Vida útil del molde permanente y qué la acorta
Un molde permanente es un utillaje, y se reemplaza o repara según un programa que fija su vida útil. Esa vida útil puede ser de tan solo 100 coladas o de hasta 250.000, y la guía publicada atribuye la diferencia a una lista corta de variables operativas más la forma en que se diseñan el molde y sus machos.
Cuánto dura un molde permanente
La vida útil del molde puede variar desde tan solo 100 coladas hasta 250.000 coladas o más, según las variables que se indican a continuación. Puede esperarse que un molde para un pistón de aluminio produzca 250.000 piezas antes de requerir reparación. Tras 250.000 piezas más, el molde reparado necesita una revisión general, y con reparaciones y revisiones repetidas puede producir hasta 3,5 millones de piezas antes de desecharse.
Un molde para pistón tiene un diseño relativamente simple y dura mucho más que un molde que requiere machos internos elaborados e insertos externos, como un molde para culata. Las aleaciones de magnesio también son más benignas para un molde que las aleaciones de aluminio de tamaño y forma similares, porque el magnesio fundido no ataca los moldes de metal ferroso. La magnitud de esa ventaja depende en gran medida de la resistencia del recubrimiento del molde.
Los moldes suelen fabricarse de fundición de hierro, porque fundir el molde cerca de la forma final reduce el costo de mecanizado y porque la fundición de hierro resiste mejor el ataque del aluminio fundido que el acero. El acero es soldable y más fácil de reparar, por lo que los moldes de acero se usan a menudo para piezas de alta producción. En la fundición de hierro gris, se espera que la vida útil del molde sea corta en comparación con la fundición de formas similares en aleaciones de aluminio.
Las variables que acortan la vida útil del molde
La lista publicada de variables principales abarca desde el metal que se cuela hasta la forma en que se opera y almacena el molde. Varias de ellas son decisiones operativas más que decisiones de material, y están por encima de la elección del material en importancia.
| Variable | Efecto sobre la vida útil del molde |
|---|---|
| Temperatura de colada | Cuanto más caliente se cuela el metal, más caliente opera el molde, lo que provoca un debilitamiento rápido del metal del molde. |
| Peso de la pieza | La vida útil del molde disminuye a medida que aumenta el peso de la pieza. |
| Forma de la pieza | Las paredes del molde deben disipar más calor de las piezas con secciones gruesas que de las de secciones delgadas. Una gran variación en el espesor de sección genera un diferencial de temperatura a través del molde, y la vida útil del molde cae a medida que ese diferencial crece. |
| Métodos de enfriamiento | El enfriamiento por agua es más eficaz que el enfriamiento por aire, pero disminuye sustancialmente la vida útil del molde. |
| Ciclos de calentamiento | Una operación continua, con el molde mantenido a temperatura uniforme, proporciona la máxima vida útil del molde. El calentamiento y enfriamiento repetidos en un rango amplio la acortan. |
| Precalentamiento del molde | El precalentamiento a la temperatura de operación con llama de gas o calentadores eléctricos aumenta mucho la vida útil del molde. El choque térmico es una de las principales causas de falla del molde. |
| Recubrimiento del molde | El recubrimiento protege el molde de la erosión y la soldadura al mantener el metal fuera de la superficie del molde, y aumenta la vida útil del molde. |
| Material del molde | El material elegido de la selección publicada fija el límite máximo de la vida útil del molde. |
| Almacenamiento | El almacenamiento inadecuado provoca oxidación y picaduras en las superficies del molde, lo que reduce la vida útil del molde. |
| Limpieza | Se utilizan el granallado abrasivo, la inmersión en solución cáustica y el cepillado con cepillo de alambre. La cáustica es peligrosa para el operador, y el granallado y el cepillado causan desgaste excesivo del molde si no se controlan cuidadosamente. Las microesferas de vidrio son el material de granallado más seguro. |
| Sistema de alimentación | Un sistema de alimentación deficiente reduce mucho la vida útil del molde al causar turbulencia excesiva y erosión en las zonas de ataque. |
| Método de operación del molde | Se usan los mismos materiales en equipos automáticos y de operación manual, pero el utillaje en equipos de operación manual tiene la vida útil más corta debido al maltrato que recibe. Los utillajes en equipos automáticos pueden durar hasta el doble. |
| Uso final de la pieza | Cuando la función estructural importa más que la apariencia, un molde puede operarse durante más coladas antes de desecharse. |
Principales variables que afectan la vida útil de los moldes permanentes, reproducidas de la sección sobre vida útil de moldes de Permanent Mold Casting, en ASM Handbook, Volumen 15, Casting.
Dos entradas de esa lista merecen destacarse. El enfriamiento por agua es más eficaz que el enfriamiento por aire, pero disminuye sustancialmente la vida útil del molde, y el precalentamiento del molde a su temperatura de operación la aumenta mucho porque el choque térmico es una de las principales causas de falla del molde. Una operación continua a temperatura uniforme es el mejor caso, y el ciclado repetido en un rango amplio de temperatura es el peor.
Cómo el diseño del molde acorta la vida útil
El diseño del molde tiene un efecto marcado sobre la vida útil, además de las variables operativas. La variación en el espesor de pared del molde causa esfuerzos excesivos durante el calentamiento y el enfriamiento, lo que provoca falla prematura por fisuración, y los cambios abruptos de espesor sin radios generosos hacen lo mismo. Los radios y redondeos pequeños reducen la vida útil porque el agrietamiento, la fisuración y la falla final a menudo comienzan en esos puntos.
El ángulo de desmoldeo forma parte del mismo panorama. Se requiere menos ángulo de desmoldeo en las superficies externas del molde que en las internas debido a la contracción de la pieza, y es deseable un ángulo de desmoldeo de 5 grados. Los ángulos de desmoldeo menores disminuyen el número de piezas que pueden fabricarse entre reparaciones del molde.
| Superficie del molde | Contracción |
|---|---|
| Superficies internas del molde | 3 grados |
| Superficies externas del molde | 2 grados |
| Práctica recomendable | 5 grados |
Ángulos de contracción para moldes permanentes, reproducidos de la sección de diseño de moldes de Permanent Mold Casting, en ASM Handbook, Volumen 15, Casting. Se necesita menos contracción en las superficies externas que en las internas debido a la contracción del fundido, y los ángulos de contracción menores reducen el número de piezas que se pueden fabricar entre reparaciones del molde.
Las protuberancias en la cavidad del molde también acortan la vida útil. Se calientan extremadamente, lo que aumenta el riesgo de extrusión, deformación y mutilación al retirar la pieza. A veces se pueden usar insertos para reemplazar protuberancias desgastadas o rotas y prolongar la vida útil del resto del molde.
Agrietamiento térmico y erosión del molde
La erosión del molde por impacto del metal y cavitación, ambos provenientes de un diseño incorrecto del sistema de alimentación, contribuye al debilitamiento rápido del metal del molde y al agrietamiento térmico. Estos errores de diseño se manifiestan como una variación dimensional rápida durante una corrida larga. La abrasión mecánica por contracción insuficiente o por un sistema de eyección mal diseñado tiene el mismo efecto.
El agrietamiento térmico es una red de grietas superficiales producida por los ciclos de temperatura que experimenta la cara del molde. Es el modo de falla que las piezas de aleación de cobre añaden al panorama, porque sus temperaturas de colada más altas someten la cavidad del molde a un ciclado más severo. La superficie de la pieza no puede ser mejor que la superficie de la cavidad del molde, por lo que las grietas térmicas y otras imperfecciones del molde se reproducen en las piezas.
Qué mantiene unido a un molde en servicio
Se aplica un recubrimiento al molde y a las superficies de los machos para actuar como barrera entre el metal fundido y el molde mientras se forma una capa de metal solidificado. Se usa para prevenir la solidificación prematura, controlar la velocidad y dirección de solidificación, minimizar el choque térmico al material del molde, prevenir la soldadura del metal fundido al molde y ventilar el aire atrapado en la cavidad.
El precalentamiento es la otra medida rutinaria. Los moldes se precalientan a su temperatura de operación aproximada antes de iniciar la operación, lo que reduce el número de piezas inaceptables fabricadas mientras se establece la temperatura de operación. Precalentar la cara del molde en un horno es el mejor método porque los gradientes térmicos son menores, aunque generalmente no es práctico para moldes grandes.
Vida útil del molde permanente, PDF imprimible
El rango de vida útil del molde, las variables que la acortan y los ángulos de contracción asociados, en un PDF con nuestros datos de contacto.
Grados y existencias
Los aceros para herramientas que aparecen en la herramienta de molde permanente son grados para trabajo en caliente. Los detalles de cada uno están en la página del acero para herramientas H11, que es el grado de cromo de uso general utilizado para moldes de zinc y para machos de aluminio y magnesio, y en la página del acero para herramientas H13.
La selección de material que establece el límite máximo de la vida útil del molde se presenta en la página de materiales de moldes y machos permanentes, que enumera los materiales de moldes y machos por aleación de fundición y número de coladas.
El agrietamiento térmico es un modo de daño con su propia firma en cada escala de examen, y la forma en que se separa del desgaste y la sobrecarga se presenta en la página de aceros para herramientas resistentes a la fatiga térmica. Para la ruta de análisis cuando un molde ha fallado, la página de análisis de fallas de herramientas y troqueles cubre cómo se clasifica la falla.
Vida útil del molde permanente, PDF imprimible
El rango de vida útil del molde, las variables que la acortan y los ángulos de contracción asociados, en un 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. Las cifras de vida útil del molde son valores típicos publicados para las aleaciones y procesos descritos, y una aleación de fundición, un diseño de molde o una disciplina operativa diferentes las modificarán. Las decisiones finales sobre reemplazo y reparación del molde se toman con base en el plano de la pieza y el programa de producción.
Fuente: ASM Handbook, Volumen 15, Casting (9th Edition Metals Handbook), ASM International, 1988.