Patrones de fundición y fabricación de patrones

Las fundiciones crean y usan patrones como modelos para objetos de metal fundido

El colado es el proceso de verter metal líquido en un molde, donde se enfría y se solidifica. El proceso de fundición puede producir de todo, desde piezas de arte hasta partes de motores. La forma está determinada por la cavidad del molde, pero algo necesita moldear el molde: ahí es donde entra el patrón.

Los patrones son un modelo para el objeto que se va a lanzar. Un patrón hace una impresión en el molde, el metal líquido se vierte en el molde y el metal se solidifica en la forma del patrón original.

La creación de patrones no es tan simple como sugiere la definición. Además de conformar la cavidad del molde, un patrón debe proporcionar dimensiones precisas, tener medios para salir de la cavidad del molde sin romperlo, compensar la contracción y distorsión de solidificación, e incluir un sistema de alimentación de compuertas y elevadores para suministrar metal líquido al molde. Cualquier falla puede resultar en un lanzamiento fallido.

Conseguir todos esos factores correctos requiere precisión y más que unos pocos cálculos. Cada patrón está cuidadosamente diseñado y construido.

Los patrones incluyen subsidios

La creación de patrones es el arte de diseñar patrones. Es la primera y más esencial parte del proceso de casting.

Hay mucho más para hacer patrones que hacer una réplica exacta de la forma que desea lanzar: el patrón debe tener en cuenta el tipo de molde y las características del metal fundido. Estas asignaciones están integradas en el patrón:

  • Borrador El patrón debe eliminarse de cada molde que moldea sin romperlo ni distorsionarlo. El borrador es una reducción que facilita la eliminación de patrones. El ángulo exacto del estrechamiento depende de la complejidad del patrón, el tipo de molde y el tipo de superficie.
  • Tolerancia por contracción Al igual que todos los materiales, el metal se contrae a medida que se enfría. Si el patrón se hizo en las dimensiones exactas especificadas para el producto final, la fundición sería menor que la requerida. La compensación de contracción compensa la cantidad que un metal se encogerá durante el enfriamiento. La asignación precisa depende del metal que se está emitiendo.
  • Tolerancia a la distorsión Los patrones pueden distorsionarse intencionalmente para compensar la distorsión de enfriamiento esperada.
  • Capacidad de mecanizado Algunas piezas de fundición se acaban mecanizando. Los patrones para piezas fundidas terminadas a máquina incluyen intencionalmente material en exceso para compensar el material que se perderá en la etapa de acabado.

Todos los patrones necesitan un sistema de compuerta

Cada patrón incluye un sistema de compuerta que entrega metal líquido a la cavidad del molde. El sistema de compuerta también regula la velocidad a la que el metal ingresa en el molde, demasiado rápido, y el metal líquido turbulento puede erosionar el molde; demasiado lento, y puede enfriarse antes de llenar completamente la cavidad.

El sistema incluye varias partes interconectadas:

  • Vaso de colada El metal líquido se vierte directamente en la taza / recipiente de vertido. Ayuda a separar la escoria del metal, reduce la turbulencia y ayuda a mantener la velocidad de flujo correcta.
  • Sprue & runner El metal fluye desde la copa de vertido al bebedero cónico, luego a través del corredor, que a su vez ingresa a las compuertas.
  • Puerta (s) El metal fluye a través de las compuertas para llenar la cavidad del molde. Las pequeñas compuertas se utilizan para coladas que se solidifican lentamente, mientras que las compuertas más grandes se utilizan para coladas que se solidifican rápidamente. Las puertas deben colocarse cuidadosamente para promover la solidificación direccional.
  • Elevador El elevador es un depósito que evita las cavidades de contracción. Para que un elevador funcione correctamente, necesita enfriarse más lentamente que el molde.

Los patrones cerrados incorporan el sistema de compuerta en el cuerpo del patrón principal. Alternativamente, el sistema de apertura se puede agregar a mano o con piezas de patrón separadas.

Hay diferentes tipos de patrones

Los patrones vienen en muchos materiales, incluyendo madera, metal, plásticos y cera. El material de patrón se elige en función del volumen de fundición y el proceso utilizado. Los patrones de madera y metal generalmente se usan con moldeo en arena, mientras que la cera rara vez se usa para cualquier cosa que no sea fundición de inversión.

Los patrones varían en complejidad, según el tamaño, la forma y el número de piezas fundidas resultantes requeridas. Hay muchos tipos de patrones en uso en las fundiciones hoy en día; algunos de los más comunes incluyen lo siguiente:

  • Patrones sueltos Normalmente producidos en madera, estos son representaciones únicas de la fundición que se necesita producir, y se usan solo cuando se necesitan unos pocos colados, ya que la productividad asociada con patrones más complejos probablemente no sea un problema. Cuando se moldea con patrones sueltos, el sistema de alimentación para la fundición (puertas, contrahuellas, etc.) normalmente se corta en la arena con la mano. Algunos patrones sueltos se pueden dividir en dos mitades para facilitar el moldeado.
  • Patrones cerrados Generalmente son más complejos que patrones sueltos, cerrados o "montados", generalmente se montan para incorporar un sistema de compuerta y funcionamiento junto con el patrón para facilitar la productividad (eliminando el corte manual y otros pasos de moldeo) y mejorar la reproducibilidad de los moldes, lo que mejora la calidad general de los moldes.
  • Patrones de placa de coincidencia Aunque estos se producen comúnmente en madera, estos patrones a menudo también se moldean con las partes de cobertura (arriba) y arrastre (parte inferior) del patrón montadas en lados opuestos de una placa para acelerar el proceso de moldeo. Los sistemas de compuertas también están normalmente integrados en la placa de fósforos, junto con los accesorios / accesorios utilizados para montar estos patrones en tipos especiales de máquinas de moldeo. Estos patrones generalmente se emplean cuando los grandes volúmenes de producción justifican el costo adicional adicional de crear tales patrones, y donde la consistencia de la producción es extremadamente importante.
  • Las matrices de fundición de inversión Las impresiones de cera perdida son los patrones reales que se utilizan para fabricar moldes en la fundición de fundición de inversión. Pero, ¿de dónde vienen estas impresiones? Los troqueles de fundición de inversión se utilizan para producir los patrones de cera que eventualmente formarán los moldes de colada de cera perdida. Como cada patrón de cera se destruye en el proceso de fundición a la cera perdida, se necesita uno para cada colada que se realiza, y estos patrones de cera se producen en troqueles. Los troqueles son a menudo herramientas metálicas complejas con al menos dos partes, donde la cavidad interior se mecaniza para tomar la forma del patrón de cera deseado. Se inyecta cera en estos troqueles, y, después de enfriar, el troquel se separa y se extrae el patrón de cera de una pieza. Al igual que con el moldeado de arena, los núcleos de metal y otras piezas se pueden ensamblar en estos moldes de fundición de inversión para formar cavidades interiores y otras partes complejas del molde deseado.