Tribological wear mechanisms of molds for high pressure die casting

Mecanismos de desgaste tribológico de moldes para fundición a alta presión

El objetivo de este artículo es analizar y definir el desgaste del molde en relación con: el material del molde, la aleación de fundición y los parámetros de fundición. Estos son los elementos principales para el diseño del laboratorio experimental del equipo de fundición a presión. Además, se han realizado pruebas preliminares para asegurar que no hay adherencia entre la muestra de material del molde y el aluminio fundido durante la simulación. Los factores que se probaron fueron: forma geométrica de la muestra, temperatura de precalentamiento de la muestra, rugosidad de la superficie y lubricación.

INTRODUCCIÓN

La fundición en coquilla a alta presión se utiliza sobre todo para aleaciones de fundición que no son de hierro, como las aleaciones de zinc, cobre, aluminio, magnesio, plomo y estaño. Las piezas de fundición producidas mediante esta tecnología requieren muy poco mecanizado posterior [1]. "LTH Metal Cast" fabrica piezas de aleación de aluminio para automóviles utilizando la tecnología de fundición a alta presión. Las propiedades de la tecnología de fundición a presión se muestran en la Tabla 1. Según datos del Servicio de inspección y mantenimiento de LTH, los precios de los moldes en "LTH Metal Cast" oscilan entre 30.000 y 100.000 euros. Cada molde tiene una vida útil que suele rondar los 100 000 a 120 000 ciclos de colada. Después de ese período no es posible alcanzar las dimensiones de colada requeridas. El molde tiene que repararse o cambiarse por uno nuevo. Un desgaste prematuro excesivo aumenta considerablemente el coste de producción.

Proceso de fundición a presión

La elevada temperatura de fusión de la aleación de aluminio (unos 660 °C) en la planta de fabricación de "LTH Metal Cast" es la razón por la que se utiliza la fundición a presión en cámara fría. El metal fundido se introduce en la cámara de inyección desde una fuente externa. Esta es la razón por la que la maquinaria de fundición a presión es capaz de mantenerse fría [2].

La composición química de la aleación fundida se verifica mediante análisis espectral. En una proporción determinada, la aleación se mezcla con chatarra reciclada. El metal fundido se obtiene de un horno independiente que contiene lingotes de aleación de aluminio de Al 226, Al 231 y Al 239 [2]. La temperatura del metal fundido es de 690 ±20 ˚C. Los moldes se precalientan a 170 ±10 ˚C. Dependiendo del material y de la calidad de fundición requerida, el pistón hidráulico fuerza el metal fundido en el molde bajo una presión de 30 a 100 MPa. La velocidad del aluminio fundido a la entrada del molde oscila entre 30 y 50 m/s. El llenado del molde tarda entre 0,01 y 0,2 segundos. El llenado del molde está relacionado con la masa de metal fundido, el tamaño de la entrada del molde, la presión y la densidad del metal [2].