Materiales para moldes permanentes y machos para colada por gravedad en molde metálico
La colada en molde permanente, también llamada colada por gravedad en molde metálico, vierte el metal en un molde metálico reutilizable por acción de la gravedad. El molde y sus machos constituyen la herramienta, y el material del que están hechos se determina por cuatro factores y no por uno solo. Las recomendaciones publicadas a continuación establecen la elección según la aleación de fundición y según el número de coladas que el molde debe soportar.
Los cuatro factores que determinan el material del molde
Cuatro factores principales afectan la selección de un material para un molde permanente o un macho. Son la temperatura de colada del metal que se va a fundir, el tamaño de la pieza, el número de piezas por molde y el costo del material del molde.
Esas cuatro variables son la base de las tres tablas de selección que figuran a continuación. Las dos primeras determinan la temperatura de trabajo del molde y la cantidad de calor que debe evacuar, la tercera determina si la vida útil adicional de un acero para herramientas justifica su costo, y la cuarta decide entre fundición gris, un acero fundido de baja aleación y un acero para herramientas fundido.
Materiales de molde recomendados según la aleación de fundición y el número de coladas
La tabla abarca moldes para piezas pequeñas de hasta 25 mm (1 in.) y para piezas medianas y grandes de hasta 915 mm (36 in.). Cada fila es una aleación de fundición y cada columna es el número de coladas que el molde debe realizar, de modo que la misma aleación pasa a un material diferente a medida que se alarga la serie de producción.
| Aleación de fundición | Número de coladas | ||
|---|---|---|---|
| 1,000 | 10,000 | 100,000 | |
| Para piezas pequeñas (25 mm, o 1 in., de dimensión máxima) | |||
| Zinc | Fundición gris; acero 1020 | Fundición gris; acero 1020 | Fundición gris; acero 1020 |
| Aluminio, magnesio | Fundición gris; acero 1020 | Fundición gris; acero 1020 | Fundición gris con insertos de AISI H14; acero 1020 |
| Cobre | Hierro gris | Hierro gris | Fundición de aleación |
| Hierro gris | Hierro gris(a) | Hierro gris(a) | Cantidad no colada |
| Para piezas medianas y grandes (hasta 915 mm, o 36 in., de dimensión máxima) | |||
| Zinc | Fundición gris; AISI H11(b) | Fundición gris; AISI H11(b) | Fundición gris; AISI H11(b) |
| Aluminio, magnesio | Hierro gris | Hierro gris | Fundición gris; AISI H11 o H14(c) |
| Cobre | Fundición de aleación | Fundición de aleación | Fundición de aleación(d) |
| Hierro gris | Hierro gris(a) | Hierro gris(a) | Cantidad no colada |
Materiales recomendados para moldes permanentes, reproducidos de la Tabla 1 de Permanent Mold Casting, en ASM Handbook, Volumen 15, Casting. Cuando en una celda se indican dos materiales, la fuente los enumera sin orden de preferencia. (a) Misma composición que la del metal colado. (b) Se usa AISI H11 cuando se requiere pulido en piezas medianas. (c) Para piezas medianas; los materiales recomendados para piezas grandes son fundición gris con insertos de H11 o acero para matrices H11 macizo. (d) Para piezas medianas; las piezas grandes no se cuelan en esta cantidad.
Lo que indica la tabla de moldes
La fundición gris es el material para moldes permanentes más utilizado y, en el bloque de piezas pequeñas, cubre todas las aleaciones hasta 100.000 coladas. El acero para herramientas aparece en la tabla en dos lugares. Para piezas pequeñas de aluminio y magnesio, la columna de 100.000 coladas añade insertos de AISI H14 dentro de la fundición gris, y para piezas pequeñas de zinc se nombra el AISI H11 cuando se debe mantener un pulido en piezas medianas.
En el bloque de piezas medianas y grandes el patrón se repite con mayor intensidad. Las piezas grandes de aluminio y magnesio requieren fundición gris con insertos de H11 o un acero para matrices H11 macizo a las 100.000 coladas, y las piezas de zinc emplean fundición gris con AISI H11 desde 1.000 coladas en adelante. El cobre es la excepción, porque su mayor temperatura de colada lleva la selección hacia la fundición de aleación y no se nombra ningún acero para herramientas. Las piezas de fundición gris están marcadas como no coladas en la columna superior.
Un acero al carbono simple como el 1020 aparece en las columnas de recuentos bajos. Es económico y adecuado cuando el molde no trabaja a alta temperatura, y el paso al H11 o H14 es un aumento de la dureza en caliente y de la resistencia al agrietamiento térmico. Ese paso solo se justifica cuando el número de coladas o el acabado superficial de la pieza lo exigen.
Materiales para machos recomendados
Los machos se recomiendan por separado, y la división es por tamaño del macho y no por tamaño de la pieza. Los materiales de estas dos tablas se enumeran en orden descendente de preferencia, por lo que el primer nombre de una celda es la primera opción.
| Aleación de fundición | Materiales para machos recomendados(a) |
|---|---|
| Zinc | Arena, yeso, fundición gris, acero 1020 |
| Aluminio, magnesio | Acero 1010 o 1020, arena, yeso, acero para matrices H11 o equivalente(b), carbono(c) |
| Cobre | Arena, acero 1020, fundición gris, yeso(d), grafito(c) |
| Hierro gris | Arena, grafito, carbono, fundición gris |
Materiales recomendados para machos pequeños, de menos de 76 mm (3 in.) de diámetro y 255 mm (10 in.) de longitud, reproducidos de la Tabla 2 de Permanent Mold Casting, en ASM Handbook, Volumen 15, Casting. (a) Los materiales se enumeran en orden descendente de preferencia. (b) Templado a 42 a 45 HRC. (c) Para uso con relativamente pocas coladas. (d) Para la fundición de bronces de aluminio.
| Aleación de fundición | Material para el número de coladas indicado(a) | ||
|---|---|---|---|
| 1,000 | 10,000 | 100,000 | |
| Zinc | Fundición gris, acero 1020 | Fundición gris, acero 1020 | Fundición gris, acero 1020 |
| Aluminio, magnesio | Fundición gris, fundición gris con insertos de acero 1020(b), arena, yeso(b) | Hierro gris(b), fundición gris con insertos de 1020 o H11(b), arena, yeso(b) | Hierro gris(b), fundición gris con insertos de H11(b), acero para matrices H11 |
| Cobre | Arena | Arena | Cantidad no colada |
Materiales recomendados para machos grandes, de más de 76 mm (3 in.) de diámetro y 255 mm (10 in.) de longitud, reproducidos de la Tabla 3 de Permanent Mold Casting, en ASM Handbook, Volumen 15, Casting. (a) Los materiales se enumeran en orden descendente de preferencia. (b) Excepto para aberturas con formas complejas, que requieren machos de arena perdidos.
El acero para matrices H11 designado para machos pequeños de aluminio y magnesio se templa a 42 a 45 HRC, y el carbono y el grafito se ofrecen solo para relativamente pocas coladas. Para machos grandes, el paso al H11 se produce a las 10.000 coladas como insertos y a las 100.000 coladas como insertos o como matriz de acero H11 maciza. La segunda nota al pie de esa tabla mantiene disponibles los machos de arena perdidos para aberturas con formas complejas.
Moldes e insertos colados a forma
Las piezas de molde se pueden colar a forma cuando las piezas a fabricar no son complicadas, y los moldes colados sirven para cualquier aplicación para la que se recomiende fundición gris o acero para matrices AISI H11 en la tabla de machos. Se usan con mayor frecuencia cuando los requisitos de producción son grandes y cuando los programas de reemplazo o envío de moldes requieren varios moldes iguales.
Los insertos de cavidad total o parcial se usan para obtener una mayor vida útil del molde o para simplificar el mecanizado, la manipulación y el reemplazo, y también pueden incorporar ventilación, enfriar paredes delgadas o calentar parte de la cavidad. Los insertos de fundición gris colados a forma para piezas complejas de aluminio y magnesio duran de 5.000 a 20.000 coladas, según la complejidad de la pieza.
Costo de mecanizado frente a costo de material
El mecanizado de la cavidad suele ser un factor más significativo en el costo de un molde que el costo del material del que se corta. Tomando un molde de fundición gris como 1,0, y con el tratamiento térmico incluido donde se requiere, las relaciones publicadas del costo de mecanizado para moldes idénticos son las siguientes.
| Material del molde | Costo de mecanizado relativo |
|---|---|
| Hierro gris | 1.0 |
| Acero de baja aleación colado | 1.44 |
| Fundición gris con insertos de acero para herramientas | 1.73 |
| Acero para herramientas colado | 2.16 |
Costo de mecanizado relativo de moldes idénticos, reproducido de la sección de mecanizado de Permanent Mold Casting, en ASM Handbook, Volumen 15, Casting. El tratamiento térmico se incluye donde se requiere.
Materiales de moldes permanentes y machos, PDF imprimible
Las tres tablas de selección publicadas para moldes permanentes y machos, con el costo de mecanizado relativo de cada material de molde, en un solo PDF con nuestros datos de contacto.
Grados y existencias
Los aceros para herramientas nombrados en estas tablas son grados de trabajo en caliente. El grado de cromo para trabajo en caliente de uso general que respalda los moldes de zinc y los machos de aluminio y magnesio se trata en la página del acero para herramientas H11. Donde el molde trabaja a mayor temperatura o la serie es más larga, el grado de mayor aleación se expone en la página del acero para herramientas H13.
Los machos y las correderas con frecuencia se nitruran para resistencia al desgaste, y la guía de nitruración de acero para herramientas expone el proceso y la profundidad de capa que lo acompaña.
La misma selección para la fundición a presión en cámara se enumera en la página de materiales de componentes de matrices de fundición a presión, que indica los materiales de los componentes y su dureza. La lista más amplia de tipos de herramientas y los materiales que normalmente se usan para ellas está en la página de materiales para herramientas y matrices por tipo de herramienta.
Donde un molde permanente se reemplaza por una matriz de fundición a presión, la selección pasa a la página de matrices de fundición a presión en cámara caliente. Los machos e insertos para ese proceso se tratan en la página de machos e insertos para fundición a presión.
Materiales de moldes permanentes y machos, PDF imprimible
Las tres tablas de selección publicadas para moldes permanentes y machos, con el costo de mecanizado relativo de cada material de molde, en un solo PDF con nuestros datos de contacto.
Antes de usar estos valores
Esta página es un resumen de referencia de la práctica publicada y no es una especificación de Aobo Steel. Los materiales se reproducen de las tablas de origen, y una aleación de fundición diferente, un número de coladas diferente o un diseño de molde diferente cambiarán la elección. La selección final se realiza según el plano de la pieza y la máquina en la que funciona el molde.
Fuente: ASM Handbook, Volumen 15, Casting (9th Edition Metals Handbook), ASM International, 1988.