Casting de espuma perdida ofrece enormes beneficios, pero ha tenido un rendimiento inferior en la comercialización. Parte de eso se debe a la percepción de que el proceso requiere grandes gastos de capital inicial y herramientas que lo hacen un proceso solo apropiado para la producción en gran volumen.

Pero las fundiciones no tienen que invertir en equipos de capital o incluso herramientas para diversificarse en la fundición de espuma perdida. Por el modesto costo de las materias primas necesarias, cualquier fundición que produzca fundiciones de hierro, acero, aluminio o latón puede producir rápidamente prototipos y fundiciones de espuma perdida de corto plazo. Este método de espuma perdida podría usarse como alternativa a la fabricación aditiva o para producir herramientas para prototipos, piezas de repuesto u otros volúmenes pequeños.

Ventajas de la espuma perdida

Los beneficios de la fundición de espuma perdida han sido bien documentados. Se sabe que el proceso de forma casi neta permite formas complejas, y la investigación del Departamento de Energía (DOE) ha informado que en comparación con los métodos de fundición tradicionales, la espuma perdida proporciona un ahorro de energía del 25% -30%, un ahorro del 46% en la productividad laboral, un 7% menos de materiales utilizados y reducciones de costos de producción del 20% -25%. Se crean menos residuos sólidos, así como menos emisiones de partículas al aire y gases de efecto invernadero en comparación con los procesos tradicionales. Un beneficio adicional es que con un diseño de puerta apropiado, los rendimientos de fundición superiores al 70% son comunes, y los rendimientos superiores al 80% son factibles.

Las tolerancias de /-0,003 pulgadas por pulgada son típicas (0,076 mm/mm) y /-0,002 pulgadas por pulgada (0,05 mm/mm) son factibles en algunos casos. Para el enfoque de espuma mecanizada, la tolerancia depende de la precisión de mecanizado y típicamente 0,05 mm más la tolerancia de mecanizado. Investigaciones recientes financiadas por el DOE sobre hierro dúctil de pared delgada mostraron que incluso a 0,040 pulgadas (1 mm), la tolerancia para la espuma perdida era de /-0,0015 pulgadas (0,039 mm). Este beneficio clave significa que las piezas fundidas de espuma perdidas pueden usarse con cero o mínimo mecanizado de metales. Con un rediseño adecuado de componentes esto puede resultar en enormes ahorros de costes que compensan el costo ligeramente más alto del proceso en comparación con la fundición tradicional de arena verde o nobake.

La espuma perdida proporciona formas de red o cerca de red que pueden tener geometrías complejas como canales interiores, agujeros ciegos y posición verdadera. Los componentes pueden tener borrador cero o alterno. Incluso se han desarrollado procesos para hilos fundidos. Y la espuma perdida puede eliminar la necesidad de herramientas; La espuma se puede mecanizar y fundir.

Pasos para probar la espuma perdida

El proceso de espuma perdida implica crear un patrón de espuma que se evapora durante el vertido. La clave para tener espuma perdida con una inversión mínima de capital es eliminar la necesidad de herramientas costosas y líneas automatizadas. Esto se hace mecanizando la espuma a partir del stock de espuma y creando un lecho fluidizado compactando manualmente los matraces. Las etapas restantes son esencialmente las mismas que la fundición de espuma perdida estándar.

Paso 1: Obtenga la espuma

El primer paso es obtener bloques de espuma para mecanizado. La espuma perdida utiliza típicamente espuma de poliestireno expandido (EPS). La densidad ideal es de 1 a 1,5 libras por pie cúbico (0,016 g/cm3-0,024 g/cm3). Si el control del carbono es importante, como en la fundición de hierro, es deseable usar un copolímero hecho de poliestireno expandido (EPS) y metacrilato de polimetilo (PMMA), esto también se puede obtener en forma de bloques para el mecanizado. Un factor de seguridad esencial es asegurarse de que cualquier espuma usada no contenga retardante de llama, ya que tales espumas tienden a explotar durante la colada. Las fundiciones deben verificar con su proveedor de espuma que la espuma no contiene retardantes de llama, y también deben realizar una prueba de llama ellos mismos. Si la espuma mecanizada no se utiliza inmediatamente, se recomienda envejecerla durante al menos tres semanas antes de su uso para la estabilidad dimensional.

Paso 2: Mecanizado de patrones

Una máquina CNC es necesaria para mecanizar el patrón de espuma. Una amplia gama de máquinas herramientas es factible. Puede ser necesario realizar varios ensayos ya que las alimentaciones, velocidades, profundidad de corte, etc. van a depender de la máquina, la espuma y las herramientas de corte utilizadas. La clave es que la espuma puede cortarse, y se forman pequeñas virutas. Las velocidades más altas, las entradas más bajas y la profundidad de corte son necesarios para evitar el desgarro. Al pasar del diseño CAD de la pieza a la CAM y el mecanizado, es importante tener en cuenta la contracción del metal.

Paso 3: Adhesivo

La espuma se puede unir antes de fundir usando adhesivos. Esto permite formas altamente complejas. Se recomiendan adhesivos especiales diseñados para la espuma perdida, aplicados por cepillo o sumergimiento.

Paso 4: Reunión

Típicamente, la espuma perdida utiliza un embudo cerámico consumable pegado a un sistema de puerta. No hay relación de puerta ni punto de asfixio. El diseño de Gating es complejo y depende de la fundición. El aluminio se alimenta típicamente por encima, mientras que el hierro, el acero y el latón se alimentan por debajo.

Paso 5: Recubrimiento

Una variedad de recubrimientos diseñados para la espuma perdida están disponibles. El proceso consistente es clave, utilizando un viscómetro si se mezclan recubrimientos. Funcionan los métodos de sumergimiento o vertido.

Paso 6: Secado

La humedad causa problemas, por lo que el secado con ventiladores o habitaciones especiales es esencial.

Paso 7: Inspección del recubrimiento

Inspeccionar las grietas y retocar según sea necesario. Evite volver a sumergir conjuntos enteros.

Paso 8: Compactación

La compactación manual utiliza un matraz como un tambor de 55 galones. Fluidice la arena vibrando o compactando con un martillo. Se usan arena seca o perlas no unidas.

Paso 9: Casting

Se requiere un sobrecalentamiento más alto (50-100 ° F adicional). Verter rápidamente para compensar la presión del gas.

Paso 10: Acabado

Solidificar, sacudir y acabar similar a la fundición de arena, a menudo con un tiempo de explosión reducido.

Listo, Conjunto, Vaya

Para fundiciones que necesitan prototipos rápidos o clientes que deseen pequeños volúmenes, el método de mecanizado de espuma y compactación manual para la espuma perdida es una oportunidad de diversificar con un mínimo gasto de capital. Los procesos de fundición, fundición y acabado son esencialmente los mismos que en los procesos actuales, excepto por la necesidad de una temperatura de vertido más alta. El proceso de moldeo para la espuma perdida, aunque diferente, es algo que se puede hacer a pequeña escala para realizar primero ensayos. Esto podría incluso hacerse con metal que de lo contrario sería sacado.

Típicamente, el enfoque de espuma mecanizada funciona bien desde una perspectiva de coste para volúmenes inferiores a 100 fundiciones. Para más de 1.000 fundiciones (uso total) generalmente tiene sentido fabricar herramientas de molde de espuma en algún momento.

Una fundición de arena existente podría llevar a cabo pruebas con el proceso simple primero; Una vez que el éxito con los prototipos y los tamaños de lotes más grandes se ordenan, puede valer la pena considerar mayores inversiones en herramientas, equipos de soplado de espuma y una línea de compactación automatizada.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Qué es el moldeo a la espuma perdida?

La fundición de espuma perdida, también conocida como fundición de patrón evaporativo (EPC), es un proceso en el que un patrón de espuma se evapora al entrar en contacto con metal fundido, creando una fundición casi en forma de red con geometrías complejas y alta precisión dimensional.

¿Cuáles son los principales beneficios de la fundición de espuma perdida en comparación con la fundición de arena tradicional?

Ofrece un ahorro energético del 25-30%, mano de obra reducida, rendimientos más altos (70-80%), formas complejas sin núcleos o brotes, mecanizado mínimo y menores emisiones y residuos.

¿Puede cualquier fundición probar la fundición de espuma perdida sin una inversión importante?

Sí, mediante el uso de patrones de espuma mecanizados a partir de bloques de stock y la compactación manual en matraces simples, las fundiciones pueden producir prototipos y tiradas cortas a bajo costo, sin líneas ni herramientas automatizadas.

¿Qué materiales de espuma se recomiendan para la fundición de espuma perdida?

El poliestireno expandido (EPS) a 1-1,5 libras/pies cúbicos de densidad es estándar. Para un mejor control del carbono en fundiciones de hierro, se prefieren copolímeros EPS-PMMA. Evite las espumas retardantes de llama por razones de seguridad.

¿Cuáles son los desafíos comunes al iniciar ensayos de fundición de espuma perdida?

El diseño adecuado de la puerta para garantizar el flujo de arena, el grosor del recubrimiento consistente, el sobrecalentamiento adecuado durante el vertido y la compactación manual para prevenir el colapso del moho son críticos para evitar defectos como inclusiones de arena o rellenos incompletos.

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