La fundición por gravedad suele ser más adecuada que la fundición a alta presión cuando los volúmenes de producción son moderados, las secciones son relativamente gruesas, la integridad de la presión es importante, se requiere un tratamiento térmico o la geometría interna depende de machos de arena.
Fundición por gravedad contra HPDC
| Factor relacionado con el proyecto | Fundición por gravedad | Proceso de fundición a presión de alta presión |
| Volumen de producción | Bajo-medio | Medio-muy alto |
| Inversión en herramientas | Más bajo | Más alto |
| Secciones típicas | De grosor medio | Delgado |
| Velocidad de llenado | Relativamente lento | Muy rápido |
| Atrapamiento de gas | Generalmente más fácil de controlar | Más sensible sin vacío |
| Tratamiento térmico | Más práctico | Más restringido |
| Uso de núcleos de arena | Muy adecuado | Difícil |
| Ciclo de producción | Minutos | Artículos de segunda clase |
Para tomar decisiones de abastecimiento, el tiempo de ciclo no debe considerarse de forma aislada. El utillaje, el mecanizado, la inspección, el tratamiento térmico, las pérdidas de calidad y la cantidad total a lo largo de la vida útil contribuyen al coste real de una pieza fundida terminada.
Caso 1: Los proyectos de bajo volumen favorecen la fundición por gravedad.
La tecnología HPDC normalmente requiere una inversión inicial considerablemente mayor en el chip y la configuración de la producción. Su menor coste recurrente solo resulta rentable cuando se producen suficientes componentes para amortizar esa inversión adicional.
Considere una carcasa de aluminio con los siguientes costos estimados:
| Elemento de costo | Fundición por gravedad | HPDC |
| Estampación | $14,000 | $47,000 |
| Costo de fundición/pieza | $8.20 | $5.20 |
| Herramientas HPDC adicionales | — | $33,000 |
| Ventaja de costo unitario de HPDC | — | $3.00 |
Una diferencia de 33 000 dólares en herramientas, dividida por un ahorro unitario de 3 dólares, da como resultado una cantidad de equilibrio de aproximadamente 11 000 componentes. Con solo 3000 piezas, el total asciende a unos 38 600 dólares para la fundición por gravedad, en comparación con aproximadamente 62 600 dólares para la fundición a alta presión.
Gravedad fundición a presiónPor lo tanto, tiene más sentido para proyectos como:
- Componentes de repuesto:La demanda es limitada o irregular.
- Maquinaria especializada:Las series de producción siguen siendo relativamente pequeñas.
- Vehículos de bajo volumen:La producción no justifica el elevado coste de los chips HPDC.
- Desarrollo de productos:La geometría aún puede cambiar después de la producción inicial.
Cuando la demanda a lo largo de la vida útil del proyecto es incierta, reducir la inversión inicial en herramientas también disminuye el riesgo de compra. Pagar mucho más por la capacidad de HPDC tiene poco valor si el proyecto nunca alcanza el volumen necesario para recuperar la inversión.
Caso 2: Las piezas estructurales se adaptan mejor a la fundición por gravedad.
Una de las principales ventajas de HPDC es la capacidad de rellenar secciones delgadas con rapidez. Sin embargo, esta ventaja pierde importancia cuando el componente ya contiene paredes gruesas, soportes reforzados, bridas anchas o zonas de montaje pesadas.
Una carcasa industrial de 6 kg con un espesor de pared promedio de 7 mm tiene requisitos de producción muy diferentes a los de una carcasa electrónica delgada de 2 mm.
Las tendencias típicas del proceso son:
- 5–3 mm:HPDC suele tener una clara ventaja
- 3–5 mm:Cualquiera de los dos procesos puede ser adecuado
- 5–8 mm:La fundición por gravedad se vuelve cada vez más práctica.
- 8–12+ mm:La geometría estructural puede favorecer la fundición por gravedad.
Estas cifras deben considerarse como referencias de diseño, no como límites estrictos para la fundición. La elección de la aleación, la distancia de flujo, el tamaño del componente, los requisitos mecánicos y la cantidad de producción pueden influir en el proceso preferido.
Por ejemplo, producir 4000 viviendas al año con un ciclo de fundición por gravedad de cinco minutos requiere aproximadamente 333 horas de producción. Si esa capacidad ya satisface la demanda anual, invertir en un sistema HPDC con una producción mucho mayor podría generar pocos beneficios económicos.
Caso 3: Las piezas estancas a la presión favorecen la fundición por gravedad.
Las piezas fundidas sometidas a presión se evalúan de forma diferente a las tapas o soportes comunes, ya que la porosidad interna puede afectar directamente a si el componente supera la prueba de estanqueidad. Por lo tanto, las carcasas hidráulicas, los cuerpos de las bombas, los componentes de las válvulas y las piezas de los compresores requieren una mayor atención al flujo del metal y al gas atrapado.
El llenado por gravedad se produce a menor velocidad, lo que generalmente facilita el control de la turbulencia del aire. Esto no elimina la porosidad, pero puede hacer que la fundición por gravedad resulte atractiva cuando la integridad de la presión es más importante que la producción máxima.
Entre los candidatos más comunes se incluyen:
- Carcasas de bombas e hidráulicas
- Cuerpos de válvulas
- Componentes del compresor
- Fundiciones para el manejo de fluidos
- Cajas de aluminio con prueba de fugas
Un presupuesto básico de fundición también puede ocultar la diferencia de coste real:
| Elemento de costo | HPDC | Fundición por gravedad |
| Fundición básica | $7.80 | $9.10 |
| Impregnación | $0.70 | — |
| Inspección adicional de fugas | $0.25 | $0.10 |
| Margen de rechazo | $0.30 | — |
| Costo efectivo | $9.05 | $9.20 |
La diferencia de precio inicial de 1,30 dólares se reduce a tan solo 0,15 dólares por componente aceptado una vez que se suman los costos relacionados con la calidad. En un programa de 20 000 piezas, una tasa de rechazo del 1,5 % también representa 300 componentes, o alrededor de 2700 dólares en valor de pieza terminada antes de contabilizar la clasificación, las nuevas pruebas, la producción de reemplazo y el transporte.
Caso 4: El tratamiento térmico favorece la fundición por gravedad.
La fundición por gravedad merece una mayor consideración cuando un componente requiere tratamiento térmico T5/T6, tratamiento térmico de solución, soldadura o mejora del rendimiento mecánico. La fundición convencional a alta presión (HPDC) puede retener gases procedentes del llenado a alta velocidad, y estos gases atrapados pueden expandirse durante el tratamiento a alta temperatura, aumentando la posibilidad de ampollamiento.
Esta consideración es de suma importancia cuando las especificaciones exigen:
- Propiedades T5 o T6:La resistencia depende del tratamiento posterior al enyesado.
- Soldadura:La unión aguas abajo forma parte de la ruta de ensamblaje.
- Mayor resistencia estructural:El tratamiento térmico puede sustituir al refuerzo
- Resistencia a la fatiga:El rendimiento mecánico importa más que la velocidad del ciclo.
Por lo tanto, una comparación basada únicamente en el presupuesto de la fundición puede resultar engañosa:
| Elemento de costo | HPDC | Fundición por gravedad |
| Fundición básica | $7.40 | $9.00 |
| Tratamiento térmico | — | $1.20 |
| Placa de refuerzo | $2.00 | — |
| Ensamblaje adicional | $1.20 | — |
| Costo del componente terminado | $10.60 | $10.20 |
Aunque el precio inicial de la pieza fundida por gravedad es más elevado, la pieza terminada supone un ahorro de 0,40 dólares por unidad, ya que se eliminan el refuerzo y un paso de ensamblaje. El mismo ahorro se traduce en unos 4000 dólares para 10 000 piezas, 20 000 dólares para 50 000 piezas y 40 000 dólares para 100 000 piezas.
Caso 5: Las cavidades complejas favorecen la fundición por gravedad.
Otra ventaja importante de la fundición por gravedad es su capacidad para trabajar con machos de arena desechables. Estos machos pueden formar cavidades cerradas, curvas o interconectadas que son difíciles de extraer con las herramientas rígidas convencionales de fundición a presión por alta presión (HPDC).
Esta capacidad es útil para componentes que contienen:
- Camisas de agua y canales de refrigeración
- cámaras de bombeo
- conductos internos de la válvula
- Carcasas de motor huecas
- Múltiples rutas de flujo
Supongamos que la carcasa de una bomba requiere un conducto interno curvo. Un núcleo de arena fundido por gravedad puede costar alrededor de 1,30 dólares adicionales por componente, mientras que producir la misma geometría mediante HPDC seguido de dos operaciones CNC podría costar aproximadamente 3,20 dólares adicionales.
Esa diferencia de 1,90 dólares equivale a unos 19.000 dólares en 10.000 piezas. El proceso de mecanizado también puede implicar el uso de fijaciones, el consumo de herramientas de corte, la manipulación de virutas, una mayor capacidad de la máquina y una inspección dimensional adicional.
En este caso, la fundición por gravedad no se elige simplemente por ser un proceso de menor volumen. Es más adecuada porque la propia pieza fundida puede incorporar una mayor parte de la geometría interna requerida y reducir el trabajo de fabricación secundario.
¿Cuándo se convierte la fundición por gravedad en la mejor opción?
La fundición por gravedad resulta cada vez más atractiva cuando varias de las condiciones mencionadas anteriormente se dan en un mismo proyecto. Cuanto más dependa un componente de volúmenes de producción moderados, secciones sustanciales, resistencia a la presión, tratamiento térmico o geometría de núcleo de arena, menos importante será la alta velocidad de producción de la fundición a presión de alta presión (HPDC).
| Condición del proyecto | Por qué la fundición por gravedad puede ajustarse mejor |
| Volumen bajo a medio | Un menor coste de utillaje es más fácil de recuperar. |
| Secciones estructurales gruesas | La capacidad HPDC de pared delgada proporciona menos beneficios. |
| Requisitos de estanqueidad a la presión | El atrapamiento de gas puede ser más fácil de manejar. |
| Se requiere tratamiento térmico. | El procesamiento T5/T6 suele ser más práctico. |
| Cavidades internas complejas | Los núcleos de arena pueden formar pasajes cerrados directamente |
| HPDC necesita más trabajo secundario | El costo de la pieza terminada puede favorecer la fundición por gravedad. |
Un componente no necesita cumplir con todas las condiciones. Por ejemplo, una carcasa de bomba con paredes de 7 mm, producida a razón de 8.000 unidades al año y que requiere pruebas de estanqueidad, ya combina varios factores que apuntan a la fundición por gravedad.
Por lo tanto, la evaluación final debe comparar el utillaje, la fundición, el mecanizado, el tratamiento térmico, las pruebas y los desechos, en lugar de considerar únicamente el precio unitario de la pieza fundida. Cuando la fundición por gravedad evita inversiones innecesarias en utillaje o reduce significativamente el procesamiento posterior, su ciclo más lento aún puede ofrecer un componente final más económico.