Fundición a Presión y Fundición por Gravedad: Comprendiendo las Principales Diferencias

La fundición a presión y la fundición por gravedad son dos procesos principales de fundición de metales utilizados extensamente en la fabricación. Ambos implican verter metal fundido en moldes reutilizables para producir componentes con alta precisión dimensional y repetibilidad. La diferencia es que la fundición por gravedad depende de la gravedad, y el metal fundido entra en el molde bajo la acción de la gravedad. La fundición a presión depende de la presión, forzando el metal fundido en un molde bajo alta presión.

Diseño del Molde

- En la fundición a presión, el molde se llama troquel. Los troqueles están hechos de aceros para herramientas como el H13 que pueden soportar altas presiones. Las mitades del troquel se mecanizan con tolerancias muy estrechas y contienen la cavidad y las características del núcleo. Los componentes del troquel se mecanizan con precisión a tolerancias de alrededor de 0.001-0.002 pulgadas para lograr piezas fundidas precisas

- El molde es relativamente simple en la fundición por gravedad en comparación con un troquel de fundición a presión. Los moldes por gravedad están hechos de hierro fundido, acero, aluminio o bronce. No hay características complejas de núcleo ya que el molde depende principalmente de la fuerza de la gravedad para el llenado. Los moldes por gravedad tienen tolerancias de mecanizado típicas de alrededor de 0.01-0.02 pulgadas ya que no involucran altas presiones.

Método de Llenado 

- En la fundición a presión, el metal fundido se inyecta en el troquel bajo altas presiones que van desde 10,000 hasta más de 50,000 psi. La inyección de alta velocidad asegura un llenado completo de la cavidad del troquel.

- En la fundición por gravedad, el metal fluye hacia el molde únicamente bajo la fuerza gravitacional sin ninguna presión aplicada. Esto establece límites en el tamaño de la pieza fundida y la complejidad de forma alcanzable.

Tasa de Producción y Automatización

- La fundición a presión está altamente automatizada, utilizando máquinas que inyectan metal, troqueles excelentes y expulsan las piezas fundidas continuamente. Los tiempos de ciclo son muy cortos. La producción de piezas puede superar las 200/hora.

- La fundición por gravedad se realiza manualmente vertiendo metal líquido en los moldes. Los ciclos son más lentos debido al manejo manual. La producción típica es de 30-50 piezas/hora, mucho menor que la fundición a presión. Automatizar la fundición por gravedad puede aumentar la tasa.

Aleaciones Utilizadas

- Las aleaciones para fundición a presión como zinc, aluminio y magnesio tienen alta fluidez para llenar troqueles complejos bajo presión. Las aleaciones de alta resistencia también pueden ser fundidas a presión. Las aleaciones con altos puntos de fusión no son adecuadas para fundición a presión, como hierro, titanio, tungsteno, etc.

- La fundición por gravedad generalmente utiliza aleaciones de menor punto de fusión con buenas características de flujo como aleaciones de estaño, plomo y zinc. El aluminio y el latón también pueden ser fundidos por gravedad. 

Tamaño y Peso de las Piezas 

- Los tamaños típicos de las piezas fundidas a presión van desde una onza hasta 75 libras. Se pueden fundir a presión formas pequeñas, delgadas e intrincadas debido a la alta presión del metal. Por ejemplo, la fundición a presión de aleación de aluminio permite un espesor de pared de 0.5mm. La fundición a presión de aleación de zinc permite un espesor de pared de 0.4mm.

- La fundición por gravedad se limita a tamaños relativamente más grandes, superiores a 3 libras. Factores como la presión de la columna metalostática limitan el tamaño máximo. Es capaz de producir piezas con espesores de pared que van de 2 a 6 mm

Acabado Superficial

- Las superficies fundidas a presión tienen un acabado característico liso y brillante. El enfriamiento rápido en el troquel de metal da tamaños de grano finos. 

- Las superficies fundidas por gravedad son ligeramente más gruesas que las fundidas a presión pero aún razonablemente lisas debido al llenado laminar. Los enfriadores pueden mejorar aún más el acabado superficial.

Precisión Dimensional 

- La fundición a presión ofrece una excelente precisión y consistencia dimensional. Son posibles tolerancias de hasta ±0.005 pulgadas. Reduce el mecanizado secundario.

- La tolerancia de la fundición por gravedad es de alrededor de ±0.02 pulgadas. Las piezas pueden requerir algo de mecanizado para lograr una precisión más fina. Pero la precisión sigue siendo adecuada para la mayoría de las aplicaciones.

Consideraciones de Costo

- La fundición a presión tiene costos de herramienta muy altos debido a los troqueles complejos de múltiples cavidades. Pero el costo por pieza es bajo debido a la automatización.

- La fundición por gravedad tiene costos de herramienta más bajos. Puede ser necesario un mecanizado secundario. Las tasas de producción son más bajas que en la fundición a presión, por lo que el costo por pieza es más alto que en la fundición a presión.

Reglas de Diseño 

- La fundición a presión requiere reglas de diseño especializadas para un flujo de fluido óptimo y gases atrapados minimizados. Los ángulos de desmoldeo, los filetes y la entrada son cruciales.

- La fundición por gravedad tiene menos restricciones de diseño ya que el metal no se inyecta forzosamente. Sin embargo, el espesor de pared uniforme y los ángulos de desmoldeo aún ayudan al llenado del molde y minimizan los defectos.

Defectos

- Defectos de fundición a presión - uniones frías, distorsión, gases atrapados, grietas por calor, chorreo y agrietamiento por calor.

- Defectos de fundición por gravedad - porosidad, cavidades de contracción, uniones frías, erosión del molde. El agrietamiento por solidificación es menos frecuente que en la fundición a presión.

Aplicaciones

- Las aplicaciones de fundición a presión involucran la producción de alto volumen de piezas complejas y de tolerancia estrecha - por ejemplo, componentes automotrices.

- La fundición por gravedad se adapta a la producción de volumen medio-bajo de formas relativamente más simples y piezas más grandes - por ejemplo, bases de máquinas herramienta y cuerpos de válvulas.

En resumen, la fundición a presión y la fundición por gravedad tienen métodos de producción, capacidades, aspectos económicos y aplicaciones significativamente diferentes. La fundición a presión es más adecuada para componentes complejos y de alto volumen, mientras que la fundición por gravedad es ideal para lotes más pequeños de formas menos complejas.