Thermo-mechanical cracking of a new and laser repair welded die casting die

Agrietamiento termomecánico de una matriz de fundición a presión soldada nueva y reparada con láser

El artículo presenta el análisis del agrietamiento por fatiga termomecánica de las matrices de fundición a presión durante su uso industrial. Se introdujo un enfoque innovador y de producción sencilla para controlar las dimensiones de las grietas superficiales, que se basa en la medición de la aleta defectuosa en la pieza de fundición. Se controlaron 40 000 ciclos de una nueva matriz de fundición a presión de cuatro moldes para completar la serie de producción. La producción se detuvo tres veces para reparar las grietas mediante soldadura láser, ya que las aletas defectuosas no eran aceptables. Las alturas de las aletas defectuosas se midieron cada 1 000 ciclos en las fundiciones antes y después de la soldadura de reparación de las grietas de la superficie de la matriz. La vida en servicio de la matriz puede prolongarse varias veces con la soldadura de reparación por láser, aunque la vida en servicio de la matriz para una reparación concreta varíe.

INTRODUCCIÓN

La vida en servicio de las matrices de fundición a presión y de las herramientas de moldeo por inyección está correlacionada con las cargas termomecánicas durante la producción. La producción de 300000 piezas de fundición es una serie común para la industria de fundición a presión y 1000000 piezas de moldeo para la industria de moldeo por inyección [1, 2]. La vida útil de las herramientas en servicio se ve afectada por (a) la fatiga termomecánica, que provoca marcas de calor en la superficie de la matriz, (b) la corrosión y la soldadura del aluminio en la superficie de la matriz, (c) la erosión debida al flujo de la masa fundida, y (d) los fallos catastróficos [1-8].

Estos defectos se reflejan en las piezas de fundición en forma de defectos (aletas, marcas o rebabas). Si estos defectos se encuentran dentro de tolerancias aceptables para el producto fi nal, el molde de fundición a presión es bueno aunque la superficie tenga grietas o esté erosionada. Si estos defectos son demasiado importantes, hay que renovar cada colada, sustituir la matriz por una nueva o reparar la matriz mediante soldadura. La elección óptima depende de la serie de piezas fundidas que se vayan a producir, de los plazos, de los costes de la nueva matriz y/o de la reparación de la matriz, de los costes de los trabajadores, del equipo, del espacio de producción... Lo más económico suele ser la reparación de la matriz mediante soldadura de revestimiento. Las principales ventajas de la soldadura de reparación son el corto tiempo de inactividad y la rentabilidad en comparación con la producción de una nueva pieza. En general, la soldadura de reparación reduce el coste de la herramienta en la pieza final y permite un mayor valor añadido a la industria de fundición inyectada y moldeo por inyección [9-12].

Una buena predicción del fallo del molde mediante simulaciones numéricas es exigente debido a los numerosos mecanismos de fallo que deben tenerse en cuenta.