La fundición a presión ofrece productividad, precisión y calidad superficial para componentes metálicos de gran volumen, pero el éxito depende en gran medida de un diseño de la pieza que respete las leyes físicas del llenado rápido y la solidificación bajo presión. Características mal concebidas, como espesores de pared irregulares, esquinas afiladas, concentración excesiva de masa o tolerancias demasiado ajustadas, provocarán defectos de llenado, porosidad, contracción, distorsión, agrietamiento y desgaste prematuro de la matriz, lo que incrementará los costes y la generación de desechos. Seguir estas recomendaciones desde la fase inicial del diseño garantiza piezas fundidas sin defectos, el máximo rendimiento mecánico y ofrece el equilibrio más rentable entre funcionalidad y viabilidad de fabricación.
Espesor de la pared
Si el espesor de la pared de una pieza fundida a presión es demasiado delgado, es difícil llenarla durante morir fundiciónEsto puede provocar un llenado deficiente. Si el espesor de pared es demasiado grueso, es probable que se formen granos internos gruesos, lo que provoca defectos como cavidades por contracción y porosidad. Además, pueden aparecer hundimientos superficiales, lo que reduce las propiedades mecánicas de la pieza fundida a presión. Las piezas de paredes delgadas ofrecen una buena densidad, lo que mejora la resistencia y la resistencia a la presión. Las paredes excesivamente gruesas también aumentan el peso de la pieza y consumen demasiado metal, lo que incrementa los costes. En general, el espesor de pared de las piezas fundidas a presión no debe superar los 5 mm.
Espesor de pared para aleaciones de aluminio, magnesio y zinc (unidad: mm)
| Área de la pared (cm²) | Aleaciones de aluminio y magnesio | Aleaciones de Zinc |
| Días Minimos | Recomendado | |
| ≤ 25 | 0.8 | 2.0 |
| 25-100 | 1.2 | 2.5 |
| 100-500 | 1.8 | 3.0 |
| > 500 | 2.5 | 3.5 |
Si ciertas áreas de la pieza son excesivamente gruesas, se debe utilizar un diseño ahuecado para lograr un espesor de pared uniforme en toda la pieza. Este enfoque evita defectos de contracción en áreas gruesas y reduce el peso de la pieza.
Transiciones suaves en los cambios de espesor
El espesor de pared de cada sección transversal de una pieza fundida a presión debe ser uniforme o lo más uniforme posible. Cuando requisitos funcionales o de otro tipo impidan una uniformidad total, la relación entre espesor de pared y espesor de pared no debe superar 3:1. Se deben introducir transiciones graduales (conicidad o radio) para evitar cambios bruscos de espesor; de lo contrario, el flujo del metal fundido puede verse afectado, dando lugar a marcas de flujo o cierres en frío. Además, los diferentes tiempos de solidificación entre secciones gruesas y delgadas generan tensiones internas desiguales, que pueden causar grietas o distorsión. En casos de transiciones de espesor pronunciadas, se recomienda añadir una conicidad o un radio para asegurar una transición suave.
En la figura anterior, el diseño n.° a es el peor y el diseño n.° d es el mejor.
Agujeros mínimos
Diámetro mínimo del orificio y profundidad máxima del orificio para aleaciones de aluminio, magnesio y zinc (unidad: mm)
Si un orificio es más pequeño o más profundo que los valores de la tabla, aún se puede formar parcialmente durante la fundición a presión (como marca piloto) y luego terminar mediante mecanizado, aunque esto aumenta el costo de la pieza.
También se debe tener en cuenta la distancia entre los orificios, entre los orificios y las ranuras, y entre los orificios y los bordes para garantizar que la matriz tenga la resistencia suficiente para soportar el impacto y las tensiones térmicas severas del metal fundido a alta temperatura.
| / | Diámetro mínimo del agujero | Profundidad del agujero: por el diámetro (d) | ||||
| Material | Recomendado | Factible | Agujero no pasante | Agujero no pasante | A través del orificio | A través del orificio |
| / | / | / | d >5 | d <5 | d >5 | d <5 |
| Aleación de aluminio | 2.5 | 2.0 | 4 | 3 | 8 | 6 |
| De aleación de magnesio | 2.0 | 1.5 | 5 | 4 | 10 | 8 |
| Aleación de zinc | 1.5 | 0.8 | 6 | 4 | 12 | 8 |
Evite las secciones demasiado delgadas
Las secciones de matriz delgadas tienen baja resistencia y son propensas a deformarse, doblarse o fracturarse bajo altas temperaturas.
costillas
Las nervaduras se utilizan principalmente para mejorar la resistencia de la pieza, evitar la deformación y, en segundo lugar, para facilitar el flujo del metal fundido. Las dimensiones recomendadas de las nervaduras se muestran en la tabla a continuación.
Tabla de dimensiones de costillas recomendadas (unidad: mm)
| Parámetro | Dimensión recomendada |
| Espesor de la pared de la pieza | – |
| Espesor de la raíz t | t = (0.6 ~ 1) × T |
| Altura H | H ≤ 5T |
| Radio de filete R | t ≤ R ≤ 1.25t |
| Ángulo de inclinación α | α = 1° ~ 3° |
- Evite los diseños de placa plana; agregar nervaduras mejora la resistencia de la pieza.
- Las nervaduras pueden ayudar en el flujo del metal fundido; su orientación debe alinearse con la dirección del flujo del metal.
- La colocación de las costillas debe ser razonable, simétrica y distribuida uniformemente.
- Evite la acumulación excesiva de espesor en las uniones de las nervaduras.
Ángulos de calado
Debido a las diferentes tendencias de adhesión entre las tres aleaciones de fundición a presión comunes y la matriz, los ángulos de inclinación típicos son:
- Aleaciones de aluminio: máxima adherencia → inclinación interna generalmente 1°
- Aleaciones de magnesio: adherencia ligeramente menor que el aluminio → inclinación interna generalmente 0.75°
- Aleaciones de zinc: menor adherencia → inclinación interna generalmente 0.5°
Los ángulos de inclinación externos pueden ser el doble del ángulo de inclinación interno para garantizar que la pieza fundida permanezca en el lado del núcleo durante la expulsión.
Diseño de radio de filete
Evite las esquinas externas afiladas. Las esquinas externas afiladas no solo causan relleno insuficiente, baja densidad y baja resistencia, sino que también representan riesgos de seguridad debido a sus bordes afilados.
- Filetes internos: evite las esquinas afiladas internas. Los radios de filete en las uniones de pared a pared afectan significativamente el rendimiento, la calidad y la vida útil de la pieza.
- Mejora el flujo de metal fundido, reduce la turbulencia, mejora la capacidad de llenado y facilita el escape de gas.
- Las esquinas afiladas provocan concentración de tensión, lo que provoca agrietamiento o falla prematura bajo carga.
Cuando se requiere enchapado, los filetes garantizan un recubrimiento uniforme y evitan la acumulación en las esquinas afiladas.
El radio interno del filete suele ser igual al espesor de la pared. Los radios de filete no deben ser excesivamente grandes, ya que esto crea secciones localmente gruesas propensas a la contracción, la porosidad y las marcas de hundimiento superficial.
Jefe
- Evite colocar los resaltes demasiado cerca de las paredes o entre sí. El diseño de los resaltes debe seguir los principios de espesor de pared uniforme y evitar espesores excesivos localizados.
- Minimizar la altura del cabezal. Una altura excesiva reduce la resistencia y dificulta el llenado.
- Agregue nervaduras alrededor de las protuberancias. Las nervaduras aumentan la resistencia de las protuberancias y facilitan el relleno; se deben evitar las protuberancias aisladas.
- Rediseñar los salientes inclinados para simplificar la estructura del troquel. Una correcta optimización de los salientes inclinados puede simplificar el troquel y reducir costos.
Texto/Caracteres
- Los caracteres deben sobresalir de la superficie de la pieza. Esto reduce los costes de mecanizado y mantenimiento de la matriz.
- Las dimensiones de los caracteres deben garantizar un relleno adecuado. El ancho mínimo de los caracteres es de 0.25 mm, la altura es de aproximadamente 0.25 a 0.5 mm, con un ángulo de inclinación de 10°. Por lo general, los caracteres no deben colocarse en las paredes laterales, ya que esto crea socavaduras que impiden su expulsión.
Threads
- Evite hilos externos de rosca completa.
- Las roscas internas no deben fundirse directamente.
Facilitar la eliminación de flash y compuerta
- Evite los ángulos agudos entre las paredes de la pieza y la línea de partición.
- Simplifique la geometría de la pieza para evitar formas de línea de partición complejas que complican la eliminación de rebabas.
Tolerancias
La línea de partición y las guías del núcleo influyen en la precisión de la tolerancia dimensional.
Bajo la premisa de cumplir con los requisitos funcionales, flexibilizar al máximo los requisitos de tolerancia:
- Las tolerancias más estrictas requieren tolerancias de matriz más estrictas → mayor costo de matriz
- La vida útil de la matriz se acorta
- Se requieren mantenimiento y reemplazo frecuentes de matrices.
- Controles dimensionales más frecuentes y mayores tasas de desperdicio → mayor costo de las piezas
Para evitar el mecanizado, las tolerancias deben ser lo más generosas posible. Evitar el mecanizado reduce el coste de la pieza.
Seleccione la línea de partición de forma racional para mejorar la precisión dimensional crítica:
- Si la concentricidad entre D1 y D2 es crítica → elija CC como línea de partición
- Si la concentricidad entre D1 y D3 es crítica → elija BB como línea de partición
- Si la consistencia del diámetro de D1 en el extremo izquierdo o derecho es crítica → elija AA como línea de partición
Simplificar la estructura del troquel
(1) Evite las muescas internas. Estas muescas requieren núcleos de acción lateral; de lo contrario, el mecanizado secundario resultará en un aumento significativo del costo de la matriz o la pieza. Un diseño de pieza razonable, que elimina las muescas internas, reduce el costo.
(2) Evite los socavones externos siempre que sea posible.
(3) Evite obstrucciones en los deslizamientos del núcleo.
(4) Evite las líneas de separación redondeadas. Estas líneas complican la fabricación de la matriz, reducen la resistencia en el radio y acortan su vida útil.
(5) Elija la línea de separación con cuidado para simplificar la estructura de la matriz. Esta línea debe resultar en la construcción de la matriz más simple posible, el mecanizado más sencillo y el menor costo.
Mecanizado CNC
Evitando Mecanizado CNC siempre que sea posible porque:
- Las piezas fundidas a presión ya alcanzan una alta precisión dimensional y acabado superficial; las tolerancias generosas durante el diseño pueden eliminar el mecanizado.
- La piel superficial de una servicio de fundición a presión Es denso y fuerte, el mecanizado destruye esta capa.
- La porosidad interna puede quedar expuesta después del mecanizado, lo que afecta el rendimiento.
- El mecanizado aumenta significativamente el coste de la pieza.
Cuando el mecanizado sea inevitable, diseñe la pieza para facilitar el mecanizado y minimizar el área mecanizada.
Mantenga la tolerancia de mecanizado lo más pequeña posible. La capa exterior es densa, mientras que el interior es relativamente poroso, con posibles orificios de gas o microporos; por lo tanto, la tolerancia de mecanizado debe minimizarse para preservar la capa densa.
Tolerancia de mecanizado de superficie (un solo lado, unidad: mm)
| Dimensión máxima de la cara mecanizada | ≤ 50 | 50-120 | 120-260 | 260-400 | 400-630 |
| Tolerancia | 0.3-0.5 | 0.4-0.7 | 0.6-1.0 | 0.8-1.4 | 1.2-1.8 |
Tolerancia de mecanizado de agujeros (un solo lado, unidad: mm)
| Diámetro del agujero | ≤ 6 | 6-10 | 10-18 | 18-30 | 30-50 | 50-80 |
| Tolerancia | 0.05 | 0.10 | 0.15 | 0.20 | 0.25 | 0.30 |
Recuerde:
- Evite el mecanizado de superficies siempre que sea posible.
- Cuando sea necesario realizar mecanizado, mantenga el margen lo más pequeño posible (generalmente menos de 0.5–0.8 mm).
- Después del mecanizado, no debe quedar expuesta ninguna porosidad interna ni estructura suelta; de lo contrario, la resistencia y la estanqueidad a la presión se verán gravemente comprometidas.
