Fundición en cámara fría: Guía completa

El proceso de fundición a presión en cámara fría se inicia vertiendo primero el metal fundido en una cámara de inyección separada y forzándolo después a salir en un molde de acero. Este proceso trabaja con aleaciones de alta fusión, como aluminio, cobre y magnesio. Se trata de un proceso de producción de alta presión y tolerancias estrictas que se utiliza en la fabricación de piezas industriales, electrónicas y de automoción. 

¿Qué es la fundición a presión en cámara fría y cuándo utilizarla?

Fundición a presión en cámara fría es un moldeado de metales a alta presión, que arruinaría o corroería un sistema de cámara caliente. Prácticamente, los operarios funden el metal en otro horno. A continuación, vierten el metal fundido en un manguito de granalla sin calentar. El metal se introduce a presión en el molde cerrado mediante un émbolo hidráulico. La sección se endurece muy rápidamente y la matriz se abre para expulsar la pieza fundida. Puede utilizarse cuando la aleación tiene una temperatura de fusión elevada o cuando la aleación corroería los componentes de inyección, como las aleaciones de aluminio y cobre. El proceso sacrifica la velocidad del ciclo por la escala y la flexibilidad de la aleación. 

Proceso de fundición a presión en cámara fría paso a paso

La fundición a presión en cámara fría es una de las técnicas más fiables para fabricar piezas metálicas de alta calidad. Cada proceso debe controlarse en términos de temperatura, presión y tiempo. Pequeñas variaciones pueden afectar al acabado superficial, la resistencia y la precisión dimensional del producto final.

Fundir el metal

Comienza fundiendo el metal en un horno independiente. Se utilizan sobre todo aleaciones de aluminio, magnesio y cobre. En el caso del aluminio, suele ser de 650degC y 750degC. Es necesario mantener limpia la masa fundida.

El operario elimina las impurezas con ayuda de fundentes y herramientas de espumado. En caso de que quede algo de óxido o gas, puede introducir defectos como porosidad o inclusiones en el futuro.

En los hornos de alta tecnología, un sistema de dosificación es la conexión directa entre el horno y una máquina de fundición a presión de China Cold. Esto garantiza que la temperatura y la composición del metal fundido sean uniformes en cada disparo.

Metal fundido a la cámara de disparo

A continuación, se vierte metal fundido en la cámara de granallado o en el manguito de granallado. Esto puede hacerse manual o automáticamente.

El cucharón manual es fácil, menos rápido y tiene más posibilidades de atrapar aire. Por su parte, los sistemas de cucharón automáticos proporcionan cantidades precisas de metal con poca turbulencia.

La oxidación y la inclusión de gas pueden evitarse controlando la velocidad y la temperatura de inyección. Otros precalientan un poco el manguito de inyección para que no baje bruscamente de temperatura, a fin de permitir la fluidez de la inyección.

3. Inyección en la cavidad de la matriz

Se utiliza un émbolo hidráulico para inyectar el metal fundido a alta presión en la cavidad de la matriz una vez que se encuentra en el manguito de inyección. Esta es la fase fundamental de la fundición a presión en cámara fría.

La presión de inyección varía entre 3.000 psi y más de 20.000 psi, dependiendo del tamaño de la pieza y de la aleación. El ciclo de inyección consta normalmente de dos etapas:

1. Etapa de llenado rápido: El émbolo se fuerza muy rápido para llenar la matriz hasta que el metal empieza a endurecerse.
2. Fase de intensificación o envasado: El metal se somete a un nuevo prensado para tensarlo y eliminar la contracción.

La puntualidad de estas fases es fundamental. Recientes máquinas de fundición a presión de cámara fría de China, los sistemas servohidráulicos regulan automáticamente la presión y la velocidad de cada disparo y garantizan la homogeneidad.

Solidificación y enfriamiento

• Cuando el metal fundido se vierte en la matriz, el enfriamiento y la solidificación comienzan de inmediato.
• La matriz tiene canales de refrigeración internos por los que circula agua o aceite para enfriarla eficazmente.
• Para garantizar una calidad uniforme, es necesario mantener una temperatura óptima de la matriz entre 150 o C y 250 o C.
• Cuando la matriz está sobrecalentada, los tiempos de ciclo se alargan y pueden producirse rebabas. Cuando está demasiado frío, el metal puede solidificarse antes de llenar la cavidad y provocar cierres en frío o fallos de funcionamiento.
• Los sistemas de alta tecnología pueden ser capaces de realizar simulaciones térmicas y sensores de temperatura para observar las zonas calientes y diseñar disposiciones de refrigeración para lograr una distribución uniforme del calor.

Troquel de apertura y expulsión de piezas

Una vez que el metal se ha solidificado, la máquina abre la matriz, tras lo cual unos pasadores eyectores o unos brazos robóticos extraen la pieza fundida.

Sólo debe expulsarse cuando está totalmente solidificado; de lo contrario, se deforma. En las formas complejas, hay más de un pasador eyector, lo que garantiza la liberación limpia de la cavidad de la matriz.

Los robots toman las piezas en las líneas automatizadas y las colocan en cintas transportadoras para recortarlas y enfriarlas. Esto aumenta la reducción de daños por manipulación y acelera la producción.

Recorte y acabado

• Una vez expulsada la colada, ésta todavía incluye material sobrante de canales, compuertas y rebabas.
• Se cortan mediante prensas de recorte, sierras o máquinas CNC.
• En otros, el recorte se realiza automáticamente mediante sistemas de recorte robotizados para garantizar una producción uniforme.
• Tras el recorte, las piezas fundidas pueden someterse a procesos secundarios como mecanizado, taladrado, roscado, pulido, anodizado o revestimiento.
• Estas medidas mejoran la precisión de las dimensiones y el acabado de la pieza, y la denominan montaje o inspección final.

Inspección y control de calidad

La última es la inspección y el control de calidad. Cada pieza fundida se inspecciona para garantizar que tiene las tolerancias y normas de calidad necesarias.

Los tipos de inspección más habituales son:

• Calibradores/máquina de medición por coordenadas (MMC).
• Comprobación gráfica de fisuras, llamaradas o defectos superficiales.
• Para determinar la porosidad interna se utilizan pruebas que no implican destrucción, como las de rayos X o ultrasonidos.
• Pruebas de componentes de cárteres de motor o válvulas, como fugas o presión.

La maquinaria de la moderna fundición a presión en cámara fría china suele estar equipada con sensores y software que realizan un seguimiento de todos los parámetros: temperatura de la masa fundida, presión de inyección y temperatura de la matriz, lo que permite controlar la calidad en tiempo real.

Optimización de proceso y control

La calidad de los resultados debe basarse en la calidad controlada en cada paso.

• Los operarios vigilan aspectos como la limpieza de la masa fundida, el método de vertido, la velocidad del disparo, la curva de presión y la temperatura de la matriz.
• Los pequeños desechos pueden añadir o causar errores dimensionales.
• La automatización ayuda a minimizar los errores humanos. Se mejora la repetibilidad y se reduce la porosidad con el uso de servocontroles, manipulación robotizada y sistemas de vacío.
• El mantenimiento rutinario -limpieza de conductos hidráulicos, inspección de juntas y calibración de sensores- es la garantía de la regularidad del trabajo de la máquina.

Seguridad y factores medioambientales

• La manipulación de metales fundidos es peligrosa.
• Los operarios deben utilizar guantes resistentes al calor, mascarillas y ropa protectora.
• Debe haber paradas de emergencia, protecciones térmicas y alarmas automáticas de temperatura o presión en las máquinas.
• Los sistemas modernos también son eficientes desde el punto de vista energético y minimizan los residuos desde el punto de vista medioambiental.
• Los sistemas servohidráulicos consumen menos energía. Los circuitos de refrigeración están refrigerados por agua.
• Algunas máquinas chinas de fundición a presión en cámara fría tienen sistemas de circuito cerrado, en los que se reutiliza el calor, lo que minimiza la huella de carbono.

Materiales y aleaciones utilizados habitualmente.

El uso de una cámara fría es preferible en aleaciones que no pueden utilizarse en máquinas de cámara caliente. Los materiales más utilizados son las aleaciones de aluminio, magnesio, cobre y algunas combinaciones de zinc y aluminiom en las que debe evitarse a toda costa la corrosión del mecanismo de inyección. En las piezas estructurales de automoción, predominan las aleaciones de aluminio. El magnesio es aplicable en situaciones en las que la ligereza es un problema. Ambas aleaciones tienen su propio punto de fusión, fluidez y comportamiento de contracción, que deben tenerse en cuenta en el diseño del molde y los parámetros del proceso. 

Maquinaria y características - como la elección de la máquina de fundición a presión de cámara fría de China.

Máquinas de fundición a presión: Las máquinas de fundición a presión de cámara fría están formadas por un bastidor robusto, una unidad de inyección de alta presión, un sistema hidráulico y la electrónica de control. Las máquinas modernas disponen de servohidráulica para ahorrar energía y mejorar el control, controles informáticos para que los perfiles de inyección sean programables y sistemas auxiliares integrados, como controladores de temperatura de la matriz y sistemas automáticos de cuchara de colada. También es posible encontrar proveedores chinos de máquinas de fundición a presión de cámara fría que ofrecen una gran variedad de modelos y diferentes gamas de precios en caso de que esté buscando máquinas. Hay modelos compactos de fabricantes chinos que se adaptan a pequeños talleres y máquinas de gran tonelaje que son apropiadas para la producción de grandes volúmenes. Los constructores chinos tienden a empaquetar los equipos de fusión y manipulación para ofrecer también una línea llave en mano. Compare las máquinas en términos de comprobación de la fuerza de cierre máxima (toneladas), volumen en la inyección, control de velocidad en una inyección, tamaño de la matriz y automatización. 

Fundamentos del diseño de herramientas y matrices

El acero templado para herramientas suele ser el de la matriz (molde. El diseño de la matriz debe permitir un flujo controlado de los metales y del aire gaseoso que se escapa, así como una geometría y canales de refrigeración para enfriar rápidamente el diseño. Las cuestiones de diseño más importantes son la prevención de los cierres en frío, la reducción de la porosidad y la contención de la contracción. Las danesas, las correderas y los núcleos son típicos del conformado de geometrías complicadas. Un buen mantenimiento de la matriz, como el pulido y granallado entre pasadas sucesivas, aumenta la vida útil de la herramienta y mantiene el acabado de la superficie.

Cuadro de control de calidad

Usos de la fundición a presión en cámara fría

La fundición a presión en cámara fría es una tecnología crucial en la industria contemporánea que necesita componentes metálicos de alta precisión, resistentes e intrincados. Debido a su capacidad para procesar metales con altos puntos de fusión, como el aluminio, el cobre y el magnesio, se ha utilizado como proceso de producción deseable en piezas vitales de industrias como la automovilística, la aeroespacial, la electrónica y la maquinaria pesada.

Industria del automóvil

La industria del automóvil es una gran consumidora de componentes de fundición a presión en cámara fría. El proceso se utiliza en la fabricación de piezas de un bloque motor, carcasas de transmisión, tapas de embrague, cajas de cambios y piezas de ruedas. Estos componentes tienen que soportar elevadas cargas mecánicas, altas temperaturas y vibraciones constantes. La fundición a presión en cámara fría se realiza para garantizar un alto nivel de dimensiones y rendimiento. En este sentido, las aleaciones de aluminio y magnesio son especialmente populares en la industria debido a su capacidad para ofrecer resistencia incluso con el bajo peso del vehículo, aumentando así la eficiencia del combustible y la maniobrabilidad.

Industria aeroespacial

En la producción aeroespacial, todas las piezas deben ofrecer un equilibrio perfecto entre peso, resistencia y precisión. La fundición a presión en cámara fría permite fabricar soportes estructurales, soportes de fuselaje, carcasas y piezas relacionadas con el motor con una gran precisión dimensional. La escasa finura de la superficie y la integridad interior que ofrece esta técnica de fundición la hacen muy apropiada en aplicaciones aeroespaciales, ya que las piezas aeroespaciales tienen que tener un alto nivel de seguridad y fiabilidad.

Industria electrónica

La fundición a presión en cámara fría es útil para la industria electrónica en la producción de componentes complejos de gran precisión. Los componentes de dispositivos electrónicos, como disipadores de calor, carcasas, conectores y carcasas de dispositivos electrónicos, se fabrican normalmente con aleaciones de aluminio. Estos componentes deben tener una buena conductividad térmica, ser ligeros y resistentes a la corrosión. Los componentes de aluminio fundido a presión son útiles para refrigerar el calor con eficacia, mejorando así el rendimiento y la longevidad de los dispositivos electrónicos actuales, como ordenadores, luces LED y dispositivos de comunicación.

Maquinaria y equipos industriales

Bombas, válvulas, compresores, carcasas de motores y piezas hidráulicas de máquinas industriales también se fabrican mediante fundición en cámara fría. Estos componentes deben trabajar en condiciones extremas y necesitan una gran resistencia y precisión dimensional. El proceso garantiza la uniformidad del grosor de la pared, buenas superficies de sellado y buenas características mecánicas. La razón por la que los fabricantes eligen este método para la maquinaria industrial es que puede producirse en grandes volúmenes sin perder precisión.

Aplicaciones de consumo y energía Aplicaciones de consumo y energía

Además de las industrias pesadas, el proceso se aplica a bienes de consumo como herramientas eléctricas, electrodomésticos de cocina y elementos energéticos como soportes de paneles solares y conexiones de aerogeneradores. Las máquinas de fundición a presión de cámara fría de China son versátiles, por eso pueden fabricar piezas duraderas y ligeras en grandes cantidades para mejorar el rendimiento y el aspecto del diseño en el consumo y la energía.

Ventajas de la fundición a presión en cámara fría

El proceso de fundición a presión en cámara fría tiene varias ventajas que lo califican como una técnica favorable de fundición de componentes metálicos de alta calidad y precisión. Estas ventajas lo hacen muy popular en diversas industrias.

Alta resistencia y precisión

Esto se hace facilitando a los fabricantes la fabricación de elementos potentes, gruesos y de dimensiones precisas. Se utiliza alta presión para que el metal fundido llene completamente la cavidad del molde sin dejar huecos ni vacíos. Lo que se obtiene es una pieza sólida que tiene una buena integridad estructural y un grosor uniforme. La combinación adecuada de estas propiedades hace que la fundición a presión en cámara fría sea ideal para piezas que tienen que soportar cargas mecánicas o estrés ambiental, como carcasas de automóviles y componentes estructurales.

Aplicable a aleaciones de alta fusión

El proceso de cámara fría, a diferencia del proceso de cámara caliente, puede trabajar con metales de alto punto de fusión, como el aluminio, el magnesio y el cobre. No es posible utilizar estas aleaciones en máquinas de cámara caliente porque se corroen o se dañan con el calor. La posibilidad de trabajar con estas aleaciones brinda la oportunidad de desarrollar piezas más baratas pero más fuertes y resistentes a la corrosión, cualidades necesarias en los sectores aeroespacial y automovilístico.

Excelente acabado superficial

La fundición a presión en cámara fría es el proceso que proporciona un acabado superficial liso y detallado, dejando un mínimo o ningún mecanizado o pulido secundario de la pieza. Las piezas fundidas finales son limpias y atractivas con un diseño correcto de la matriz y una refrigeración adecuada. La calidad de la superficie también mejora el rendimiento de la adherencia de la pintura, el revestimiento y el sellado, lo que ahorra tiempo y costes en la fase posterior al proceso.

Repetitividad y eficacia

Una vez optimizado y diseñado el troquel, es posible reproducirlo miles de veces sin apenas diferencias de calidad. Esto la hace ideal cuando se trata de la producción en serie de las mismas piezas. Con las máquinas de fundición a presión de cámara Chinacold, los fabricantes pueden automatizar los procesos de colado, pulverización y expulsión para mejorar la velocidad de producción y reducir los costes de mano de obra sin comprometer la precisión.

La precisión dimensional y la complejidad

La fundición a presión en cámara fría permite producir geometrías intrincadas y componentes de paredes finas que, de otro modo, serían difíciles o imposibles de fabricar con otros procesos. El metal se inyecta a alta presión, lo que permite captar detalles complejos de la matriz y obtener tolerancias dimensionales muy ajustadas. Esta precisión minimiza las necesidades de mecanizado y garantiza un ajuste perfecto de las piezas una vez encajadas en productos más grandes.

Larga vida útil de la herramienta

Dado que el troquel está fabricado en acero endurecido y se enfría muy bien en cada ciclo de cocción, puede sobrevivir a miles de cocciones antes de que sea necesario sustituirlo. Esta longevidad reduce los gastos de utillaje a largo plazo, sobre todo cuando la tirada de producción es grande.

Desventajas y limitaciones

Aunque la fundición a presión en cámara fría presenta numerosas ventajas, tiene sus propias limitaciones, que los fabricantes deben tener en cuenta antes de implantarla en un proyecto. El conocimiento de estas limitaciones ayudará a seleccionar el proceso de fundición adecuado y a aumentar la eficiencia de la producción.

Tiempos de ciclo más lentos

La duración del ciclo es mayor porque el metal fundido se introduce con cuchara (a mano o de forma semiautomática) en la cámara de granallado, en un horno externo, y no mediante el proceso de cámara caliente. Los demás pasos de manipulación y control de la temperatura, que se realizan en cada ciclo, ralentizan un poco la velocidad de producción. No obstante, las actuales máquinas de fundición a presión de cámara fría de China, que incorporan sistemas de cuchara de colada, han reducido este inconveniente a un nivel mínimo.

Mayores costes de instalación y utillaje

Los costes iniciales de los equipos y utillajes de fundición a presión en cámara fría son bastante elevados. Se necesita ingeniería de precisión en matrices, sistemas de inyección y otras piezas auxiliares, y esto añade costes iniciales. Pero cuando el volumen es alto, el coste por pieza se reduce significativamente con el tiempo y, por tanto, a largo plazo, el proceso resulta rentable.

Gama de aleación limitada

Las máquinas de cámara fría se aplican generalmente con aleaciones de alto punto de fusión, como aluminio, magnesio y cobre. No pueden utilizarse con metales de baja fusión, como el zinc, el plomo o el estaño, que normalmente se hacen mediante el método de cámara caliente. Esto significa que la elección de materiales es ligeramente limitada en comparación con otras tecnologías de fundición.

Necesidad de operarios cualificados

Debido al control de la presión, el control de la temperatura y la precisión del tiempo, el proceso de fundición a presión en cámara fría requiere trabajadores cualificados y altamente cualificados. La porosidad, las coladas erróneas o los cierres en frío son algunos de los defectos que pueden surgir en caso de vertido inconsistente o presión de inyección inadecuada. Para mantener una calidad constante de los productos, se debe recurrir a la formación y la supervisión.

Mantenimiento y consumo de energía

Un sistema de cámara fría requiere hornos externos y sistemas hidráulicos de alta presión, que consumen mucha energía. También requiere un mantenimiento regular para evitar fugas hidráulicas y el desgaste de las matrices, así como desequilibrios de temperatura. No tener en cuenta estos aspectos puede repercutir en la productividad y la consistencia del producto.

Comparación de cámaras frías y calientes

Las máquinas de cámara caliente retienen la masa fundida en la máquina y son rápidas. Se adaptan bien a las aleaciones de baja fusión, como el zinc y el plomo. El horno está separado por cámara fría máquinas. Son más lentas y pueden trabajar con aluminio y aleaciones a altas temperaturas sin corroer la máquina. Seleccione componentes calientes y de zinc. Elija la selección de aleaciones en frío y piezas más grandes y pesadas. 

Aspectos económicos y tamaño

Algunos de los principales costes son el utillaje (troqueles), la materia prima, la amortización de la máquina, la mano de obra, el acabado y el control de calidad. El mayor coste inicial suele ser el utillaje. El coste por pieza disminuye rápidamente con el volumen, por lo que necesita economías de escala. En la compra de máquinas, las baratas ahorran capital pero pueden costar más en chatarra, necesitar más mantenimiento o ser poco automatizables para ahorrar en costes de mano de obra permanente. Hay que tener en cuenta el coste total de propiedad y no el precio de compra.

Componentes de una máquina de fundición a presión de cámara fría

Una máquina china convencional de fundición a presión de cámara fría consta de:

• Marco/unidad de sujeción: Aquí es donde se aplica alta presión a la matriz.
• Sistema de inyección: Introduce el metal fundido en la cavidad de la matriz a gran velocidad.
• Sistema hidráulico: Acciona el movimiento del émbolo y la matriz.
• Sistema de refrigeración: Controla la temperatura de los troqueles.

Los puntos de compra a tener en cuenta de un vistazo a los proveedores de máquinas de fundición a presión de cámara fría de China.

• Solicite las especificaciones completas: fuerza de sujeción, volumen de disparo, carrera y sistema de control.
• Infórmese sobre el uso de la automatización: estaciones de carga/dosificación, manipulación de piezas y recorte.
• Compruebe las referencias y las piezas de muestra: Encargar fotografías, radiografías y hojas de proceso.

Tenga en cuenta los servicios posventa y los recambios. En el caso de las máquinas chinas, tenga en cuenta el plazo de entrega de las piezas y el servicio. Muchos buenos fabricantes chinos ofrecen buenos precios y soluciones llave en mano, pero los contratos de servicio cuentan. 

Tendencias futuras de la fundición a presión en cámara fría

El proceso de fundición a presión en cámara fría seguirá desarrollando la automatización inteligente, el control de IA y los servosistemas de eficiencia energética. Las empresas chinas apuestan cada vez más por la integración de la Industria 4.0, que les permite seguir la producción en tiempo real, prever el mantenimiento y controlar la calidad utilizando la nube. También hay una tendencia hacia los materiales ligeros, como las aleaciones de magnesio, donde las empresas de automoción tienen como objetivo la eficiencia en el consumo de combustible.

Los nuevos sistemas híbridos combinan las técnicas de inyección en vacío y en cámara fría para reducir la porosidad y mejorar la integridad de la superficie. Los sofisticados sensores y la velocidad de control de la inyección proporcionan a los fabricantes una mayor uniformidad y menos mermas.

En los próximos años veremos líneas de fundición a presión aún más sostenibles con sistemas de refrigeración de circuito cerrado, dosificación automatizada de aleaciones y producción virtual con gemelos digitales.

Reflexiones finales

Cold chamber die casting has remained a pillar of present-day metal production. It is accurate, durable and efficient in the manufacturing of complex metal parts. In sourcing China, you should select a China cold chamber die casting machine that is affordable in terms of tonnage and control precision, and also provides long-term service coverage.

The buyer’s checklist can help you achieve an affordable solution without sacrificing quality by doing a comparative analysis of the models of machines. Investing in a dependable cold chamber set-up will provide the predictable results and profitability in the long run either case of producing automotive parts, structural housings, or electronic parts.