Preguntas frecuentes sobre el diseño para la fabricación

¿Alguna vez se ha preguntado qué se necesita para diseñar piezas para el proceso de fundición a presión? ¿Dónde está la ubicación óptima de la puerta? ¿Qué tan delgadas pueden ser las paredes? ¿Qué características se pueden agregar?

El ingeniero sénior de aplicaciones de Dynacast, Max Gondek, tiene un título en ingeniería mecánica de Purdue y ha estado en la industria de la fundición a presión durante más de diez años. Explore sus respuestas a las preguntas frecuentes sobre el diseño para la fabricación a continuación:

¿Por qué es importante el diseño para la fabricación (DFM)?

Max Gondek: Es importante colaborar con un ingeniero de Dynacast lo antes posible en la fase de diseño para guiarlo en la dirección correcta al realizar cambios grandes (y críticos).

DFM va a ser cambios relativamente menores que van a tener un gran impacto en la calidad de la pieza, la vida útil de la herramienta y el proceso de fabricación en general.

Max Gondek: En la sección transversal de la fundición de abajo, la vista izquierda muestra una gran hendidura que se ha eliminado. Esa es una vista en sección de un protector de metal, que se utiliza para ayudar a adelgazar la pared en secciones gruesas.

En el lado derecho de la vista, redujimos drásticamente el protector de metal. Normalmente, desea reducir la mayor cantidad posible de material de la fundición, pero en este ejemplo específico, eliminar demasiado material en realidad crearía una condición de pared delgada en el borde interior de la fundición, lo que llevaría a posibles problemas relacionados con el flujo o, peor aún, a un agujero en la fundición.

así como aumentar el grosor de la pared para hacerla más uniforme. Esto nos dio una mejor calidad de fundición y flujo de materiales. También mejoró la vida útil de nuestra herramienta y nos dio algunas áreas para hacer algunas almohadillas de pasador eyector, que son esos pequeños círculos.

Max Gondek: En la sección transversal de la fundición de abajo, la vista izquierda muestra una gran hendidura que se ha eliminado. Esa es una vista en sección de un protector de metal, que se utiliza para ayudar a adelgazar la pared en secciones gruesas.

En el lado derecho de la vista, redujimos drásticamente el protector de metal. Normalmente, desea reducir la mayor cantidad posible de material de la fundición, pero en este ejemplo específico, eliminar demasiado material en realidad crearía una condición de pared delgada en el borde interior de la fundición, lo que llevaría a posibles problemas relacionados con el flujo o, peor aún, a un agujero en la fundición.

así como aumentar el grosor de la pared para hacerla más uniforme. Esto nos dio una mejor calidad de fundición y flujo de materiales. También mejoró la vida útil de nuestra herramienta y nos dio algunas áreas para hacer algunas almohadillas de pasador eyector, que son esos pequeños círculos.

¿Tiene un equipo dedicado para ayudar con DFM?

Max Gondek: Sí. Hacemos estas cosas todos los días. Nuestros trabajos diarios son DFM y análisis de piezas fundidas para los clientes. Nos encanta llegar temprano y nos encanta colaborar en el diseño de piezas.

Nuestro equipo analiza cada diseño y, según la aleación, el tamaño de la pieza, los requisitos de calidad, etc., hacemos recomendaciones que funcionan mejor para usted, así como el proceso de fundición a presión. Utilizamos una amplia variedad de experiencia en todas nuestras instalaciones: contamos con un equipo multifacético que siempre trabajará en conjunto.

Una vez a la semana, reunimos a nuestros gerentes de ingeniería para revisar los diseños en los que estamos trabajando para perfeccionarlos y trabajar hacia una solución que no solo funcione para una planta, sino también para Dynacast en su conjunto. Además, utilizamos software de simulación de fundición (MAGMA) para ayudarnos a llegar al proceso final.

¿Cómo ayuda DFM a evitar la porosidad por contracción?

Max Gondek: Lo primero que hacemos cuando obtenemos un modelo que requiere evaluación es tratar de adelgazarlo y reducir el peso, todo mientras mantenemos un espesor de pared uniforme. El espesor de pared uniforme es realmente crítico en la fundición a presión.

En la fundición a presión, la herramienta de acero se llena con material fundido: aluminio, magnesium, zinc— a alta velocidad. Y el exterior de la fundición se solidifica primero, abriéndose camino hacia adentro. A medida que se solidifica, la aleación de fundición se contrae volumétricamente, dejándolo con porosidad por contracción. Este es uno de los principales defectos que vas a ver en la fundición a presión. En esencia, la pieza queda con pequeños poros que se asemejan a una esponja.

Para evitar la porosidad, recomendamos (y este es un ejemplo muy simplista) agregar ahorradores de peso, o ahorradores de metal, para eliminar la mayor cantidad posible de esa masa.

El objetivo final es tener un grosor de pared lo más uniforme posible porque eso permitirá un patrón de solidificación uniforme, lo que, a su vez, disminuirá la mayor cantidad posible de porosidad por contracción. En nuestro ejemplo a continuación, hemos eliminado material de la parte superior de la pieza, la parte inferior de la pieza, y hemos agregado algunos protectores de metal a la extrusión en la parte delantera para tratar de diluirla también.

Eliminar el peso es relativamente simple, pero tiene un enorme impacto en la calidad de la pieza y, a su vez, afecta la producción, lo que reduce drásticamente el tiempo de ciclo. La fundición a presión generalmente está limitada por la rapidez con la que puede fabricar una pieza, eliminando material de la fundición, esto permite que las piezas se solidifiquen más rápido y conduce a más disparos por hora y, en esencia, reduce el costo de la pieza.

¿Cómo afecta el borrador al diseño de piezas en la fundición a presión?

Max Gondek: Una vez que la forma general de la pieza está terminada y se adelgaza un poco, el borrador es lo siguiente crucial que debe agregar.

La mejor analogía que tengo para el borrador, que se está volviendo cada vez menos relevante, son las bandejas de cubitos de hielo de la vieja escuela. Le echas agua, lo metes en el congelador, esperas un rato, lo sacas y luego doblas y rompes la bandeja, viendo caer los cubitos de hielo. Sin embargo, cuando rompes esos cubitos de hielo, no son cuadrados perfectos. La bandeja de cubitos de hielo tiene bordes cónicos, o corrientes de aire, en el molde para permitir que salga el hielo.

La misma lógica se aplica con la fundición a presión. Si no tenía corrientes de aire y todas sus paredes eran perpendiculares, la fundición se adheriría a la herramienta. No podría sacar la pieza de la herramienta y continuar haciendo piezas fundidas.

Entonces, hemos reducido nuestra parte, hemos agregado el borrador y ahora, necesitamos evaluar agregar radios, filetes y rondas.

¿Cuáles son las ventajas de los filetes y radios en el diseño de piezas?

Max Gondek: Los filetes y los radios rompen las esquinas afiladas de la fundición a presión. La regla general es que no puede tener una esquina afilada en una fundición a presión que no sea la línea de partición (donde se unen dos piezas de acero para herramientas).

Desde el punto de vista de la fundición, esto ayudará con el flujo de material y disminuirá las concentraciones de tensión. A medida que la fundición se solidifica, en realidad ejerce tensiones sobre el material de fundición, por lo que tener rondas y filetes disminuirá la concentración de tensión y ayudará a evitar que las piezas fundidas se agrieten, ¡definitivamente una gran ventaja! La vida útil de la herramienta también se extenderá con estas características.

¿Qué pasa si mi pieza sigue fallando en las pruebas? ¿Cómo puede ayudar DFM?

Max Gondek: Permítame explicarle un error común que comete la mayoría de la gente al diseñar para fundición a presión. Imagínese someter su pieza a un análisis de elementos finitos (FEA) y que falle debido a que no cumple con los requisitos estructurales. Una cosa que la mayoría de la gente intenta hacer es tratar de hacerlo más grueso. Agregan más masa y, a su vez, aumentan los radios y el grosor de la pared. Más grueso es más fuerte, ¿verdad? No.

Lo mejor que puede hacer si está intentando mejorar la fuerza de lanzamiento es agregar costillas, telarañas, tipo de aspectos estructurales de esa naturaleza.

¿Cuál es la función de los jefes de los pasadores eyectores?

Max Gondek: Entonces, como mencioné antes, tienes corrientes de aire, ayuda a que la fundición se desprenda de la herramienta, pero una de las cosas que realmente necesita empujar la fundición se llama pasadores eyectores.

Estos serán, ya sabes, pasadores de acero en el acero para herramientas que realmente pueden accionar y mover la fundición de la herramienta. Por lo tanto, empujarán físicamente la fundición, lo que permite que sea expulsada, agarrada con un robot y luego, ya sabes, utilizada durante cualquier posprocesamiento. Algunas piezas de fundición están muy bien diseñadas desde el principio y no necesitan nada sofisticado. Sin embargo, es posible que otras piezas fundidas deban agregar una característica específica solo para los pasadores eyectores.

La imagen en la parte superior derecha puede mostrar, tal vez, una especie de jefe de pasador eyector que se agrega al costado, que le permite empujar. Generalmente, desea empujar la parte superior de una costilla, no necesariamente en la base de una caja. Si tiene algo con, como, muchas aletas de disipador de calor, muchas veces también agregaremos jefes de pasador eyector en ellos, como se ve en la parte inferior derecha. Entonces, esos, nuevamente, nos darán un área para empujar, empujar la fundición del acero para herramientas.

¿Cuál es la importancia de las tolerancias en el proceso de fundición a presión?

Max Gondek: Resolver su diseño lo antes posible es realmente crucial. Es posible que tenga un hermoso modelo CAD. Se ve muy bien. Tiene todo el tiro, las rondas y los filetes, pero debemos asegurarnos de que también cumpla con los requisitos de tolerancia.

Por nuestra parte, podemos ayudar con el diseño de la línea de partición, la configuración de las herramientas, la variación de temperatura y el análisis, pero hay mucho trabajo que se debe hacer en el lado de la geometría de la pieza que afecta el lado dimensional, como la contracción lineal. También debe comprender las limitaciones de la fundición a presión.

Desde el punto de vista de las tolerancias, si está tratando de reducir el mecanizado, la fundición a presión es una excelente solución para cumplir con las tolerancias requeridas.

¿Cómo influye el material en el diseño para la fabricación?

Max Gondek: El material es tan importante en el proceso de DFM como cualquiera de los otros pasos mencionados anteriormente. Y la elección del material juega un papel importante en el diseño de su componente. Sin entrar en demasiados detalles, el mejor lugar que puedo señalarle es nuestra herramienta de selección de metales.  Recomiendo encarecidamente esta herramienta. Le permite alternar en tiempo real entre conductividad térmica, resistencia a la tracción, pesos, densidades, etc. Realmente puede averiguar qué aleación tiene más sentido para usted y su proyecto.