inyección es la fuerza que impulsa el movimiento del pistón de inyección en el mecanismo de inyección de la máquina de fundición a presión. Es un parámetro principal que refleja las funciones de la máquina de fundición a presión. La magnitud de la fuerza de inyección está determinada por el área de la sección transversal del cilindro de inyección y la presión del fluido de trabajo.
La fórmula de cálculo de la fuerza de inyección es la siguiente:
P fuerza de inyección =P cilindro de inyección × π × D²/4
Dónde:
- P fuerza de inyección – Fuerza de inyección (N)
- Cilindro de inyección P – Presión del fluido de trabajo en el cilindro de inyección (Pa)
- D – Diámetro del cilindro de inyección (m)
- π = 3,1416
Presión específica
La presión ejercida sobre el metal fundido en la cámara de presión por unidad de área se llama presión específica. La presión específica también es el resultado de convertir la relación entre la fuerza de inyección y el área de la sección transversal de la cámara de presión.
Su fórmula de cálculo es la siguiente:
P presión específica =P fuerza de inyección /F área de la sección transversal de la cámara de presión
Dónde:
- P presión específica – Presión específica (Pa)
- P fuerza de inyección – Fuerza de inyección (N)
- F área de la sección transversal de la cámara de presión – Área de la sección transversal de la cámara de presión (m²)
En otras palabras, F área de la sección transversal de la cámara de presión =πD²/4. Aquí D(m) es el diámetro de la cámara de presión.
- π = 3,1416
Efecto de la presión
(1) Impacto de la presión específica en las propiedades mecánicas de las piezas fundidas.
A medida que aumenta la presión específica, la estructura cristalina se vuelve más fina, la fina capa cristalina se vuelve más gruesa, la calidad de la superficie mejora debido a mejores características de llenado, se reduce el impacto de los orificios de aire y, por lo tanto, la resistencia a la tracción aumenta pero el alargamiento disminuye.
(2) Impacto en las condiciones de llenado
Cuando la aleación fundida llena la cavidad del molde bajo una presión específica alta, la temperatura de la aleación aumenta y la fluidez mejora, lo que es beneficioso para mejorar la calidad de la fundición.
Selección de presión específica
(1) Consideración basada en los requisitos de resistencia de las piezas fundidas.
Divida las piezas fundidas en aquellas con requisitos de resistencia y aquellas con requisitos generales. Para aquellos con requerimientos de resistencia, deben tener una buena densificación. Esto requiere una presión de sobrealimentación específica alta.
(2) Consideración basada en el espesor de pared de las piezas fundidas.
En general, en la fundición a presión de piezas fundidas de paredes delgadas, la resistencia al flujo en la cavidad del molde es mayor, y el sistema de paso también tiene un espesor más delgado, por lo que tiene mayor resistencia.
Por lo tanto, se requiere una presión de llenado específica más alta para garantizar la velocidad de disparo requerida. Para piezas fundidas de paredes gruesas, por un lado, la velocidad de inyección seleccionada es menor y el tiempo de solidificación del metal es mayor, por lo que se puede utilizar una presión de llenado específica menor; por otro lado, para que la pieza fundida tenga una cierta densificación es necesaria una presión de refuerzo específica suficiente.
Para piezas fundidas de formas complejas, se debe utilizar una presión de llenado específica más alta. Además, se deben considerar adecuadamente factores como el tipo de aleación, el tamaño de la velocidad del canal, la potencia de sujeción de la máquina de fundición a presión y la resistencia del molde. La magnitud de la presión de llenado específica se calcula principalmente en función de la velocidad de disparo seleccionada.
En cuanto al tamaño de la presión de sobrealimentación específica, se puede seleccionar según el tipo de aleación consultando los valores de la siguiente tabla. Cuando las condiciones de ventilación en la cavidad del molde son buenas y la relación entre el espesor del sistema de paso y el espesor de la pared de la pieza fundida es apropiada, se puede utilizar una presión de sobrealimentación específica más baja.
Sin embargo, cuanto peores sean las condiciones de ventilación y menor sea la relación entre el espesor del sistema de compuerta y el espesor de la pared de la pieza fundida, mayor debe ser la presión específica de refuerzo.
Tabla de rangos de presión de sobrealimentación específicos recomendados
| Tipo de parte | aleación de aluminio | Aleación de zinc | Latón |
| Piezas bajo carga ligera | 30-40 MPa | 13-20MPa | 30-40MPa |
| Piezas bajo carga pesada | 40-80 MPa | 20-30 MPa | 40-60MPa |
| Piezas con gran superficie de sellado y paredes delgadas | 80-120MPa | 25-40 MPa | 80-100MPa |
Fuerzas relevantes
Definición
Durante el proceso de fundición a presión, al final de la fase de llenado y en la transición a la fase de aumento de presión, la presión relativa (presión de refuerzo) que actúa sobre el metal en solidificación, se transmite a través del metal (sistema de fundición a presión), fundición, sistema de desbordamiento. ) a la superficie de la pared de la cavidad del molde, se conoce como fuerza de expansión del molde (también conocida como contrapresión).
La fuerza de sujeción del molde (también conocida como fuerza de cierre) es un parámetro importante que debe determinarse primero al elegir una máquina de fundición a presión.
Método de cálculo
Cuando la fuerza de expansión del molde actúa sobre la superficie de separación, se denomina fuerza de expansión de la superficie de separación. Cuando actúa sobre las distintas paredes laterales de la cavidad del molde, se conoce como fuerza de expansión de las paredes laterales.
La fuerza de expansión del molde se puede expresar de la siguiente manera:
P fuerza de expansión =P Aumentar presión × El área proyectada
Dónde:
- Fuerza de expansión P: la fuerza de expansión del molde (unidad: N – Newton)
- P Aumentar la presión – la presión de sobrealimentación (unidad: Pa – Pascal)
- El área proyectada – el área proyectada que soporta la fuerza de expansión del molde (unidad: m2 – metro cuadrado)
En circunstancias normales, la fuerza de sujeción del molde debe ser mayor que la fuerza de expansión calculada del molde.
De lo contrario, durante la expulsión hidráulica del metal fundido, la superficie de separación del molde se expandirá, provocando salpicaduras de metal e impidiendo el establecimiento de presión en la cavidad del molde. Esto conduce a dificultades para garantizar la tolerancia dimensional de la pieza fundida, o incluso a dificultades en su conformación.
La fuerza de sujeción del molde generalmente debe cumplir los requisitos de la siguiente fórmula:
P fuerza de sujeción ≥ K × P fuerza de expansión
Dónde:
- Fuerza de sujeción P: la fuerza de sujeción de la máquina de fundición a presión (N – Newton)
- K Factor de seguridad (normalmente se toma K = 1,3)
- Fuerza de expansión P – Fuerza de expansión del molde (N – Newton)
Velocidad de inyección
1. Normalmente, existen dos tipos: velocidad de punzonado y velocidad del canal interior.
2. Para una inyección lenta, el punzón empuja el metal fundido hacia el canal interior a 0,3 metros/segundo.
3. Para una inyección rápida, el canal interno llena la cavidad del molde a una velocidad de 4 a 9 metros/segundo. Aumentar la velocidad de inyección puede convertir la función en energía térmica, mejorando la fluidez, lo que es beneficioso para eliminar marcas de flujo y vueltas frías, y mejorar las propiedades mecánicas y la calidad de la superficie.
Factores de selección y consideración para la velocidad de inyección:
1. Conductividad térmica y calor específico, rango de temperatura de solidificación.
2. Si la temperatura del molde es baja, la velocidad puede ser lenta; de lo contrario, la velocidad puede ser alta.
3. Las piezas fundidas complejas utilizan alta velocidad de inyección.
La velocidad del bebedero interno es de 15 a 70 metros/segundo (para metal fundido).
4. La relación entre la velocidad de inyección del punzón y la velocidad del bebedero interno: cuanto mayor sea la velocidad de inyección del punzón, mayor será la velocidad del bebedero de metal fundido.
Selección de velocidad
1. La velocidad del bebedero recto es de 15 a 25 metros/segundo.
2. La velocidad del canal de entrada transversal es de 20 a 35 metros/segundo.
3. La velocidad del bebedero interior es de 30 a 70 metros/segundo para una puerta ancha.
4. Para piezas fundidas delgadas de menos de 3 milímetros, la velocidad interna del bebedero es de 38 a 46 metros/segundo.
5. Para piezas fundidas con un espesor de 5 milímetros, la velocidad del corredor interno es de 46 a 40 metros/segundo.
6. Para piezas fundidas más gruesas de más de 5 milímetros, seleccione una velocidad de alimentación interna de 47 a 27 milímetros/segundo.
Métodos de ajuste: ajuste la velocidad de inyección del punzón, cambie el diámetro de la cámara, cambie el área de la sección transversal del canal interior.
Pruebas y análisis
1. Probador de parámetros de fundición a presión, primera etapa, segunda etapa y aumento del tiempo del punto de transición.
2. Impacto del punto de inicio del impulso en la calidad de la fundición: después de que la primera etapa comience a llenarse al 80%, cambie a la segunda etapa y aumente el tiempo del punto de transición inicial y finalmente mantenga la presión, de lo contrario afectará la calidad.
3. El impacto del desgaste del punzón en los parámetros de fundición a presión;
4. Análisis de las causas del desgaste en la cámara de inyección y punzón: La holgura entre la cámara de inyección y el punzón es inferior a 0,1 milímetros, la fricción de ida y vuelta entre el punzón y la cámara genera altas temperaturas, propiciando fáciles daños.
El diámetro de la cámara aumenta, el punzón se vuelve más pequeño, el punzón se atasca con virutas de aluminio, lo que afecta la velocidad de transmisión y la presión de la cámara.
Por lo tanto, el punzón debe utilizar aceite lubricante resistente a altas temperaturas, la varilla de inyección debe tener agua de refrigeración y, al mismo tiempo, se debe elegir el material del punzón, eligiendo generalmente hierro dúctil o bronce berilio.
