5 Tipos de tolerancias de patrones en la fundición

1. Introducción

Los márgenes de patrón son fundamentales para fundición de metales, Asegurar que el producto final cumpla con las especificaciones de diseño a pesar de los comportamientos inherentes del material y del proceso..

La fundición de metales está sujeta a contracción., expansión térmica, fricción del molde, y requisitos de posprocesamiento, por lo que es esencial modificar intencionalmente las dimensiones del patrón antes de la producción..

Comprender y aplicar las tolerancias correctas mejora la precisión dimensional, acabado superficial, y rendimiento mecánico, reduce la chatarra, y optimiza la eficiencia de la producción.

2. ¿Qué son las tolerancias de patrón??

Tolerancias de patrón Son ajustes dimensionales deliberados realizados en los patrones de fundición para compensar los cambios predecibles que ocurren durante el proceso de fundición..

Cuando el metal fundido se solidifica y se enfría, sus dimensiones no coinciden exactamente con el patrón original debido a factores como contracción, distorsión, fricción del molde, y operaciones de posprocesamiento.

Los márgenes de patrón garantizan que el La fundición terminada cumple con las especificaciones de diseño..

En esencia, Las tolerancias de patrón son “correcciones” incorporadas que se aplican a un patrón para tener en cuenta:

• Contracción del metal Durante la solidificación
• Operaciones de mecanizado o acabado. que eliminan material
• Ángulos de salida necesario para una fácil eliminación del moho
• Distorsión o deformación durante el enfriamiento
• Capas adicionales de revestimientos, enchapado, o tratamientos termales

Calculando y aplicando cuidadosamente estas asignaciones, Las fundiciones pueden producir piezas fundidas que son dimensionalmente preciso, funcional, y rentable, incluso para formas complejas o componentes de alta precisión.

Los márgenes correctamente diseñados reducen el retrabajo, tasas de desecho, y mejorar la eficiencia general de la producción.

3. Tipos de tolerancias de patrones

Los márgenes de patrón son modificaciones dimensionales intencionales aplicado a los patrones de fundición para garantizar que las piezas fundidas finales Cumplen exactamente con los requisitos de diseño., compensar comportamiento del material durante la solidificación, y acomodar operaciones posteriores a la fundición.
Cada tipo de subsidio tiene un propósito distinto, abordar fenómenos específicos en el proceso de fundición.
Los subsidios diseñados adecuadamente son esenciales para minimizando defectos, reduciendo el retrabajo, y garantizar el rendimiento funcional de los componentes fundidos.

Subsidio de contracción

• Objetivo: para compensar Contracción del metal durante la solidificación y el enfriamiento..
  Sin margen de contracción, Las piezas fundidas serán más pequeñas de lo previsto., potencialmente no cumplir con las especificaciones de diseño.
  El margen de contracción garantiza precisión dimensional, ajuste funcional, y compatibilidad con piezas acopladas.

  

• Mecanismo:
  El margen de contracción compensa Reducción de volumen durante la solidificación y el enfriamiento..

• • Contracción líquida: A medida que el metal fundido se enfría hasta la temperatura de solidus, Los átomos se acercan más juntos, causando un reducción de densidad.
    La colocación del elevador garantiza que el metal fundido de los alimentadores alimenta las áreas cada vez más reducidas, prevenir las caries.
  • Contracción sólida: Se produce una mayor contracción a medida que el metal solidificado se enfría a temperatura ambiente..
    El sobredimensionamiento del patrón explica esto por ampliando las dimensiones del patrón inicial proporcionalmente a las tasas de contracción específicas del material.
  • gradientes térmicos y espesor de sección.: Las secciones más gruesas se enfrían más lentamente, lo que lleva a una contracción diferencial.
    El diseño de patrón adecuado incorpora sobredimensionamiento variable, asegurando dimensiones uniformes en regiones delgadas y gruesas.

Ejemplos de contracción específicos del material:

Significado: Predicción precisa de la contracción previene defectos como porosidad, grietas, o inadaptados, particularmente en aeroespacial, automotor, y componentes industriales.

Tolerancia de mecanizado

• Objetivo: Proporcionar material adicional en superficies críticas para garantizar que mecanizado post-fundición logra el dimensiones finales precisas y calidad de la superficie.
  Sin sobremesa para mecanizado, Las piezas fundidas pueden fallar tolerancias dimensionales debido a la rugosidad de la superficie, irregularidades del molde, o variaciones menores de contracción.

  

• Mecanismo:
  El margen de mecanizado proporciona material adicional en superficies funcionales para compensar:

• • Irregularidades de la superficie: Los moldes de arena o de revestimiento introducen asperezas y desviaciones dimensionales menores.. El espesor extra permite Eliminación de material para lograr tolerancias precisas..
  • Correcciones posteriores al lanzamiento: Variaciones de contracción, deformación menor, o los defectos localizados se corrigen durante el mecanizado, Asegurar que la geometría final coincida con el diseño de ingeniería..
  • Eliminación predecible: Los patrones incluyen un espesor precalculado para girar, molienda, o moler, asegurando una profundidad de mecanizado uniforme y evitando el corte excesivo.

• Rango típico: 1–5 mm dependiendo del material y los requisitos de tolerancia.
• Impacto: Asegurar integridad funcional de componentes de precisión como engranajes, ejes, o bridas.

Borrador de asignación

• Objetivo: para habilitar Eliminación suave y sin daños del patrón. desde la cavidad del molde.
  La asignación de borrador impide raspado, desgarrando, o rotura de paredes de molde, lo que podría provocar defectos superficiales o imprecisiones dimensionales.

• Mecanismo:
  El proyecto de asignación introduce una Ligera conicidad en superficies verticales o casi verticales. del patrón:

• • Reducción de fricción: El cono se reduce Fricción entre las paredes sólidas del molde y el patrón. durante la extracción.
  • Daño minimizado al moho: Previene el desgarro, extensión, o agrietamiento de moldes de arena o moldes de concha, mantenimiento integridad de la cavidad.
  • Fuerzas de eliminación uniformes: Garantiza que las paredes delgadas y los elementos intrincados no se peguen, permitido precisión dimensional constante a través de múltiples castings.
  • Optimización del ángulo: El ángulo de inclinación se determina basándose en tipo de metal, material del molde, y altura de la pared, normalmente de 1 a 3° para metales, mayor para plásticos o resinas.

• Impacto: Reduce tasas de rechazo, minimiza el desgaste del molde, y permite alta repetibilidad en producción, especialmente para piezas fundidas complejas o altas.

Subsidio de distorsión

• Objetivo: para compensar deformación geométrica causado por enfriamiento desigual, tensiones internas, o contracción diferencial.
  Sin margen de distorsión, Las piezas fundidas largas o de paredes delgadas pueden deformarse., girar, o doblar, conduciendo a desalineación, problemas de montaje, o rechazo.

• Mecanismo:
  Cuentas de provisión por distorsión para Deformación causada por enfriamiento desigual o tensiones residuales.:

• • gradientes de contracción térmica: A medida que las secciones gruesas y delgadas se enfrían a diferentes velocidades, Las tensiones internas pueden provocar deformaciones o flexiones.. Los patrones predeformados contrarrestan la distorsión esperada.
  • Relajación del estrés: Anticipando patrones de tensión residual, el patrón está diseñado intencionalmente con una geometría que restaura la forma deseada después del enfriamiento.
  • Ajuste basado en simulación: Las fundiciones modernas utilizan Simulaciones térmicas y estructurales. para predecir la distorsión y calcular compensaciones de patrones precisas.

• Aplicaciones: Crítico en componentes asimétricos, marcos grandes, y carcasas de turbinas.

Asignación de rap

• Objetivo: para dar cuenta de ligera ampliación o distorsión de las cavidades del moho causadas por la fuerza aplicada al retirar el patrón (golpecitos).
  Sin este subsidio, paredes delgadas o núcleos intrincados pueden colapsar o deformar, comprometer la precisión dimensional.

• Mecanismo:
  La asignación de rap compensa Agrandamiento de la cavidad causado por fuerzas mecánicas. durante la eliminación del patrón:

• • Transferencia de fuerza: Cuando se extrae el patrón, La energía se transfiere al material del molde., comprimir o estirar ligeramente las paredes del molde.
  • Respuesta específica del material: Los moldes de arena suelta o los moldes de cáscara fina pueden deformarse bajo las fuerzas de extracción..
    El patrón es ligeramente más pequeño en áreas críticas para que la cavidad coincida con las dimensiones de diseño después de golpear.
  • Protección de pared delgada: Garantiza que las características delicadas permanezcan intactas, prevenir roturas o defectos superficiales durante el desmoldeo.

• Aplicaciones: Particularmente importante para moldes de arena verde y geometrías complejas.

Margen de mecanizado o acabado para revestimiento o enchapado

• Objetivo: Para proporcionar material adicional a compensar las pérdidas materiales durante acabado superficial, galvanoplastia, o recubrimientos duros.
  Esto asegura la La fundición final permanece dentro de las tolerancias dimensionales. después de la eliminación o deposición del recubrimiento.

• Mecanismo:
  El margen de acabado garantiza que El material eliminado durante el tratamiento de la superficie no compromete la precisión dimensional.:

• • Deposición o remoción de material: galvanoplastia, cuadro, o el pulido puede alterar las dimensiones de la superficie.
    El grosor adicional del patrón garantiza la Las dimensiones finales permanecen dentro de la tolerancia. después del recubrimiento o acabado.
  • Asignación uniforme: Los patrones incluyen un margen calculado, normalmente entre 0,05 y 0,2 mm, para adaptarse a la variabilidad del proceso.
  • Crítico para tolerancias estrictas: Especialmente importante para el sector aeroespacial, automotor, o piezas decorativas donde integridad de la superficie y precisión dimensional son críticos.

• Valores típicos: 0.05–0,2 mm según el tipo de revestimiento y el espesor.
• Aplicaciones: Adornos automotrices, componentes aeroespaciales, o accesorios decorativos que requieran alta calidad superficial y resistencia a la corrosión.

4. Factores que afectan los márgenes de patrón

Los márgenes de patrón son ajustes dimensionales intencionales Se aplica a los patrones de fundición para garantizar que la fundición final cumpla con las especificaciones de diseño..

La magnitud y el tipo de provisiones dependen de una combinación de propiedades de los materiales, método de fundición, geometría, y requisitos de posprocesamiento.

Propiedades de los materiales

• Expansión y contracción térmica: Los metales y aleaciones se expanden cuando se calientan y se contraen durante la solidificación..
  Las aleaciones de alto punto de fusión, como el acero inoxidable y los aceros con alto contenido de carbono, pueden requerir mayores márgenes de contracción que los metales de bajo punto de fusión, como el aluminio o el zinc..
• Comportamiento de solidificación: Materiales con importante contracción de líquido a sólido. (p.ej., acero al manganeso, zinc) requieren tolerancias precisas para evitar huecos internos o imprecisiones dimensionales.
• Transformaciones de fase: Aleaciones que sufren transformaciones de estado sólido. (p.ej., formación de perlita en aceros) puede experimentar una contracción adicional, Influir en los cálculos de las asignaciones..

Método de fundición

• Fundición en arena vs. Fundición a la cera perdida: Los moldes de arena son más porosos y comprimibles., a menudo reduciendo la necesidad de borradores de asignaciones, Mientras que la fundición a la cera perdida con moldes cerámicos rígidos requiere márgenes de deformación y contracción cuidadosamente calculados..
• Permanente vs.. Moldes prescindibles: Moldes prescindibles (p.ej., arena verde o cera perdida) Puede requerir mayores tolerancias tanto para la contracción como para la distorsión., mientras que los moldes permanentes (acero o hierro fundido) son dimensionalmente estables, permitiendo tolerancias más estrictas.

Geometría y espesor de sección

• Formas complejas: Paredes delgadas, costillas largas, o las cavidades profundas pueden causar un enfriamiento desigual y una contracción localizada, Requiriendo distorsión y asignaciones de golpeo..
• Variación de sección: Grandes diferencias en el espesor de la sección pueden provocar una contracción diferencial; las secciones más gruesas se solidifican más lentamente, potencialmente causando marcas de hundimiento, mientras que las secciones más delgadas pueden enfriarse rápidamente y contraerse menos.

Requisitos de mecanizado y acabado

• Subsidios de mecanizado: Piezas que se someterán a mecanizado posterior a la fundición. (p.ej., bridas, superficies de rodamiento) Requiere material añadido, normalmente entre 1 y 3 mm dependiendo de la aleación y el proceso de mecanizado.
• Tolerancias para recubrimiento o enchapado: Se pueden agregar márgenes adicionales para compensar el espesor de los recubrimientos., anodizado, o operaciones de chapado.

Manejo y eliminación de patrones

• Proyecto de asignaciones: Los patrones deben incluir ángulos de salida para permitir una extracción suave de los moldes sin dañar la cavidad del molde..
  El borrador requerido varía según el tipo de molde y el material.: 1–3° para metales en moldes de arena, 2–5° para moldes de revestimiento rígidos.
• Asignación de rap: Una fuerza excesiva durante la extracción del molde puede causar deformación.; Los márgenes pueden compensar ligeras distorsiones del molde durante la expulsión..

Condiciones ambientales y de proceso

• Temperatura y humedad: Los materiales del molde como arena o yeso se expanden o contraen con el contenido de humedad., afectando la precisión dimensional.
• Prácticas de fundición: Tasas de enfriamiento, compactación de moho, y el precalentamiento del molde puede influir sutilmente en los márgenes del patrón, especialmente en piezas fundidas de alta precisión o a gran escala.

5. Desafíos comunes y mejores prácticas

Los márgenes de patrón son esenciales para garantizar piezas fundidas precisas., pero aplicarlos incorrectamente puede llevar a errores dimensionales, defectos, y mayores costos.

6. Conclusión

Los márgenes de patrón son fundamental para el éxito del casting, influyendo directamente en la precisión dimensional, rendimiento mecánico, y eficiencia de fabricación.

Comprender y aplicar los **cinco tipos principales: contracción, mecanizado, borrador, distorsión, y márgenes de golpeo/recubrimiento: **ayuda a los ingenieros y profesionales de la fundición a producir materiales de alta calidad., Castings sin defectos.

La integración de derechos de emisión con simulación moderna y un control de calidad sólido garantiza coherente, producción rentable, incluso para geometrías complejas y materiales de alto rendimiento.

 

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la tolerancia de patrón más importante??

El margen de contracción es el más crítico., ya que aborda directamente la contracción volumétrica del metal durante el enfriamiento.

Un margen de contracción incorrecto conduce a piezas fundidas de tamaño insuficiente, que a menudo se desechan o requieren costosas reparaciones de soldadura.

¿Cómo se calcula el margen de contracción??

El margen de contracción se calcula como un porcentaje lineal de la dimensión nominal de la pieza fundida.:

Dimensión del patrón = Dimensión nominal × (1 + tasa de contracción). Por ejemplo, a 100 pieza de fundición gris de mm (1.0% contracción) requiere un 101 patrón mm.

¿Por qué es necesaria la asignación de borrador??

El margen de borrador evita daños en el molde y la deformación del patrón durante la extracción..

Sin borrador, La fricción entre el patrón y la arena del molde puede causar erosión de la arena o rotura del patrón., lo que lleva a piezas fundidas defectuosas.

¿Cuánta asignación de mecanizado se necesita para la fundición a la cera perdida??

La fundición a la cera perdida tiene una superficie lisa como fundición. (RA 1.6-3.2 μm), por lo que el margen de mecanizado es menor (0.5–1,5 mm para superficies exteriores) en comparación con el fundición de arena (2–4 mm).

¿Cuándo se requiere un margen de distorsión??

Se necesita un margen de distorsión para asimétricos., paredes delgadas, o piezas fundidas de acero con alto contenido de carbono, donde el enfriamiento desigual o las transformaciones de fase causan deformación. A menudo se determina mediante simulación o modelos de prueba..

¿Qué es el subsidio de rap?, y por que es pequeño?

El margen de golpeo compensa el agrandamiento de la cavidad del molde durante el golpeo del patrón..

es pequeño (0.1–0.5 mm) porque los cambios en la cavidad inducidos por los golpes son mínimos en comparación con la contracción o el margen de mecanizado.