fundición inyección

5/10/2018 Fundición inyección - slidepdf.com

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Procesos de fundición

fundición a la arena. Arena, moldes, modelos, corazones y terminado

El proceso para producir piezas u objetos útiles con metal fundido se le conoce como proceso de

fundición. Este proceso se ha practicado desde el año 2000 ac. Consiste en vaciar metal fundidoen un recipiente con la forma de la pieza u objeto que se desea fabricar y esperar a que seedurezca al enfriarse.

Para lograr la producción de una pieza fundida es necesario hacer las siguientes actividades:

1. Diseño de los modelos de la pieza y sus partes internas2. Diseño del molde3. Preparación de los materiales para los modelos y los moldes4. Fabricación de los modelos y los moldes5. Colado de metal fundido

6. Enfriamiento de los moldes7. Extracción de las piezas fundidas8. Limpieza de las piezas fundidas9. Terminado de las piezas fundidas10. Recuperación de los materiales de los moldes

Moldes temporales

Los recipientes con la forma deseada se conocen como moldes, éstos se fabrican de diferentesmateriales como: arena, yeso, barro, metal, etc. Los moldes pueden servir una vez o varias. En el primer caso se les conoce como moldes temporales y los que se pueden utilizan varias veces, se

les conoce como moldes permanentes.Modelos desechables y removibles

Los moldes se fabrican por medio de modelos los que pueden ser de madera, plástico, cera, yeso,arena, poliuretano, metal, etc. Si los modelos se destruyen al elaborar la pieza, se dice que éstosson disponibles o desechables y si los modelos sirven para varias fundiciones se les llamaremovibles.

Fundición en moldes de arena

Uno de los materiales más utilizados para la fabricación de moldes temporales es la arena sílica oarena verde (por el color cuando está húmeda). El procedimiento consiste en el recubrimiento deun modelo con arena húmeda y dejar que seque hasta que adquiera dureza.

Fundición en moldes de capa seca

Es un procedimiento muy parecido al de los moldes de arena verde, con excepción de quealrededor del modelo (aproximadamente 10 mm) se coloca arena con un compuesto que al secar



hace más dura a la arena, este compuesto puede ser almidón, linaza, agua de melaza, etc. Elmaterial que sirve para endurecer puede ser aplicado por medio de un rociador y posteriormentesecado con una antorcha.

Fundición en moldes con arena seca

Estos moldes son hechos en su totalidad con arena verde común, pero se mezcla un aditivo comoel que se utiliza en el moldeo anterior, el que endurece a la arena cuando se seca. Los moldesdeben ser cocidos en un horno para eliminar toda la humedad y por lo regular se utilizan cajas defundición, como las que se muestran más adelante. Estos moldes tienen mayor resistencia a losgolpes y soportan bien las turbulencias del metal al colarse en el molde.

Fundición en moldes de arcilla

Los moldes de arcilla se construyen al nivel de piso con ladrillos o con materiales cerámicos, sonutilizados para la fundición de piezas grandes y algunas veces son reforzados con cajas de hierro.

Estos moldes requieren mucho tiempo para su fabricación y no son muy utilizados.Fundición en moldes furánicos

Este proceso es bueno para la fabricación de moldes o corazones de arena. Están fabricados conarena seca de grano agudo mezclado con ácido fosfórico, el cual actúa como acelerador en elendurecimiento, al agregarse a la mezcla una resina llamada furánica. Con esta mezcla de ácido,arcilla y resina en dos horas el molde se endurece lo suficiente para recibir el metal fundido.

Fundición con moldes de CO2

En este tipo de moldes la arena verde se mezcla con silicato de sodio para posteriormente ser apisonada alrededor del modelo. Una vez armado el molde se inyecta bióxido de carbono a presión con lo que reacciona el silicato de sodio aumentando la dureza del molde. Con la durezaadecuada de la arena del molde se extrae el modelo, si este fuera removible, para posteriormenteser cerrado y utilizado.

También los procesos de moldeo pueden ser clasificados por el lugar en el que se fabrican.

1. Moldeo en banco. Este tipo de moldeo es para trabajos pequeños y se fabrican en un banco que se encuentre a la mano del trabajador.

2. Moldeo de piso. Para piezas grandes en las que su manejo es difícil y no pueden ser

transportadas de un sitio a otro.3. Moldeo en fosa. Cuando las piezas son extremadamente grandes y para su alimentación esnecesario hacer una fosa bajo el nivel medio del piso.

Ventajas de los modelos desechables

1. Para la fabricación de moldes sin máquinas de moldeo se requiere menos tiempo.2. No requieren de tolerancia especiales.



3. El acabado es uniforme y liso.4. No requiere de piezas sueltas y complejas.5. No requiere de corazones6. El moldeo se simplifica notablemente.

Desventajas de los modelos desechables

1. El modelo es destruido en el proceso de fundición.2. Los modelos son más delicados en su manejo.3. No se puede utilizar equipo de moldeo mecánico.4. No se puede revisar el acabado del molde.

Partes de un molde

1. Vasija de vaciado. Entrada del metal fundido al molde.2. Bebedero. Conducto por el cual baja el metal fundido para la alimentación del metal al

molde.3. Corredor alimentador. Vasija inferior que permite la entrada del material a la cavidad. En

algunos caso se coloca un rebosadero antes del corredor alimentador para que se atrape laescoria o partículas extrañas del metal fundido.

4. Rebosaderos. Son espacios que pueden ser ciegos o abiertos y que sirven para permitir que la escoria del material fundido flote y sea atrapada. También sirven para conocer si elmaterial llenó en su totalidad la cavidad del molde.

Tolerancias en los modelos

En el diseño de los modelos que se utilizan para construir un molde es necesario tener enconsideración varias tolerancias.

1. Tolerancia para la contracción. Se debe tener en consideración que un material alenfriarse se contrae dependiendo del tipo de metal que se esté utilizando, por lo que losmodelos deberán ser más grandes que las medidas finales que se esperan obtener.

2. Tolerancia para la extracción. Cuando se tiene un modelo que se va a remover esnecesario agrandar las superficies por las que se deslizará, al fabricar estas superficies sedeben considerar en sus dimensiones la holgura por extracción.



3. Tolerancia por acabado. Cuando una pieza es fabricada en necesario realizar algún trabajode acabado o terminado de las superficies generadas, esto se logra puliendo o quitandoalgún material de las piezas producidas por lo que se debe considerar en el modelo estarebaja de material.

4. Tolerancia de distorsión. Cuando una pieza es de superficie irregular su enfriamiento

también es irregular y por ello su contracción es irregular generando la distorsión de la pieza, estos efectos deberán ser tomados en consideración en el diseño de los modelos.5. Golpeteo. En algunas ocasiones se golpean los modelos para ser extraídos de los moldes,

acción que genera la modificación de las dimensiones finales de las piezas obtenidas,estas pequeñas modificaciones deben ser tomadas en consideración en la fabricación delos modelos.

Observe que cuando se utilizan modelos disponibles muchas de las tolerancias antes mencionadasno son aplicables.

procesos especiales de fundición

Fundición en moldes metálicos

La fundición en moldes permanentes hechos de metal es utilizada para la producción masiva de piezas de pequeño o regular tamaño, de alta calidad y con metales de baja temperatura de fusión.Sus ventajas son que tienen gran precisión y son muy económicos, cuando se producen grandescantidades. Existen varios tipos de moldes metálicos utilizados para la fabricación de piezas por lo regular de metales no ferrosos, a continuación se mencionan algunos de las más utilizados.

1. Fundición en matricesEn este proceso el metal líquido se inyecta a presión en un molde metálico (matriz), la inyecciónse hace a una presión entre 10 y 14 Mpa, las piezas logradas con este procedimiento son de grancalidad en lo que se refiere a su terminado y a sus dimensiones. Este procedimiento es uno de losmás utilizados para la producción de grandes cantidades de piezas fundidas. Se pueden utilizar dos tipos de sistema de inyección en la fundición en matrices.

• Cámara caliente• Cámara fría

El procedimiento de fusión en cámara caliente se realiza cuando un cilindro es sumergido en elmetal derretido y con un pistón se empuja el metal hacia una salida la que descarga a la matriz.Las aleaciones más utilizadas en este método son las de bajo punto de fusión como las de zinc,estaño y plomo. Las piezas que se producen son de 20 a 40 kg y se llegan a manejar presionessuperiores a los 35 Mpa. Es un proceso rápido que se puede fácilmente mecanizar.

Fundición con cámara caliente



El proceso con cámara fría se lleva metal fundido por medio de un cucharón hasta un cilindro por el cual corre un pistón que empuja al metal a la matriz de fundición, las piezas obtenidas son deunos cuantos gramos a 10 kg y sólo es recomendable en trabajos de poca producción.

2. Fundición en cámara fría

Fundición con molde permanente por gravedad



Este tipo de fundición es utilizado para piezas en las que la calidad de terminado y dimensionalno está sujeto a restricciones de calidad, debido a que la única fuente de energía que obliga almetal a llenar la cavidad del molde es la fuerza de la gravedad, un ejemplo de la utilización deeste método el la fabricación de lingotes de metal.

La fusión de moldes de baja presión

Es un sistema de fusión que consiste en la colocación de un tallo sobre un crisol sellado, alinyectar presión al centro del crisol la única salida del metal fundido será el tallo por lo que segenera el flujo del metal por el tallo hasta que se llena la matriz y se forma la pieza.

Con este procedimiento se pueden fabricar piezas hasta de 30 kg y es rentable para grandescantidades de piezas sin grandes requerimientos de calidad.

Fundición a vacio

3. Fundición hueca

Es un sistema de producción de piezas metálicas huecas sin corazones fijos. Consiste en vaciar metal fundido en un molde que es volteado cuando se empieza a solidificar el metal. El metal queno se ha solidificado sale del molde para ser utilizado en otra pieza y el metal solidificado forma

las paredes de la pieza. El resultado son paredes delgadas de metal.

4. Fundición prensada o de Corthias

Es un proceso para producir piezas huecas pero de mayor calidad que la fundición hueca. Sevacía una cantidad específica de metal fundido en el interior de un molde con un extremo abierto por el que se introduce un corazón que obliga al metal fundido a distribuirse uniformemente entodo el molde, una vez que empieza a solidificarse el metal del molde, se extrae el corazón, lo



que origina una pieza de buena calidad. Este sistema de fundición es considerado como artesanaly sólo es rentable cuando se van a fabricar pocas piezas.

Fundición centrífuga

La fundición centrífuga es un método en el que aprovecha la fuerza centrífuga que se puedegeneral al hacer girar el metal en tordo de un eje. Existen tres tipos de fundición centrífuga:

I. Fundición centrífuga realII. Fundición semicentrífuga

III. Centrifugado

I. Fundición centrífuga real

Es el procedimiento utilizado para la fabricación de tubos sin costura, camisas y objetos

simétricos, los moldes se llenan del material fundido de manera uniforme y se hace girar al moldesobre su eje de rotación.

II. Fundición semicentrífuga

Es un método en el que el material fundido se hace llegar a los extremos de los moldes por lafuerza centrífuga que genera hacer girar a los moldes, los extremos se llenan del material fundido,con buena densidad y uniformidad. El centro tiene poco material o de poca densidad. Por loregular el centro en este tipo de sistemas de fundición es maquinado posteriormente.



III. Centrifugado

Es un sistema donde por medio de un tallo se hace llegar metal fundido a racimos de piezas

colocadas simétricamente en la periferia. Al poner a girar el sistema se genera fuerza centrífugala que es utilizada para aumentar la uniformidad del metal que llena las cavidades de los moldes.

Procesos de fundición especiales

Proceso de fundición a la cera perdida

Es un proceso muy antiguo para la fabricación de piezas artísticas. Consiste en la creación de unmodelo en cera de la pieza que se requiere, este modelo debe tener exactamente las característicasdeseadas en la pieza a fabricar. El modelo de cera es cubierto con yeso o un material cerámicoque soporte el metal fundido. Para que seque ese material cerámico se introduce a un horno, conello el material cerámico se endurece y el modelo de cera se derrite. En el molde fabricado se



vacía el metal fundido y se obtiene la pieza deseada. Es un proceso que es utilizado para lafabricación de piezas ornamentales únicas o con muy pocas copias.

Proceso de cáscara cerámica

Es un proceso parecido al de la cera perdida, sólo que en este proceso el modelo de cera o unmaterial de bajo punto de fusión se introduce varias veces en una lechada refractaria (yeso con polvo de marmol) la que cada vez que el modelo se introduce este se recubre de una capa de lamezcla, generando una cubierta en el modelo. Posteriormente el modelo y su cáscara se meten enun horno con lo que el material refractario se endurecerá y el modelo se derrite. Así se tiene unmolde listo para ser llenado con un metal y producir una fundición sólida o hueca.

Fundición en molde de yeso

Cuando se desea la fabricación de varios tipos de piezas de tamaño reducido y de baja calidad ensu terminado superficial, se utiliza el proceso de fundición en molde de yeso. Este consiste en la

incrustación de las piezas modelo que se desean fundir, en una caja llena con pasta de yeso,cuando se ha endurecido el yeso, se extraen las piezas que sirvieron de modelo y por gravedad sellenan las cavidades con metal fundido. El sistema anterior puede producir grandes cantidades de piezas fundidas con las formas deseadas.

Proceso de fundición de aluminio en arena del 1984 - 1997

El proceso de fundición en arena jugó un papel muy importante en la historia evolutiva de losmétodos de fabricación industrial. Un molde previo (generalmente de madera), podía reutilizarsecasi ilimitadamente para moldear en arena. Por el contrario, el proceso de "colado" representabacasi siempre un trabajo artesanal - ¡y si el trabajador no acertaba con la cuchara tenía que volver a

derretirse la pieza de fundición!.El proceso:

• El molde para la pieza de fundición se trabaja en madera• El molde se divide en dos mitades y cuenta con conicidades• se monta cada una de las mitades sobre una placa de molde• Die Formplatten beider Hälften werden in einem Formkasten mit chemisch präpariertem

Sand gefüllt und verdichtet• Las placas de molde de ambas mitades se rellenan en una caja de molde con arena

preparada químicamente y se compactan•

Las placas de molde con las mitades de molde se separan con precaución, el molde dejaun espacio hueco• El espacio hueco conseguido, la forma en negativo de la pieza a fabricar, se rellena con

aluminio líquido• Una vez retiradas las cajas de molde se retira también la arena• La pieza de fundición en bruto está terminada.



Las exigencias cada vez mayores respecto a los productos de alta calidad y, sobre todo uniformes,ha tenido como consecuencia la desaparición de pequeños talleres de fundición - inclusive losfundidores en arena que con sus elevados salarios se encontraban ya en una difícil situacióneconómica.

Proceso de fundición de aluminio en coquilla desde 1997.

En la actualidad, las piezas de aluminio se fabrican industrialmente en todo el mundo con el proceso de fundición en coquilla – en la actualidad un estándar en la construcción deautomóviles.

El proceso:

El molde (coquilla) para la pieza de fundición se fabrica en hierro colado mediante un procesomecánico o de erosión controlado por un control numérico computerizado. Ambas mitades delmolde cercan un hueco que se rellena al vacío con aluminio líquido. El proceso de fundición esrealizado mecánicamente y controlado por un programa.

Las ventajas:

• Proceso de producción controlado por un control numérico computerizado, siempre con lamisma curva de temperatura controlada

• Duración del ciclo controlada por control numérico computerizado•

el aluminio líquido es inyectado al vacío en el molde• enorme precisión en la forma• acabado perfecto

APLICACIÓN DE LOS PROCESOS DE INYECCION DE ALTA VELOCIDAD



MECANIZADO DE MOLDES Y MATRICES

Los moldes y las matrices son, sin duda, la aplicación más amplia de la nueva filosofía del mecanizado dealta velocidad. En este sector la introducción de esta nueva tecnología significa más que comprar una nuevamáquina herramienta.

En general se necesita sobredimensionar las oficinas técnicas porque como ya se ha explicado en el capitulo6, el tiempo necesario para el CAM es claramente superior al necesario para estrategias de corte másconvencionales.

En cambio la sección de electroerosión se verá reducida con toda seguridad, porque como también se hadicho, ahora se puede mecanizar para arrancar de viruta materiales que antes eran impensables gracias alos nuevos recubrimientos de las herramientas, y también se pueden reproducir formas más complejas y conradios más pequeños gracias a la estabilidad de los nuevos cabezales y la precisión y dinámica del sistemade accionamiento.

Por este mismo motivo se minimizan los tiempos siempre inciertos de pulido manual y se pueden casieliminar los procesos de ajuste final (gracias a la precisión de la máquina y a la no- imprecisión de la manohumana).

Todo junto permite reducir los plazos de entrega y mejorar la calidad, que es el verdadero objetivo delmecanizado de alta velocidad en este sector.

España, y en particular Cataluña. Es una de las regiones europeas con una densidad más alta de moldesy

matrices y esta industria es sin duda el primer campo de aplicación del mecanizado por arranque de viruta.

Cada uno de los sectores de los muelle y matrices se enfrenta, pero, a problemas diversos y El mecanizadode alta velocidad puede responder también de diversas formas a estas necesidades. A continuación se haceun estudio particularizado con alguno de estos sectores.

Moldes de inyección de plásticos

Este es el sector más amplio de los moldes. Componente de todo tipo de plásticos son múltiples y estánpresentes en todos los niveles de nuestras vidas. Si en cualquier ambiente nos fijamos en la cantidad deobjetos hechos con plásticos, y se piensa que cada uno de esos objetos puede intervenir uno o diversosmoldes de inyección de plásticos, se puede tener una idea de la potencia del sector.

En Cataluña se fabrican moldes de inyección de plásticos para muy diversas actividades pero podríamosdestacar al sector automovilístico, en el que gran parte de la producción se exporta a las grandes áreaseuropeas de fabricación de automóviles / entre ellas España).

Las características del molde de inyección de plásticos son tan diversas como los mismos componentes, cosaque hace difícil argumentar soluciones globales para todas las empresas del sector. Las precisiones, losacabados superficiales, etc.. son muy diferentes entre un molde destinado a la fabricación de conectorestelefónicos o equipamiento médico y otro destinado a parachoques de coche.

Ahora bien, el sector siente la presión constante de unos plazos de entrega cada vez más cortos y exigenciasde calidad que hace 5 años eran impensables.

La globalización, además, está abriendo todos los mercados del mundo, y por lo tanto la competencia de lasindustrias del molde se sitúan a menudo en países menos desarrollados donde los coste fijos y laborales sonmás bajos. Las industrias transformadoras todavía se sitúan cerca, por ejemplo, de los fabricantes deautomóviles porque el sobrecoste del transporte es demasiado caro por pieza. Pero para un molde queinyecta millones de piezas, y con los medios actuales que aseguran la calidad, las distancias no son ningúnimpedimento y los factores de elección de proveedores ya no son geográficos sino de, y en este orden,plazos de entrega, calidad y precios.

Nada más que con innovación tecnológica se puede, por tanto, mantener las cuotas del mercado para estaindustria en nuestro país. El mecanizado de alta velocidad, es uno de los medios para resolver estosconflictos, con las siguientes estrategias:

• Especialización de la industria. A la tecnología de mecanizado de alta velocidad las dimensiones,precisiones y características de los materiales son muy importantes, y dominar esta tecnología paracualquier tipo de molde se hace, casi siempre inviable. Se requiere, por tanto, especialización en untipo y dimensión de molde que obliga a menudo a sobrepasar fronteras si se quiere aumentar laproducción (globalización). Esta realización implica también la subcontratación de faenas auxiliares,que a la vez serán especializaciones de otras empresas del sector (por ejemplo, la fabricación deporta-moldes y otros normalizados).



• Adopción de métodos de fabricación automáticos sin presencia de operadores. Los costos laboralesserán siempre más bajos en otras partes del mundo y se ha de intentar reducirlos. Las máquinas dealta velocidad son más caras pero, en general, mucho más pensadas para la operación automática.A demás las estrategias de mecanizado de alta velocidad intentan ya hacer constantes lascondiciones de corte, evitando así rotura de herramientas.

• Redefinición de las etapas de la fabricación simplificándolas y haciendo más fácil su planificación ycontrol. La reducción de los procesos de electroerosión, siempre que sean posibles, sonfundamentales para el ahorro de tiempo en el mismo tiempo de electroerosión y en el de fabricaciónde electrodos de cobre o grafito, que no aportan beneficio al molde. Los únicos elementos quetodavía continuaran siendo propiedad de la electroerosión son las esquinas con radios muy parecidosa 0 y las ranuras muy profundas (pensemos que con mecanizado de alta velocidad se llegan a hacerranuras con esbeltez profundidad / anchura = 15.

• También en muchos casos, reducción de los tiempos de fabricación por la posibilidad de mecanizardirectamente los bloques de acero templado desde el desbaste hasta el acabado y ahorrarse así lostratamientos térmicos intermedios. Estos procesos están siempre sujetos a condicionamientoseconómicos, pero si se consideran todos los factores involucrados es a menudo muy ventajoso.

• La rapidez de los procesos de alta velocidad permiten hacer pasadas de mecanizado mucho máspequeñas mejorando en 4 o 5 veces los acabados superficiales con un tiempo de mecanizadoparecido o ligeramente mayor, Así permite reducir los procesos manuales de pulido, ahorrandomano de obra muy cara. El mecanizado de alta velocidad puede llegar a producir acabamientossuperficiales de Ra = 0,1 mm y mejores, superando los limites de las erosiones en tiempos

considerablemente mejores y sin necesidad de producción de electrodos.

• La precisión estática y dinámica de las nuevas máquinas de alta velocidad, y la presencia mínima deoperaciones manuales permiten muchas veces eliminar los procesos de ajuste de moldes, que amenudo duran semanas y suponen costes altísimos en dinero y tiempo.

Pero estos avances no se quedan aquí. La presencia cada vez más importante de los moldistas en la fase dediseño de los componentes automovilísticos, puede permitir la adopción de nuevas formas de producto quehagan más fácil la aplicación del mecanizado de alta velocidad y reduzcan por lo tanto costes globales alsector.

A continuación se presentan algunos ejemplos de mecanizados utilizando la tecnología de alta velocidad(figuras 14, 15, 16).

Fig. 14.- Macho de un molde de inyección de plástico paratapacubos. Pieza de Ø470 en acero pretratado a 46 HRc.

Tiempo total de mecanizado desde el desbaste al acabado: 17 h.



Fig. 15.- Molde entero (macho y hembra) de la carcasaexterior de un teléfono de mesa. Hasta las ranuras del macho

están mecanizadas en el centro de mecanizado.Todas las superficies están acabadas de máquina, sin pulir .

Material DIN 1.2344 a 54 HRc.Tiempo total de mecanizado 28 horas para la hembra y 52 para el macho.

Fig. 16.- Hembra de un molde minúsculo para lafabricación de una tapa de baterías.

Acero templado a 54 HRc. La herramienta más grande utilizada es de Ø0,5 mm y la más pequeña Ø0,2 mm.Tiempo de mecanizado 1,5 horas.

Moldes de inyección de aluminio

Las exigencias del producto en este sector son muy parecidas al de los moldes de inyección de plásticos ytambién, por lo tanto los beneficios de del mecanizado de alta velocidad.

Pero se han de destacar algunas características propias:

• Los componentes de aluminio se utiliza a menudo en aplicaciones donde se necesita unarefrigeración eficiente e incluyen por lo tanto aletas de refrigeración. Estas, en los moldes, Suponenranuras muy esbeltas que tradicionalmente han supuesto grandes producciones de electrodos degrafito y dedicación en tiempo a los procesos de electroerosión. Este elemento ha de ser por tantouno de los objetivos del mecanizado de alta velocidad en esta industria (figura 17).

• Los acabados superficiales no son tan críticos como en el caso de los molde de inyección de plásticosal ser, en general, los componentes de aluminio piezas funcionales no vistas. A demás la mismainyección de aluminio no consigue cualidades superficiales a las piezas muy buenas. Si se necesitancomponentes vistos de aluminio a menudo se acaban en procesos de pulido automático.

Fig. 17.- Cárter del motor una motocicleta. Las ranurasque conforman las aletas de refrigeración son muy profundas.

Material DIN 1.2344, 54 HRc. Tiempo: 9,5 horas

Moldes de soplado

Los moldes de soplado son un caso diferente dentro de los moldes de componentes plásticos. Estos moldesse utilizan para la fabricación de botellas de plástico. El sector más alto de consumo es el de las bebidasrefrescantes y sobre todo el agua mineral.



El funcionamiento del molde no es de inyección. Se utiliza una preforma de plástico inyectado (estecomponente sí que es inyectado y requiere precisiones muy elevadas), que incluye la rosca recipientealargado con un grosor de paredes determinado. Esta preforma se sitúa dentro del molde y se sopla airecaliente por el interior de la preforma que calienta el plástico y lo hace expandirse contra las paredes delmolde. Esto da al molde características particulares:

• El molde se fabrica en aluminio porque al no existir mucho rozamiento del plástico se pueden

conseguir producciones bastante elevadas. Las máquinas dedicadas a estos moldes han de tenercaracterísticas adecuadas para estos materiales. El mecanizado del molde supone un tiempo muylimitado.

• Los acabados superficiales son muy exigentes. Nada más hay que comprobar las superficies de lasbotellas de plástico. El mecanizado de alta velocidad puede ahorrar tiempo de pulido que esporcentualmente, muy elevado en estos tipos de moldes. En este sector se comenzó, hace años, autilizar interpolaciones NURBS para rebajar tiempos y mejorar la calidad superficial.

• La producción de un determinado componente (por ejemplo la botella de 1,5l de Font Vella) es muyintensa (algunos cientos de miles o millones cada día) y por lo tanto se han de fabricar muchosmoldes iguales. Esto permite reducir los costes de programación por molde, y optimizar lastrayectorias para intentar mejorar tiempos y acabados superficiales. Muy a menudo se puedenutilizar máquinas de mecanizado horizontales más comunes en los campos de producción de piezafinal, aprovechándola mejor evacuación de las virutas que presentan estas configuraciones, y loselementos auxiliares para reducir el tiempo de no corte como cambiadores automáticos de palets. Enun palet se puede montar un cubo y en cada uno de sus costados un molde mejorando la autonomíade la máquina y haciendo el proceso más económico.

• Tradicionalmente estos moldes no se han utilizado nunca en electroerosión, y por lo tanto, no se daesta substitución de tecnologías.

En la figura 18 se presenta uno de estos moldes.

Fig. 18.- Molde de soplado en material de aluminio.Tiempo de mecanizado 56min. Rugosidad superficial: 0,6 µm.

Matrices de forja en caliente y frío

Este sector también requiere piezas repetitivas, reduciendo por tanto el coste de CAM por pieza fabricada.

Los materiales utilizados en la forja en caliente son aceros templados (generalmente DIN 1.2344 de 44 a 54HRc). En el capitulo 10 se ha hecho el estudio económico de viabilidad de una empresa fabricante de estetipo de matrices. En el estudio de viabilidad se explican otras características del sector.

En la figura 19 se muestra una de las matrices más estudiadas de la forja en caliente.



Fig. 19.- Matriz de forja caliente para la producción debielas para el sector del automóvil. El material es soldadura de

muy baja maquinabilidad. Tiempo total: 2 horas

La forja en frío utiliza materiales todavía más duros y difíciles de mecanizar (como por ejemplo un materialde la empresa Uddeholm, ASP-23, que después del tratamiento térmico llega a 62 HRc).

Este sector se debate todavía entre la conveniencia o no de adoptar máquinas de alta velocidad, o continuarcon las máquinas de electroerosión. Como se ha explicado ya en el capitulo 5, dedicado a la herramientas, elrendimiento de estas baja mucho en durezas de 62 HRc y por lo tanto los costos pueden se inviables.

Así y todo el futuro es claro, nada más que un pequeño paso de las herramientas puede desbancar laselectroerosiones totalmente. Ya, que de todas las maneras, hay empresas que utilizan El mecanizado de altavelocidad para producir sus matrices de forja en frío.

En la figura 20 se muestra el punzón de una matriz de forja fría para la fabricación de colzas homocinéticaspara la dirección de los automóviles.

Fig. 20.- Punzón para la fabricación de colzas homocinéticas.Material: ASP-23. Dureza: 62 HRc. Tiempo: 3 horas

Matrices de extrusión de aluminio

Las matrices de extrusión de aluminio se utilizan en prensas de extrusión que conforman el aluminio enperfiles. Estos se utilizan básicamente en la construcción (puertas, ventanas, etc..).

Este sector también requiere grandes producciones de matrices pero en este caso no repetitivas. De todasmaneras las matrices de extrusión tienen elementos morfológicamente muy semejantes y el elemento máscambiante es el perfil de calibración que se hace únicamente con electroerosión de hilo.

Los materiales utilizados son también DIN 1.2344 con tratamientos técnicos para inducirlos a 52-54 HRc(figura 21).

Fig. 21.- Pieza puente de una matriz de extrusión de aluminio.Material Din 1.2344 a 54 HRc. Tiempo total de mecanizado: 2,5 horas.

Las ventajas de producción y mecanizado de alta velocidad son claras para este sector.

El problema más importante de estas matrices es el plazo de entrega. Estos se están intentando reducir pordebajo de ¡ una semana ¡. Tradicionalmente el desbaste se produce con el material todavía blando, setempla, y después se acaba en el centro de mecanizado o electroerosión. Así muchas de estas empresasproductoras incorporan el tratamiento térmico en sus instalaciones para reducir tiempo.



Aún y esto el tiempo para endurecer una de estas matrices no es nunca menor de 24 horas, que supone el20% del tiempo total de producción de la matriz.

El mecanizado de alta velocidad está comenzando a revolucionar este sector. Las empresas líderes hanadoptado ya esta nueva tecnología simplificando el proceso de mecanizado integrado al centro demecanizado desde el bloque ya templado, ahorrando cambios de máquina, operadores, tiempo y costes.

En muy poco tiempo la substitución de electroerosión de penetración será casi del 100% en este sector.

El proceso total entonces se simplifica en mecanizado al centro de mecanizado de alta velocidad yelectroerosión de hilo para formar el calibración del perfil.

CENTRO DE MECANIZADO PARA MOLDES Y MATRICES DE PRECISIÓN

Para esta aplicación hemos escogido el centro de mecanizado Makino V33 de fabricación japonesa. Acontinuación se presenta la imagen y características fundamentales de la máquina (figura 22 y tabla 23,respectivamente).

Se trata de un centro de mecanizado de alta velocidad diseñado para fabricar piezas de ultra precisión conunos acabados superficiales excelentes. Es por lo tanto adecuado para moldistas de inyección de plásticos depiezas pequeñas (moldes multicavidad).

Veremos a continuación las soluciones técnicas que se han desarrollado para este modelo y cómo se hanconseguido estas características.

Fig. 22.- Aspecto del centro de Makino modelo V23

Fig. 23.- Estructura de la máquina Makino V23



Fig. 24.- Esquema de la estructura de la máquina Makino V23

Estructura

La estructura de la máquina se ha diseñado para mejorar la precisión estática y dinámica de los centrosconvencionales. Se utilizan guías hidrodinámicas muy amplias para aumentar el amortiguamiento de lasvibraciones y mejorar así los acabados superficiales (figuras 23 y 24).

Se aumentan las rigideces de los carros de los ejes X y Z con distancias entre guías muy amplias y alargandolas guías del eje Z evitando voladizos, Así se mantiene la rigidez del sistema en cualquier posición de los

ejes.

Los husillos de bolas son también extra- rígidos. El diámetro de 45 mm y el paso de 8 mm le conforman unarespuesta muy elevada a las necesidades de aceleración para la realización de trayectorias complejas de 3D.

CNC y sistemas de accionamiento

Los sistemas de medida de los accionamientos incorporan encoders y reglas.

Los encoders realizan el cierre del lazo de velocidad. Estos tienen resolución de 1 millón de pulsos por vuelta.

El CNC de esta máquina utiliza la tecnología básica del FANUC 16iM pero el control de los ejes está



programado por el fabricante de la máquina adaptándolo así a los algoritmos las ecuaciones de respuesta dela mecánica de la máquina.

La cadena cinemática de los ejes, los nuevos sistemas de medida de alta resolución y los algoritmos decontrol numérico adaptado a la mecánica de los ejes nos permiten obtener precisiones y acabadossuperficiales excepcionales.

La precisión se comprueba mecanizando un circulo de Ø40 mm en aluminio a 8000 mm/min de avance. Los

resultados se presentan en la figura 26.

Fig. 26.- La prueba es mostrar un error de circularidad máxima de 1.3 µm, en un avance de 8.000 mm/min.

Con este nuevo sistema de lectura de la posición se pueden controlar las 0,1 µm.

Esto mejora mucho el acabado superficial de las piezas.

En las figuras 27 y 28 se muestran, al microscopio, las diferencias entre un acabado con el lazo de posiciónestándar de 1 µm y otro con el lazo de posición de 0,1 µm. En la 27 se muestra el acabado con feedback de0,001 mm y en la 28 el de feedback de 0,0001 mm.

Fig. 27.- Acabado con feedback de 0,001 mm

Fig. 28.- Acabado con feedback de 0,0001 mm

Cabezal

El cabezal de la máquina es uno de los elementos más especiales en esta máquina.

Para conseguir hacer piezas de ultra precisión se necesita que también el cabezal mantenga precisiones pordebajo de 0.002 mm. El control térmico de este ha de ser, por tanto muy apurado. Su sistema de



refrigeración se muestra en la figura 29.

Se trata de un cabezal integrado con un motor de doble bobinado para conseguir parejas respetables a bajasrevoluciones. Las revoluciones máximas son 20.000 rpm.

Fig. 29.- Sistema de refrigeración del cabezal

Como se ha explicado en el capitulo 8, la dicotomía entre potencia y velocidad de cabezal se producefundamentalmente por la imposibilidad con sistemas normales de refrigeración, de montar rodamientosrígidos (tamaño grande) en un cabezal de altas revoluciones y con una vida estimada muy aceptable.

El cabezal de este centro de mecanizado presenta dos características que permiten sobrepasar los valoresestablecidos en el capitulo 8.

• Refrigeración directa del rotor. El cabezal (como se ve en la figura 28) se refrigera primero dentrodel rotor, después enfría el exterior de los rodamientos frontales y por último los devaneos delestator del motor. Esta refrigeración es muy eficiente porque evacua el calor directamente del lugar

donde se concentra el mayor número de focos: el estator. A demás esta refrigeración se controlapara actuar con más intensidad cuando aumenta la velocidad del cabezal, Así, a más velocidad, elrotor del cabezal es más frío que la parte fija y por lo tanto se aligera la precarga de losrodamientos. Esto nos permite precargar los rodamientos a bajas revoluciones, obteniendo así uncabezal capaz de una rigidez axial y radial muy alta en las revoluciones donde se hacen losdesbastes. Y en cambio a otras revoluciones cuando los esfuerzos de corte son mínimos liberar lasprecargas.

• Lubricación directa de la jaula interna de los rodamientos. El mismo aceite que se utiliza para larefrigeración del interior del rotor, lubrica directamente la jaula interior de los rodamientos frontales,mediante unos agujeros que se practican antes del montaje. Esta lubricación nos permite cifras DN 5veces superior a los obtenidos con refrigeración aire- aceite. Tenemos por tanto más juego con eltamaño del rodamiento (en la máquina se montan rodamientos de Ø interior = 65 mm), y la vidaefectiva de los mismos se alarga (20.000 horas mínimo).

Este cabezal supera en todos los aspectos a los cabezales de máquinas similares. Los acabados superficialesque se obtienen con la máquina son también muy superiores (hasta Ra = 0.03 mm, o sea el espejo).

La figura 30 muestra los gráficos de potencia y par respecto a la velocidad del cabezal.



Fig. 30.- Gráficos de potencia y par respecto a la velocidad del cabezal.

Sistemas auxiliares

Esta máquina esta especialmente diseñada para El mecanizado de piezas de ultra precisión y acabados

superficiales excelentes para moldes.

Estas piezas son normalmente pequeñas y por tanto la cantidad de material a mecanizar es insignificante.Por eso la máquina no incorpora, al menos de serie, ningún extractor de virutas.

Estas se pueden extraer con la mano mientras la máquina esta en funcionamiento con el inteligente sistemadescrito en la figura 31.

Fig. 31.- Extracción de virutas mediante un cajón que se puede vaciar mientras la máquina se encuentra en funcionamiento.

Control térmico y evacuación del calor

Para obtener precisiones inferiores a los 0,002 mm son necesarios controes térmicos estrictos que impidan laaportación de calor a la estructura.

Los motores de los ejes tienen ventilación forzada para extraer el calor generado en sus devanados yrodamientos.

Las uniones motor-estructura y el cabezal de la máquina se refrigeran y mantienen a +-0,5oC de latemperatura de la estructura. Esta temperatura es controlada por sensores térmicos que hacen de input alsistema de realimentación del refrigerador.

La emulsión refrigerante también refrigera a +-0,5oC de la temperatura de la estructura.

Las fuentes de calor, tales como el armario eléctrico, se mantienen siempre con una barrera térmica para noaportar calor a la estructura (figura 32).



Fig. 32.- Barrera térmica entre armario eléctrico y estructura



HOJA DE PROCESO Hoja Nº Fase:Maquina: Matriz de

moldeo

Escala: Denominaciòn: Arco de segueta Nº de Pieza: 1

Subfase Operación Croquis

Utiles

De

TrabajoDe Control

1

Colocar la Piezaen el Mandril.

Cuchillade Acero

Rápido

Calibrador Vernier

Parámetros: 450RPM, 0.0019

in/vuelta.Refrentado de la

primera cara.

2

Colocar la brocaen elcontrapunto.

Broca decentro

Parámetros:1000RPM, 0.019in/vuelta.

Realizar elcentro delagujero.

3

Darle la vuelta almaterial

Cuchillade acerorápido

Calibrador vernier Repetir lasubfase 1

4Repetir lasubfase 2

Broca de

centro

5

Remoción delmandril de tresmuelas

* *Colocar el perro

de arrastre

6 Montaje entre puntos


Calibrador vernier

Colocar lacuchilla de acerorápido

Parámetros: 600



RPM, 3 mm de profundidad,avance manual

Cilindrado de la pieza

Aumento de la profundidad decorte por pasada2.3 mm, 0.1 mm,2 mm, 1.5 mm.

7

Parámetros: 600RPM, avancemanual.


Calibrador vernier Maquinado de lasalida de la roscay chaflanes

8

Cambio decuchilla para elroscado.


Gage de rosca

Parámetros: 75RPM, 10 hilos/in, profundidad1.7 mm.

Engranaje delhusillo de roscar.

Realizar el corte progresivamente

fundición inyección

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