Tanto la fundición en cámara caliente como la fundición en cámara fría son métodos de fundición de metales. Pero funcionan de forma diferente. La fundición a presión en cámara caliente utiliza un horno incorporado. Funciona más rápido y fabrica piezas con metales de bajo punto de fusión, como el zinc. Por su parte, la fundición en cámara fría utiliza un horno independiente para fundir el metal. Puede producir piezas de metales de punto de fusión moderado a alto, como el aluminio, pero no funciona con rapidez.

La decisión de selección radica en los tipos de metal y la complejidad de la pieza. Lea este artículo para descubrir sus diferentes aspectos, aleaciones, aplicaciones y procesos.

Fundición en cámara caliente

El proceso se denomina cámaras calientes debido al sistema de inyección sumergido (sistema de cuello de cisne y émbolo) en el metal fundido dentro de un horno. Funciona con mayor rapidez utilizando una técnica automatizada para fabricar piezas metálicas.

El fabricante introduce metal fundido a alta presión en un molde de acero reutilizable. El zinc, el estaño y las aleaciones con base de plomo son los principales metales que utiliza. Este proceso funciona con puntos de fusión más bajos del metal (por debajo de 450°C / 842°F) para evitar daños en el sistema de inyección. Sin embargo, las aleaciones de plomo están restringidas en muchas industrias debido a su toxicidad.

Inyección de metal: El sistema cuello de cisne

Los sistemas de cuello de cisne de la fundición a presión en cámara caliente sirven para bombear aleaciones fundidas a la cavidad de la matriz. Se sumerge en un horno para mejorar el flujo del metal. Un émbolo hidráulico o neumático accionado por aceite/gas a 7-15 MPa / 1.000-2.200 psi introduce el metal en la matriz y lo sube por el cuello de cisne. Este diseño es ideal para la producción en serie, ya que permite entre 2 y 5 inyecciones por minuto.

Retos clave:

Algunas impurezas como el metal oxidado pueden acumularse en el cuello de cisne, formando escoria. Como resultado, bloquean el flujo y reducen la calidad de las piezas. Por ello, los sistemas de limpieza adecuados deben evitarlo.

Además, la exposición constante a la aleación fundida deteriora el émbolo y el cuello de cisne con el tiempo. Esto requiere su sustitución cada 50.000-100.000 ciclos.

Materiales y durabilidad de las matrices

Las matrices se fabrican con materiales más resistentes y duros, como el acero (por ejemplo, de grado H13). Estas matrices suelen resistir presiones y calores intensos. Sin embargo, se forman pequeñas grietas en el interior de la matriz cuando el calor supera los 400°C y se enfría. Cualquier troquel puede durar entre 100.000 y 500.000 ciclos antes de ser reparado.

En cuanto a su coste, sigue siendo elevado: oscila entre $20.000 y $50.000 por troquel. Sin embargo, resulta asequible cuando se utiliza para la producción en serie. El mantenimiento regular, los recubrimientos y la gestión de la temperatura aumentan inevitablemente su vida útil.

Desglose de la duración del ciclo

• Llenado: Se tarda 0,1-0,5 segundos en introducir el metal fundido en la matriz. La velocidad suele depender de la fuerza del émbolo y de la viscosidad del metal.
• Solidificación: El metal fundido se enfría y endurece en 2-10 segundos. Las piezas más gruesas necesitan más tiempo, mientras que las de paredes finas (por ejemplo, 1-3 mm) se enfrían pronto.
• Expulsión: Los pasadores eyectores facilitan este proceso, extrayendo la pieza en 1-3 segundos. Además, el uso de lubricante en spray en la matriz (por ejemplo, grafito) evita que se pegue.

Control de la temperatura

Para obtener una calidad de colada homogénea, es importante elegir una temperatura precisa. Por ello, el horno mantiene el zinc fundido a 410-430°C (770-806°F). Esto significa que los cambios de temperatura de incluso 10 °C pueden causar defectos.

Durante la colada, las resistencias eléctricas o los quemadores de gas calientan el horno. Mientras tanto, los termopares observan la temperatura todo el tiempo. Esto se debe a que un mal control (demasiado caliente) degrada el metal, y demasiado frío provoca escoria. Asimismo, una solidificación prematura no rellena los huecos ni provoca grietas.

Sistema de eyección

La pieza está lista para ser retirada cuando su metal es completamente sólido. Los fabricantes abren la matriz mediante pasadores eyectores que empujan la pieza hacia fuera.

Además, actuadores hidráulicos controlar la fuerza y evitar daños. Mientras tanto, los pasadores en ángulo liberan suavemente las formas complejas. También se puede utilizar una niebla lubricante para enfriar la matriz y evitar que se pegue. Todo esto significa que los sistemas de expulsión que funcionan bien tienen un rendimiento muy eficaz.

Ventajas

• Este proceso es 3-4 veces más rápido que la fundición a presión en cámara fría.
• Los hornos incorporados consumen 20-30% menos energía que los que funden el metal por separado.
• Fabrica piezas con tolerancias estrechas (±0,1 mm) y superficies lisas.
• La fundición en cámara caliente es ideal para la producción en serie (más de 10.000 piezas).
• Se utiliza mucho en bisagras de automóviles o carcasas electrónicas.

Desventajas

• Esta técnica no es adecuada para aluminio o fundición a presión de magnesio. Porque tienen un punto de fusión más alto, lo que dañaría el cuello de cisne.
• La desviación de la temperatura debida a los ciclos frecuentes somete al cuello de cisne a tensiones y, como consecuencia, se producen grietas.
• Requiere desespumar las impurezas para evitar la escoria.

Fundición a presión en cámara fría

La fundición en cámara fría no es como una cámara caliente; tiene un horno independiente para fundir el metal. En su lugar, los fabricantes desplazan el metal fundido a través de una cuchara hasta el manguito de inyección. El émbolo hidráulico lo introduce en la cavidad del molde. El resto del proceso es casi similar. Este proceso funciona bien con temperaturas de fusión de moderadas a altas de metales como el aluminio, el magnesio y las aleaciones a base de cobre.

Colada e inyección de metales

Puede transferir el metal calentado hacia la máquina utilizando una cuchara manual o automatizada.

• El vaciado manual es más lento y poco uniforme. Se utiliza para verter metal fundido en el manguito de granallado. Como resultado, se producen variaciones en la calidad de las piezas.
• El cucharón automatizado se refiere a un brazo robótico. Que mide e inserta con precisión el metal calentado. Rellena los huecos correctamente y reduce los errores humanos. Este proceso ayuda a mejorar los índices de producción en torno a 10-20%. Además, elimina defectos como el atrapamiento de aire y los rellenos incompletos.

Manguito de disparo y émbolo

Los manguitos cortos forman parte de los sistemas de inyección. Es el punto desde el que se vierte el metal fundido antes de inyectarlo en la matriz. Los fabricantes los fabrican con materiales más duros, como el acero, para que puedan soportar temperaturas y presiones intensas.

Mientras que el émbolo es como una varilla accionada por un cilindro hidráulico. Obliga a introducir la aleación fundida en el molde. Suele ser de dos tipos: plano y cónico.

Un émbolo plano funciona para piezas más sencillas con un grosor de pared constante. Mientras tanto, los émbolos cónicos son útiles para diseños resistentes, deteniendo la turbulencia y el atrapamiento de aire.

Materiales para troqueles

Básicamente, las matrices de cámara fría incluyen acero templado para herramientas como H13 o H11. Este material ya ofrece una buena relación resistencia-peso y resistencia al desgaste. Por tanto, soporta el calor elevado (hasta 700 °C/1292 °F) y las presiones de inyección intensas sin deformarse.

Sin embargo, el troquel se enfrenta a algunos retos. Por ejemplo, las comprobaciones térmicas debidas al calentamiento y enfriamiento constantes provocan grietas en la superficie. Por otro lado, la erosión de las aleaciones a alta temperatura provoca un desgaste gradual.

Por lo tanto, hay que centrarse en el mantenimiento regular, los tratamientos superficiales y el recubrimiento (nitruración o PVD). Estos tratamientos pueden aumentar la vida útil de la matriz y mejorar su rendimiento.

Canales de refrigeración

Los ingenieros integran canales de refrigeración en el molde de forma estratégica. Esto se debe a que estos canales regulan la etapa de solidificación y reducen los tiempos de ciclo. Colocarlos cerca de las zonas de alto calor puede producir un enfriamiento constante. Así no se producen alabeos, contracciones ni grietas internas.

Sistema de bebederos y canales

Estos componentes de la máquina de cámara fría ayudan a dirigir la aleación calentada desde el manguito de inyección a la cavidad de la matriz.

La parte del bebedero tiende a ser un punto de entrada desde el que los canales distribuyen el metal. Diséñelas adecuadamente para eliminar defectos importantes como el atrapamiento de aire y el bloqueo del flujo.

Sistema de eyección

En la fase de retirada de las piezas fundidas solidificadas de la matriz sin que sufran daños, los sistemas de expulsión garantizan un funcionamiento sin problemas. Estos sistemas incluyen el uso de pasadores eyectores, pulverización de lubricante, actuadores hidráulicos y cajas eyectoras parecidas a cámaras calientes.

Cuando la pieza se enfría, la matriz se abre, se activa la caja de expulsión y los pasadores expulsores empujan la pieza fundida hacia fuera.

Ventajas

• Puede fundir una gama más amplia de aleaciones como aluminio, magnesio y cobre.
• Hay menos choque térmico porque el manguito de granalla y el émbolo no se enfrentan a un metal fundido constante, lo que reduce el desgaste.
• Puede fabricar piezas muy nítidas y detalladas con paredes finas.

Desventajas

• Es más lento que el proceso de cámara caliente y tarda entre 20 y 60 segundos por pieza.
• Necesita más energía y mantenimiento debido a las temperaturas y presiones más elevadas. Eso lo hace costoso.
• El uso de cucharones manuales y el mantenimiento de las matrices aumentan con frecuencia las necesidades de mano de obra.

Comparación de la fundición a presión en cámara caliente y en cámara fría

Casos prácticos

Los fabricantes suelen utilizar la fundición a presión en cámara caliente para fabricar hebillas y cierres de aleación de zinc. Utilizan esta técnica por su capacidad para producir piezas de pequeño tamaño y fabricación en serie.

Mientras que las matrices de cámara fría, la fundición produce bloques de motor de aluminio. Esta pieza incluye gran tamaño, geometría compleja y la necesidad de alta resistencia. Por eso es mejor la fundición en cámara fría.

Aplicaciones e industrias

Automóvil:

Las industrias de automoción utilizan cámaras calientes para producir piezas de aleación de zinc como componentes de cinturones de seguridad, piezas de limpiaparabrisas y carcasas de equipos de audio para automóviles. Las impresionantes propiedades del zinc les confieren acabados suaves y gran durabilidad.

Por el contrario, la fundición a presión en cámara fría ayuda a fabricar soportes de motor de aluminio, componentes de la sala de máquinas y piezas de iluminación. Esto se debe a que puede crear cualquier diseño difícil con alta resistencia.

Aeroespacial:

La fundición a presión en cámara caliente rara vez se utiliza para piezas aeroespaciales. Esto se debe a que su metal de fundición (zinc, magnesio) tiene un punto de fusión más bajo. Pero eso no significa que no se utilice este proceso en esta industria. Muchas piezas aeroespaciales pequeñas de magnesio, como soportes, carcasas y conectores, se fabrican con él. Así se consigue ligereza, resistencia a la corrosión y durabilidad.

Sin embargo, en los aviones se utilizan piezas de fundición a presión en cámara fría fabricadas con aleaciones de magnesio. Por ejemplo, los bastidores de los asientos y los componentes de la cabina. Estas piezas son más ligeras y resistentes.

Bienes de consumo:

Los fabricantes elaboran productos populares en moda y accesorios mediante fundición a presión en cámara caliente. Por ejemplo, hebillas, cremalleras y adornos decorativos de aleación de zinc.

Las carcasas electrónicas y los disipadores térmicos de aluminio se utilizan mucho en la electrónica de consumo. Se fabrican con un proceso de cámara fría.

Aplicaciones emergentes

Vehículos eléctricos (VE):

La fundición a presión se utiliza cada vez más para fabricar carcasas ligeras de baterías y componentes estructurales para vehículos eléctricos.

La creciente demanda de piezas ligeras para los vehículos eléctricos es la razón del amplio uso de la técnica de fundición a presión. Este proceso crea carcasas de baterías y componentes estructurales que contienen menos peso que la media y son más resistentes.

Tecnología 5G:

El aluminio y el magnesio fundidos a presión se han convertido en componentes importantes para la infraestructura 5G. Por ejemplo, carcasas de antenas y sistemas de gestión térmica.

Conclusión

La fundición a presión en cámara caliente funciona con rapidez y es una opción asequible. Trabaja con metales de bajo punto de fusión, como el zinc. En cambio, la fundición a presión en cámara fría consume más energía, ya que funde la aleación por separado. Sin embargo, este proceso es eficaz con materiales resistentes y de alto punto de fusión, como el aluminio, el cobre, etc. A la hora de elegir, fíjese en la idoneidad del metal, la complejidad del diseño y el volumen de producción. Así obtendrá los resultados deseados.