Materiales de camisa de inyección y punta de émbolo para fundición a presión
En una máquina de cámara fría, el metal fundido se encuentra con dos piezas antes de llegar al molde. La camisa de inyección contiene el metal dosificado y el émbolo lo impulsa a través de ella, por lo que ambas soportan el mismo calor y el mismo ataque del metal fundido, y ambas se eligen para que el par dure sin gripado. Esta página expone el material y la dureza de cada una, la regla que evita que las dos se agarroten, la tabla de propiedades de los materiales de punta de émbolo y las holguras que necesitan las puntas de aleación de cobre.
Las dos piezas que se encuentran primero con el metal fundido
El metal fundido se dosifica en la camisa de inyección y se inyecta en la cavidad del molde mediante un émbolo refrigerado por agua, que también transmite la presión de intensificación a la pieza solidificante. Por lo tanto, ambas piezas sufren estrés térmico y mecánico y ataque directo del metal fundido al mismo tiempo. Los materiales para la camisa y la punta se seleccionan conjuntamente, para dar máxima vida y mínimo mantenimiento, y ninguno puede elegirse por sí solo. Una punta de émbolo desgastada es más barata de reemplazar que una camisa de inyección, por lo que la regla general es mantener la camisa más dura y dejar que la punta se desgaste.
La camisa de inyección es una pieza de acero nitrurado
La camisa de inyección generalmente se fabrica con un acero nitrurado a una profundidad de aproximadamente 0,25 mm, lo que da una dureza superficial de hasta 70 HRC. La capa nitrurada es lo que soporta el deslizamiento de la punta y resiste el ataque del aluminio. Cabe señalar que una camisa nitrurada y una punta nitrurada del mismo acero a la misma dureza son una mala pareja. Cuando ambas piezas son del mismo material a 70 HRC, se requiere lubricación adicional para evitar el gripado y el agarrotamiento, y la punta también tiende a fragilizarse y a desarrollar grietas superficiales bajo la combinación de calor y desgaste abrasivo. Las puntas de émbolo de aleación de cobre han eliminado en gran medida ese problema, y donde se utilizan, la camisa ya no tiene que ser nitrurada en absoluto.
Por qué la camisa y la punta no deben coincidir en dureza
El problema de gripado y agarrotamiento se reduce si la dureza de las dos piezas es significativamente diferente, y esa es la razón por la que las aleaciones de cobre se impusieron en la punta de émbolo. Una punta de aleación de cobre funciona a aproximadamente 40 HRC contra una camisa a 70 HRC, y la diferencia es lo que mantiene el par deslizándose. La elección no es libre, sin embargo, porque una aleación de cobre se expande más que el acero que la rodea y necesita una holgura correspondientemente mayor. Los bronces de aluminio y los bronces de níquel-aluminio, cuyas conductividades térmicas son muy similares a las de los aceros de nitruración, se usaron durante un tiempo pero no fueron completamente satisfactorios como materiales de cojinete. Los bronces de berilio que siguieron tienen una conductividad térmica más alta que el bronce de aluminio y pueden tratarse térmicamente para obtener más resistencia y dureza.
Materiales de punta de émbolo y sus propiedades
La meehanita es relativamente barata y más resistente que los aceros de nitruración al ataque del aluminio fundido, pero adolece de menor tenacidad y resistencia a la fatiga, y se ha obtenido una mejora rociando la punta con soldadura de bronce y rectificándola para ajustarla. Entre las aleaciones de cobre, los materiales de cobre-berilio conocidos por sus nombres comerciales Ampcoloy 83-20, con 2 por ciento de berilio, y 91-20, con 0,5 por ciento de berilio, 1 por ciento de cobalto y 1 por ciento de níquel, se han utilizado con éxito en muchas partes del mundo. Ambos se endurecen por precipitación mediante un tratamiento térmico a baja temperatura. El berilio es un elemento caro y todos los compuestos de berilio son tóxicos, lo que impulsó los materiales posteriores sin berilio y con bajo contenido de berilio. El Ampcoloy 940, una aleación de cobre-silicio-níquel-cromo, y la aleación modificada de bajo berilio BB1-MOD, con 0,6 por ciento de berilio, 1,5 por ciento de níquel y 0,8 por ciento de cobalto, ambos aparecen en la tabla a continuación.
| Material de punta de émbolo | Conductividad térmica (unidades CGS) | Coeficiente de expansión térmica (por C, x 10-6) | Resistencia a la tracción a temperatura ambiente (N/mm2) | Dureza, Brinell | Dureza, Rockwell C |
|---|---|---|---|---|---|
| Acero nitrurado | 0.12 | 11.5 | 1000 | 780 | 70 |
| Cobre-berilio al 2 por ciento, tratado térmicamente (83-20) | 0.30 | 17.0 | 1170 | 370 | 40 |
| Cobre con 0,5 por ciento de Be, 1 por ciento de Co y 1 por ciento de Ni, tratado térmicamente (91-20) | 0.45 | 17.8 | 650 | 210 | 17 |
| Aleación de cobre-silicio-níquel-cromo (940) | 0.45 | 17.5 | 630 | 180 | 16 |
| Cobre con 0,6 por ciento de Be, 1,5 por ciento de Ni y 0,8 por ciento de Co, tratado térmicamente (BB1-MOD) | 0.50 | 17.8 | 760 | 230 | 20 |
Materiales utilizados para puntas de émbolo de cámara fría con las propiedades relevantes, según lo publicado en la fuente. La conductividad térmica se da en unidades CGS, por lo que la columna es comparable dentro de la tabla en lugar de contra una tabla en unidades SI.
Holgura y expansión térmica del cobre
La mayor expansión térmica de una aleación de cobre tiene que pagarse en holgura. Las tolerancias de aproximadamente 0,01 mm por cm suelen ser adecuadas entre el diámetro exterior de la punta y el diámetro interior de la camisa endurecida y rectificada. Bajo las presiones de operación utilizadas, la alta ductilidad de las aleaciones de cobre produce una acción de autogranallado en las superficies de la punta, lo que ayuda a mantener un ajuste estrecho en la camisa. La mayor conductividad térmica de las aleaciones de cobre en comparación con los aceros de nitruración también mejora la refrigeración de la punta y la disipación de calor, lo que reduce la distorsión bajo calentamiento y enfriamiento repetidos. Cuando una punta de aleación de cobre se desgasta, el mecanizado relativamente fácil permite tornearla al siguiente tamaño menor y volver a ponerla en servicio.
Cómo se construye el resto de la máquina
Las piezas alrededor de la camisa y el molde son mucho menos exigentes. La fuente compara una popular máquina de cámara caliente de tamaño medio tal como se construyó en 1938 con un modelo similar construido en 1981, y las dos listas muestran que la mayoría de los componentes de una máquina de fundición a presión son ampliamente resistentes en acero al carbono, acero de baja aleación o fundición aleada. Los tirantes soportan algo de tensión pero los aceros de baja aleación suelen ser adecuados, y solo donde las condiciones de operación indican que los tirantes estarán altamente solicitados se requiere un acero al níquel-cromo-molibdeno EN 24. Las platinas y los eslabones de articulación son comúnmente un acero al 0,3 por ciento de carbono.
| Descripción de la pieza | 1938 EMB 12 | 1981 EMB 12 B y C |
|---|---|---|
| Base | Hierro fundido | Fabricación de acero dulce |
| Recipiente metálico | Fundición de cromo | Meehanite |
| Platina fija | Acero dulce | Acero al 0,4 por ciento de carbono |
| Platina móvil | Acero semi | Acero fundido 0,25 por ciento C |
| Tirantes | Acero al 0,4 por ciento de carbono | Acero al níquel-cromo-molibdeno EN 24 |
| Eslabones de articulación | Acero semi | Acero fundido 0,25 por ciento C |
| Soporte de articulación | Acero semi | Acero fundido 0,25 por ciento C |
| Pasadores de articulación | Acero cementado | Acero al carbono de 0,5 por ciento, templado |
| Buje y émbolos | Nitralloy | Acero EN 41a, nitrurado |
Materiales de piezas de máquina para una máquina de cámara caliente de tamaño mediano tal como se fabricó en 1938 y en 1981, según lo publicado en la fuente.
El par en una vista
Colocados uno al lado del otro, las dos piezas que están en contacto con el metal fundido se eligen según principios opuestos. La camisa se fabrica lo más dura que permita el proceso, y la punta se fabrica más blanda a propósito, en un material que además extrae el calor más rápido que el acero en el que desliza.
| Parte | Material y condición normales | Dureza | Por qué se elige así |
|---|---|---|---|
| Camisa de inyección, máquina de cámara fría | Acero, nitrurado a una profundidad de capa de aproximadamente 0,25 mm | Hasta aproximadamente 70 HRC en la superficie | Para resistir el ataque del aluminio fundido y el deslizamiento de la punta dentro del taladro |
| Punta de émbolo | Acero nitrurado, Meehanite o una aleación de cobre | Las aleaciones de cobre alcanzan hasta aproximadamente 40 HRC | Para mantenerse más blanda que la camisa, de modo que el par no pueda agarrotarse ni desgastarse por fricción, y para absorber el choque, la fatiga y el desgaste que sufre la punta |
La camisa de inyección y la punta del émbolo, su material y condición habituales, y la razón por la que cada uno se elige así.
A dónde ir después
El molde al que se empuja el metal fundido se trata en la página de materiales de componentes de moldes de fundición a presión, que enumera los mismos componentes por material y dureza, y la selección más amplia por metal de colada en la página de acero para moldes de fundición a presión. El H13 del que comúnmente se fabrican tanto la camisa como los insertos del molde figura en la página del acero para herramientas H13, y su tratamiento térmico en la página de tratamiento térmico para trabajo en caliente. La nitruración que endurece una camisa se describe en la guía de nitruración, y los demás tratamientos superficiales utilizados en componentes de moldes en la página de comparación de cementación. Cómo se eligen los propios insertos y machos se trata en la página de selección de machos e insertos, la refrigeración del molde en la página de diseño de la línea de enfriamiento del molde, y el panorama general de fallos en la página de desgaste y falla del molde. La elección de grado según el proceso de fundición a presión se trata en la página de selección de fundición a presión de alta presión, y la forma de emparejar un grado con una pieza en la página de materiales por tipo de herramienta.
Antes de usar esto como especificación de material
Esta página es un resumen de referencia de una fuente publicada y no es una especificación de Aobo Steel. Las composiciones y los valores de propiedades se reproducen de la fuente, que los proporciona para aleaciones comerciales con nombre. Las aleaciones de cobre y los grados Meehanite están fuera de la gama de aceros para herramientas que almacenamos. La especificación final se confirma en el trabajo.
Fuente, Die Casting Metallurgy, A. Kaye y A. Street, Butterworths Monographs in Materials, 1982, Capítulo 21, The metallurgy of die casting machines.