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Inicio / Noticias / Noticias de la Industria / Ideas de fundición de aluminio: métodos, aleaciones, diseño y acabados.
Contenido
- 1 La respuesta directa: por dónde empezar con ideas de fundición de aluminio
- 2 Por qué el aluminio es el metal predeterminado para proyectos de fundición
- 3 Hacer coincidir el proceso de fundición con el proyecto
- 4 Doce ideas de proyectos de fundición de aluminio que vale la pena construir
- 5 Reglas de diseño de patrones y moldes que evitan un vertido fallido
- 6 Elegir la aleación de aluminio adecuada para el trabajo
- 7 Desde la fundición en bruto hasta la pieza terminada: opciones de tratamiento de superficies
- 8 defectoos comunes del molde y cómo detectarlos a tiempo
- 9 Presupuestación de tiempo, materiales y energía para un proyecto de fundición de aluminio
La respuesta directa: por dónde empezar con ideas de fundición de aluminio
Más viable fundición de aluminio las ideas se dividen en cuatro grupos prácticos: herrajes decorativos y accesorios arquitectónicos como tiradores de cajones, placas con números de casas y soportes para barandillas; piezas de repuesto funcionales para motores y maquinaria, como tapas de válvulas, accesorios de admisión y soportes de montaje; taller de herramientas como plantillas, placas de fijación y bloques de alineación; y piezas escultóricas o de exhibición como medallones, marcadores de plantas y pequeñas estatuas. Para un primer proyecto, la fundición en arena alimentada por gravedad utilizando Aleación de aluminio A356 es el punto de partida más indulgente. A356 tiene un cómodo rango de vertido de aproximadamente 705 a 760 grados C, llena bien secciones delgadas y se mecaniza limpiamente una vez que ha pasado por un tratamiento térmico T6.
Un horno alimentado con propano construido a partir de una carcasa de tubo de acero con un revestimiento de manta refractaria o cerámica puede fundir una carga de 2 a 5 kilogramos de chatarra o lingote de aluminio limpio en 25 a 40 minutos , alcanzando cómodamente la temperatura de vertido de más de 700 grados C necesaria para un llenado limpio. Esta es la razón principal por la que las ideas de fundición de aluminio son tan accesibles en comparación con el bronce, que necesita entre 950 y 1000 grados C, o el hierro fundido, que funciona por encima de los 1370 grados C. Combinadas con una relación resistencia-peso cercana a un tercio de la densidad del acero después del tratamiento térmico, las piezas fundidas de aluminio terminan siendo genuinamente útiles en lugar de puramente decorativas.
Por qué el aluminio es el metal predeterminado para proyectos de fundición
Antes de decidirse por un proyecto, es útil conocer las propiedades específicas del material que hacen que el aluminio sea moldeable y duradero. Las siguientes figuras explican por qué el aluminio aparece en todo, desde bloques de motor hasta marcos de cuadros y adornos de jardín.
Punto de fusión bajo, ventana de proceso amplia
El aluminio puro se funde a 660,3 grados C, y las aleaciones de fundición comunes se funden en un rango de aproximadamente 555 a 650 grados C, dependiendo del contenido de silicio y cobre. Ese rango está al alcance de hornos de propano, gas natural o incluso de carbón, lo que no ocurre con las aleaciones a base de cobre o el hierro fundido.
Fluidez para secciones de paredes delgadas
Las aleaciones de aluminio y silicio como A356 y A380 permanecen fluidas el tiempo suficiente para llenar secciones de pared tan delgadas como 2,5 a 3 milímetros en moldes de arena y hasta aproximadamente 1 mm en fundición a presión. Esta es la razón por la que los paneles decorativos, rejillas y carcasas delgados se pueden fundir en lugar de mecanizar a partir de material sólido.
Aumento de fuerza después del tratamiento térmico
El A356 fundido tiene una resistencia a la tracción cercana a los 159 MPa. Un tratamiento térmico T6, es decir, un tratamiento en solución a unos 540 grados C seguido de un enfriamiento con agua y un envejecimiento a aproximadamente 155 grados C durante 4 a 6 horas, eleva esa cifra a aproximadamente 262 MPa con un alargamiento del 5 al 7 por ciento.
Reciclabilidad y costo de material predecible
El aluminio se puede refundir repetidamente con sólo entre un 5 y un 8 por ciento de pérdida por oxidación por ciclo. La chatarra de aluminio de ruedas, extrusiones y piezas de motor normalmente cuesta entre 1,50 y 3,00 USD por libra, mientras que los lingotes nuevos cuestan entre 2,50 y 4,00 USD por libra, lo que mantiene los costos de material predecibles para proyectos repetidos.
Hacer coincidir el proceso de fundición con el proyecto
La misma idea de fundición de aluminio se puede llevar a cabo a través de varios procesos diferentes, y la elección cambia el costo de las herramientas, el acabado superficial alcanzable y cuántas piezas tiene sentido económico producir en una sola pasada.
| Proceso | Tamaño de ejecución típico | Acabado superficial | Tolerancia | Costo de herramientas | Más adecuado para |
|---|---|---|---|---|---|
| Fundición en arena | 1 a 50 piezas | 250 a 500 micropulgadas Ra | más o menos 1,5 mm por 25 mm | Patrón de 20 a 150 USD | Soportes, placas, prototipos únicos. |
| Molde permanente (gravedad) | 100 a 10.000 piezas | 100 a 200 micropulgadas Ra | más o menos 0,5 mm | Molde de 500 a 3000 USD | Ruedas, carcasas, hardware repetido. |
| Inversión (Cera Perdida) | 1 a 1.000 piezas | Ra de 60 a 125 micropulgadas | más o menos 0,13 mm por 25 mm | 50 a 500 USD por patrón | Esculturas detalladas, medallones y piezas a escala de joyería. |
| Fundición a presión a alta presión | Más de 10.000 piezas | 32 a 63 micropulgadas Ra | más o menos 0,1 mm | Herramientas de 10 000 a 100 000 USD | Carcasas de producción en masa, soportes para automóviles. |
Doce ideas de proyectos de fundición de aluminio que vale la pena construir
La siguiente lista va desde simples piezas decorativas hasta piezas mecánicas funcionales, ordenadas aproximadamente según la creciente complejidad del patrón y las demandas de tolerancia. Cada idea incluye una nota práctica sobre la aleación o el espesor de la pared para que el proyecto pueda pasar directamente de la idea al patrón.
- Tiradores de cajones y herrajes para gabinetes personalizados - Fundido en A356 con una pared acabada de 4 a 6 mm, luego pulido o anodizado para una apariencia uniforme en toda la cocina o taller.
- Placas con números de casa grabados - piezas fundidas con parte posterior plana de aproximadamente 150 por 100 por 6 mm, fundidas con arena y luego pulidas con chorro de arena con un medio de grano 80 para obtener una superficie mate y resistente a la intemperie.
- Superposiciones de mangos de herramientas y empuñaduras ergonómicas. - moldeado alrededor de un inserto de núcleo de acero con aleación 535.0, elegida por su suave respuesta de pulido en superficies curvas.
- Cubiertas de enganche de remolque y tapas de puntos de remolque - producido mediante fundición por gravedad en molde permanente con una pared de 3 a 5 mm, luego recubierto con pintura en polvo para una resistencia a los rayos UV a largo plazo.
- Tapas de válvulas para motocicletas y vehículos todo terreno. - Los intrincados patrones de aletas de enfriamiento favorecen la fundición en arena con núcleos, utilizando A356-T6 clasificado para servicio continuo hasta aproximadamente 200 grados C.
- Adornos de jardín y marcadores de plantas. - piezas fundidas de paredes finas de unos 2 a 3 mm, dejadas como fundidas o acabadas con una laca protectora transparente.
- Carcasas para luminarias y bases para lámparas - piezas fundidas en arena con núcleo hueco a las que se les retiran los núcleos internos después del vertido y luego se mecanizan para formar canales de cableado.
- Pies de muebles y soportes para patas de mesa. - piezas portantes que necesitan filetes internos de al menos 3 mm para evitar elevadores de tensiones, fundidas en A356-T6.
- Hebillas de cinturón y medallones de premios. - La fundición a la cera perdida captura detalles finos en relieve de hasta aproximadamente 0,5 mm, ideal para logotipos o texto grabados.
- Piezas de repuesto de admisión y flotador para motores antiguos - La aleación A380 ofrece buena resistencia al combustible y maquinabilidad para puertos roscados.
- Tapas centrales de ruedas personalizadas - Las herramientas de molde permanente brindan la tolerancia de diámetro repetible necesaria para un ajuste a presión y luego se pulen como espejo.
- Tienda de placas de fijación y plantillas de alineación. - utillaje funcional fundido en A356-T6 con una parte inferior acanalada que añade rigidez sin añadir masa.
Reglas de diseño de patrones y moldes que evitan un vertido fallido
Tres hábitos de diseño separan un vertido limpio de un vaciado lleno de grietas, huecos o esquinas sin rellenar. El espesor de la pared, el ángulo de desmoldeo y el radio de filete interactúan con la forma en que se solidifica el aluminio, y cada uno de ellos es fácil de arreglar en la etapa del patrón, pero costoso de arreglar después.
Grosor de la pared: Las piezas fundidas en arena deben mantener las paredes a un mínimo de 3 mm, siendo de 4 a 6 mm mucho más confiable para las piezas estructurales, ya que las secciones más delgadas se enfrían y solidifican antes de que el metal pueda llenarlas por completo. Las piezas fundidas en molde permanente pueden tener un tamaño de entre 1,5 y 2 mm porque el molde de acero elimina el calor más rápido y mantiene el metal en movimiento por más tiempo en relación con su propio frente de solidificación.
Ángulo de tiro: Las caras verticales en un patrón de fundición en arena necesitan de 1 a 3 grados de inclinación por lado para que el patrón se levante limpiamente sin romper la arena. Las herramientas de molde permanente pueden utilizar una profundidad menor de 0,5 a 1,5 grados porque la superficie de acero pulido se libera más fácilmente que la arena compactada.
Radio de filete: Cada esquina interna debe tener un radio de filete igual o mayor que el espesor de la pared local, con 3 mm como mínimo práctico. Las esquinas internas afiladas concentran la tensión a medida que el molde se enfría y se contrae, y son el punto de partida más común para los desgarros calientes.
Margen de contracción y por qué los patrones son demasiado grandes
El aluminio se contrae en tres etapas a medida que pasa de líquido a sólido frío: contracción líquida de aproximadamente 3,5 a 6 por ciento por volumen, contracción por solidificación de aproximadamente 3,0 a 8,5 por ciento dependiendo de la aleación, y contracción por enfriamiento en estado sólido de aproximadamente 3,0 a 8,5 por ciento dependiendo de la aleación. 1,3 por ciento lineal para A356 entre la temperatura sólida y la temperatura ambiente. Los creadores de patrones compensan la última etapa cortando el patrón sobredimensionado usando una regla de encogimiento, generalmente alrededor de 5/32 de pulgada por pie, que está cerca de esa cifra del 1,3 por ciento para el A356. Como ejemplo resuelto, una dimensión terminada de 300 mm en A356 debe comenzar como una dimensión de patrón de aproximadamente 303,9 mm, calculada como 300 multiplicado por 1,013.
| aleación | Margen de contracción lineal | Regla aproximada del creador de patrones |
|---|---|---|
| A356.0 | 1,3 por ciento | 5/32 pulgada por pie |
| A380.0 | 1,6 por ciento | 3/16 de pulgada por pie |
| 443.0 | 1,3 por ciento | 5/32 pulgada por pie |
| 535.0 | 1,4 por ciento | 5/32 a 3/16 de pulgada por pie |
Elegir la aleación de aluminio adecuada para el trabajo
La selección de la aleación afecta la fluidez durante el vertido, la resistencia después del tratamiento térmico, la resistencia a la corrosión, la maquinabilidad y la respuesta de la superficie al pulido o anodizado. La siguiente tabla compara cuatro aleaciones que cubren la mayoría de las ideas de fundición de aluminio, desde soportes estructurales hasta herrajes decorativos de alto brillo.
| aleación | Principales elementos de aleación | Resistencia a la tracción | Elongación | Mejor para |
|---|---|---|---|---|
| A356.0 (T6) | Silicio 7%, Magnesio 0,35% | 262 MPa | 5 a 7 por ciento | Piezas estructurales, ruedas, soportes. |
| A380.0 | Silicio 8,5%, Cobre 3,5% | 324MPa | 3 por ciento | Fundición a presión, carcasas, piezas del sistema de combustible. |
| 443.0 | Silicio 5,2% | 130MPa | 9 por ciento | Herrajes marinos, accesorios resistentes a la corrosión. |
| 535,0 (Almag 35) | Magnesio 6,8% | 241 MPa | 9 por ciento | Piezas decorativas de alto pulido, herrajes anodizados. |
Un mayor contenido de silicio mejora la fluidez y reduce el desgarro en caliente, razón por la cual se prefieren A380 y A356 para secciones delgadas o complejas, pero las mismas partículas de silicio aceleran el desgaste de las herramientas de corte, por lo que se recomiendan herramientas de carburo para mecanizar estas aleaciones. 535.0, por el contrario, no contiene silicio y se mecaniza limpiamente con herramientas estándar de acero de alta velocidad, lo que, combinado con su fuerte respuesta al pulido mecánico, es la razón por la que sigue siendo popular para piezas fundidas decorativas con acabado de espejo.
Desde la fundición en bruto hasta la pieza terminada: opciones de tratamiento de superficies
Una pieza fundida recién salida del molde tiene una superficie rugosa, arenosa o texturizada y trozos de puerta afilados que deben retirarse antes de que la pieza luzca o funcione según lo previsto. Los cinco tratamientos siguientes cubren la mayoría de las ideas de fundición de aluminio, desde una limpieza rápida hasta una pieza de exhibición pulida como espejo.
Rebaste y desbarbado
Las puertas, contrahuellas y rebabas se eliminan con una amoladora angular, una sierra de cinta o una lima manual. Para lotes de piezas pequeñas, agitación vibratoria con medios cerámicos para 4 a 8 horas redondea los bordes y elimina la línea de separación sin terminar a mano cada pieza.
Pulido con chorro de arena para un acabado mate uniforme
Los medios de perlas de vidrio en el rango de grano 60 a 100, aplicados a 80 a 100 PSI, producen una textura satinada consistente que también ayuda a ocultar porosidades menores de la superficie. Este es un acabado común para soportes para exteriores, marcadores de plantas y accesorios para herramientas.
Pulido mecánico
Una progresión a través de abrasivos de grano 80, 120, 240, 400, 600 y 1200 seguida de una rueda pulidora y un compuesto de pulido puede llevar a A356 o 535.0 a un acabado de espejo en aproximadamente 30 a 45 minutos por porción pequeña . Las aleaciones con mayor contenido de silicio, como el A380, se pulen de manera menos uniforme porque las partículas de silicio resisten la abrasión de manera diferente que la matriz de aluminio circundante.
Anodizado para color y resistencia al desgaste
El anodizado con ácido sulfúrico tipo II forma una capa de óxido de aproximadamente 5 a 25 micrones de espesor directamente sobre la superficie del aluminio, que puede aceptar colores de tinte y aumenta la dureza de la superficie de aproximadamente 75 a 90 HV para el aluminio desnudo hasta aproximadamente 300 a 400 HV para la capa anodizada.
Recubrimiento en polvo para mayor durabilidad en exteriores
El polvo se aplica electrostáticamente y se cura a entre 190 y 205 grados C durante 10 a 20 minutos, lo que produce un acabado estable a los rayos UV y resistente a las astillas, muy adecuado para adornos de jardín, cubiertas de enganche y otras partes que viven al aire libre.
defectoos comunes del molde y cómo detectarlos a tiempo
La mayoría de los problemas de fundición de aluminio se remontan a una de seis causas, y cada una deja una firma reconocible en la pieza terminada. Verificarlos antes de invertir tiempo en el acabado ahorra mucho trabajo de pulido en una pieza que nunca iba a resistir.
| Defect | Causa típica | Cómo detectarlo | Prevención |
|---|---|---|---|
| Porosidad de los gases | Hidrógeno disuelto en la masa fundida procedente de la humedad superficial. | Pequeños huecos redondos esparcidos por la sección transversal. | Desgasifique la masa fundida y seque bien las herramientas y los moldes antes de verter |
| Porosidad de contracción | Alimentación insuficiente de metal, ya que las secciones gruesas se solidifican al final | Huecos irregulares cerca de contrahuellas o uniones de secciones gruesas | Dimensione las bandas más grandes que la sección que alimentan y colóquelas en el punto más alto. |
| Cierre en frío | Dos corrientes de metal se encuentran sin fusionarse, a menudo debido a una baja temperatura de vertido. | Una costura visible o una línea parecida a una grieta en la superficie. | Aumente la temperatura de vertido y mejore la velocidad de entrada |
| mal funcionamiento | El metal se solidifica antes de que la cavidad del molde esté completamente llena. | Un yeso incompleto con bordes redondeados y sin relleno. | Aumente la temperatura de vertido, agrande las puertas o precaliente el molde. |
| lagrimeo caliente | La pieza fundida queda retenida por el molde mientras se contrae a alta temperatura. | Una grieta irregular en una transición de sección | Agregue filetes, evite cambios abruptos de sección y utilice núcleos plegables |
| Inclusiones | Arena, película de óxido o escoria que ingresan a la cavidad del molde. | Puntos duros que resisten el mecanizado o manchas en la superficie. | Filtre el sistema de compuerta y elimine los residuos antes de verter |
Presupuestación de tiempo, materiales y energía para un proyecto de fundición de aluminio
Una configuración básica de horno de propano a escala de aficionado, que incluye la carcasa del horno, el crisol, las pinzas para levantar, la cuchara de vertido y el equipo de protección, normalmente funciona 300 a 800 dólares y puede fundir cargas de 2 a 5 kilogramos. La arena verde para moldes se puede reutilizar durante cientos de ciclos con solo una pequeña reposición de aditivos entre vertidos, lo que mantiene el costo del material por pieza dominado por el aluminio mismo en lugar del medio de moldeo.
700 a 760 ºC
Temperatura de vertido típica para A356, lo suficientemente alta para rellenos limpios sin formación excesiva de óxido.
25 a 40 minutos
Tiempo de fusión para una carga de 5 kg en un horno de propano para alcanzar la temperatura de vertido desde un arranque en frío.
1,3 por ciento
Margen de contracción lineal integrado en los patrones A356 entre temperatura de vertido y temperatura ambiente.
5 a 8 por ciento
Pérdida de refundición por oxidación por ciclo al reutilizar chatarra o canales y contrahuellas de aluminio.
Para planificar el tiempo, la creación de patrones para una pieza moderadamente detallada lleva de 2 a 8 horas, dependiendo de si está tallada en madera, mecanizada o impresa en 3D. Embutir un molde de arena verde a partir de un patrón terminado lleva de 1 a 3 horas para un solo molde. La etapa de fusión y vertido, incluido el calentamiento del horno, tarda de 1 a 2 horas, y el enfriamiento antes de la sacudida oscila entre 30 minutos para piezas pequeñas y delgadas y 2 horas para secciones más pesadas. El desbarbado y acabado, según el tratamiento superficial elegido, añade de 1 a 4 horas más. En conjunto, una sola idea de fundición de aluminio moderadamente compleja puede pasar del boceto a la pieza terminada en un solo día hábil una vez que el patrón está listo, y la mayor parte de ese tiempo se dedica a la preparación y el acabado del molde en lugar del vertido en sí.
