Reducción de porosidad en piezas fabricadas mediante la tecnología High Pressure Die Casting (HPDC)

La fundición inyectada es un proceso de fabricación ampliamente extendido para la producción de componentes de aluminio. Entre sus virtudes se encuentra la posibilidad de producir piezas de geometría compleja, con espesores finos, con muy buena exactitud dimensional y con una alta productividad. Sin embargo, uno de sus inconvenientes es que la sanidad interna del componente queda en entredicho debido a la porosidad, inherente al proceso, que presentan los componentes fabricados con esta tecnología. 

Imagen 1: Porosidad en un plano de corte de una pieza inyectada de manera convencional

 
Pero ¿Por qué hay porosidad en la fundición inyectada? Hay que tener en cuenta que en esta tecnología de fabricación el metal fundido es inyectado en el molde a altas velocidades y la cavidad se llena en un tiempo muy reducido (aprox. 0.1s). De manera ideal, para producir una pieza sin porosidad el metal debería empujar todo el gas fuera de la cavidad y remplazarlo con metal líquido. Todo esto en apenas unos milisegundos, lo que lo hace extremadamente complicado. Además, es posible que en el interior de la cavidad previo al llenado no solo este presente el aire, sino posiblemente agua y/o vapor. Escapar de esta tecnología sería la primera opción, pero perderíamos la posibilidad de fundir piezas muy complejas y de pequeño espesor.

Ilustración 1: Esquema del proceso de inyección convencional

El proceso de proveer a los moldes de salidas de gas adecuadas es muy importante para la producción de piezas de buena calidad. Para afrontar la problemática de atrapes de aire, el sector de fundición de aluminio cuenta actualmente con métodos para permitir salir el aire de la cavidad del molde que se podrían clasificar en ventilación natural y ventilación forzada.

En la ventilación natural el aire es empujado al exterior del molde por el metal durante el llenado de la cavidad a través de ranuras que permiten el paso del aire, pero no del aluminio. La forma mas básica de ranura es un mecanizado plano a partir de los rebosaderos de 0.1mm de profundidad. Sin embargo, este tipo de ventilación resulta prácticamente siempre insuficiente. Otra forma más eficiente de ventilación natural es el uso de Chill-Vents. Es una solución con un espesor de ranura mucho mayor (hasta 1mm) pero que gracias a su perfil sinuoso no permite salir el aluminio. Como ventilación natural permite una mayor sección de ventilación pero que puede en ocasiones resultar también insuficiente para minimizar al máximo la porosidad.

En la ventilación forzada se dota al proceso de una rápida evacuación de aire mediante un sistema con un depósito de alto vacío conectado al molde de tal manera que momentos antes del llenado de la cavidad se extrae el aire de su interior para facilitar el llenado y evitar atrapar aire. Si el sistema está bien diseñado, instalado y programado, se pueden obtener piezas con una correcta sanidad interna. 

Sin embargo, hay que tener en cuenta la realidad de las fugas con estos sistemas ya que para obtener un vacío ideal en la cavidad del molde se debería tener todo completamente sellado desde el depósito hasta el pistón. De no ser así, el vacío en la cavidad no será el mismo que en el tanque. No se podrá garantizar el vacío en el molde, aunque sí que existirá una ventilación forzada.

Por otro lado, el uso de esta tecnología durante el proceso de inyección implica un posible efecto adverso menos conocido, la perturbación del frente del metal. Esto sucede en los actuales sistemas de vacío donde un gran deposito con alto vacío se conecta al molde a presión atmosférica de manera instantánea para lograr el nivel de vacío deseado del molde. Se ha demostrado que la repentina aplicación de un fuerte vacío supone una gran fuerza de succión resultando en la rotura del frente del metal con un comportamiento inconsistente y poco repetitivo del llenado del molde, es decir, una calidad de la pieza por debajo de lo esperado.

La solución planteada es la tecnología de vacío combinado desarrollada por AZTERLAN en el sistema ALU-V, el cual permite trabajar con un sistema de vacío en el que se superan las limitaciones de los sistemas actuales logrando dar un paso mas en la calidad de los componentes de fundición inyectada.
 

Ilustración 2: Esquematización del Sistema ALUV+

 

Hacia una fabricación HPDC 4.0

El control de todo proceso de fabricación es fundamental para poder garantizar unos resultados óptimos. Los sistemas de vacío, en especial, requieren incorporan nuevas variables al proceso que deben ser monitorizadas y controladas para garantizar unos resultados consistentes. 

El sistema ALU-V consta de sensores de presión de vacío, caudal de aire aspirado y humedad a partir de los cuales se pueden monitorizar las variables criticas del proceso en cada inyectada como, por ejemplo, la presión de vacío justo antes del llenado de la cavidad o el volumen de aire aspirado desde el cierre de la boca del contenedor hasta el llenado del molde. Además, es posible monitorizar las variables relacionadas con el vacío de manera sincronizada con el movimiento del pistón permitiendo tener un control completo y unificado del proceso de inyección.