Un diseño superior de las piezas puede reducir los costes de la fundición de precisión al optimizar las herramientas de cera, disminuir la demanda de núcleos cerámicos, mejorar la eficiencia del árbol de fundición, eliminar las secciones pesadas problemáticas, establecer posiciones de entrada adecuadas y reducir el trabajo de mecanizado secundario.
¿Qué factores influyen en los costes de la fundición a la cera perdida?
| Área de diseño | Qué mejorar | Costo principal afectado |
| Patrón de cera | Minimizar socavados e inserciones complejas. | Costo de herramientas y patrones |
| Núcleos cerámicos | Simplificar cavidades y pasajes cerrados | Herramientas básicas y costos recurrentes de las herramientas básicas |
| Árbol de fundición | Mejorar el espaciado y la orientación de las piezas. | Costo de desmoldeo, vertido y procesamiento |
| Secciones pesadas | Eliminar el exceso de masa metálica local | Material, alimentación y desechos |
| Ubicación de la puerta | Reservar zonas de exclusión prácticas | Rectificado y acabado |
| Forma casi neta | Formar más geometría en la fundición | Costo del mecanizado CNC y de la pieza terminada |
Diseño 1: Simplificar el patrón de cera
Cada fundición de precisiónSe origina a partir de un modelo de cera. Esto significa que las geometrías que complican la inyección de cera pueden aumentar los costos incluso antes de la fase de vertido. Los socavados profundos, los huecos cerrados, las ranuras laterales y las direcciones de desmoldeo complicadas pueden requerir guías, insertos desmontables o mano de obra adicional.
Para componentes de tamaño mediano, la incorporación de un inserto móvil o una corredera al molde de cera puede incrementar la inversión en utillaje entre 1000 y 5000 dólares o más. El valor exacto depende del tamaño de las piezas y de la construcción del molde.
Compruebe las características que complican la liberación de patrones.
Entre las áreas comunes a examinar se incluyen:
- Socavados externos profundos
- Ranuras y surcos laterales
- recovecos atrapados
- Bolsillos internos estrechos
- Proyecciones sin fundamento a largo plazo
Si una característica compleja añade 3000 dólares al utillaje de cera, esto supone un coste implícito de aproximadamente 0,60 dólares por pieza fundida para un pedido de 5000 unidades. Esto ocurre incluso antes de tener en cuenta los gastos de inyección de cera y fundición de metal.
Por lo tanto, para la producción de bajo a medio volumen, la optimización de las herramientas de cera puede generar mayores ahorros que el recorte de pequeñas cantidades de material de cada componente individual.
Diseño 2: Reducir el uso de núcleos cerámicos
Los núcleos cerámicos permiten la fundición a la cera perdida de conductos cerrados y geometrías internas que las herramientas de cera estándar no pueden producir directamente. Sin embargo, cada núcleo implica requisitos adicionales de herramientas y procedimientos de fabricación.
Los núcleos cerámicos pueden requerir herramientas específicas, fabricación por separado, instalación dentro del patrón de cera, verificación dimensional y extracción una vez que el metal se haya solidificado.
Compare el costo principal con la alternativa
Consideremos un pasaje interno con los siguientes requisitos:
- Herramientas básicas: 4.000 dólares
- Núcleo cerámico: $0.40/pieza
- Cantidad de producción: 25.000 unidades
El gasto recurrente solo en núcleos puede alcanzar los 10 000 dólares. Esto eleva el costo total asociado a los núcleos a aproximadamente 14 000 dólares, sin contar el trabajo de manipulación adicional ni las posibles pérdidas por desperdicio.
Los núcleos cerámicos solo resultan económicamente viables cuando eliminan procesos costosos como:
- Perforación de agujeros profundos
- Soldadura
- Ensamblaje de varias piezas
- Múltiples configuraciones CNC
- Mecanizado de conductos curvos complejos
Para orificios rectos cortos o características internas accesibles, el mecanizado posterior a la fundición puede, en ocasiones, ofrecer costes de piezas acabadas inferiores en comparación con la colocación de un núcleo cerámico en cada patrón de cera.
Diseño 3: Colocar más piezas en cada árbol de fundición.
Las piezas fundidas a la cera perdida suelen unirse a un bebedero central y procesarse juntas como un árbol de fundición completo. Por lo tanto, la cantidad de modelos que se colocan en cada árbol afecta directamente la construcción de la carcasa, el desencerado, el vertido y el costo del desmoldeo.
Las bridas sobredimensionadas, los brazos extendidos y las proyecciones mal posicionadas pueden generar mayores espacios entre patrones adyacentes. Incluso un componente relativamente ligero puede resultar costoso cuando su forma limita la cantidad de piezas que puede contener cada árbol.
Cambios en la densidad de árboles Costo de procesamiento
Consideremos un pedido de producción de 12.000 piezas:
| Diseño del árbol | Partes por árbol | Árboles necesarios |
| Diseño original | 10 | 1.200 |
| Diseño mejorado | 15 | 800 |
| Diferencia | +5 piezas/árbol | 400 árboles menos |
Producir 400 árboles menos reduce el consumo y el procesamiento repetidos en:
- Ensamblaje del árbol de cera
- Lechada cerámica y estuco
- Desparafinado
- Carga del horno
- Vertido de metal fundido
- Extracción de la cáscara
Aumentar la capacidad de producción de árboles de 10 a 15 partes reduce la cantidad de árboles necesarios en aproximadamente un 33% para la misma cantidad de producción.
Por lo tanto, en la fundición de precisión de mayor volumen, modificar ligeramente el tamaño o la orientación de una brida, saliente o proyección puede generar mayores ahorros que eliminar tan solo unos pocos gramos del componente terminado.
Diseño 4: Reducir las secciones de metal pesado
Una sección gruesa cuesta más que la aleación adicional que contiene. Debido a que se enfría más lentamente que la geometría circundante, también puede dificultar la solidificación direccional y la alimentación del metal.
Por ejemplo, unir una pared de 3 mm directamente a un saliente de 12 mm produce una masa térmica concentrada. La fundición podría necesitar una compuerta más grande o metal de alimentación adicional, y el riesgo de defectos por contracción también puede aumentar.
Los cambios prácticos en el diseño incluyen:
- Jefes sobredimensionados huecos
- Reducción del grosor excesivo de las almohadillas
- Eliminación de masas sólidas innecesarias
- Crear transiciones de espesor más suaves
- Tomar metal de regiones con carga ligera
La reducción de peso también puede mejorar el rendimiento.
Supongamos que una pieza de fundición de acero inoxidable se rediseña y su peso se reduce de 0,95 kg a 0,83 kg.
En un total de 30.000 piezas, el peso total de la pieza fundida terminada disminuye en 3.600 kg.
El beneficio económico puede ir más allá de esas 3,6 toneladas de aleación. Cuando el metal eliminado también suprime un punto caliente problemático, el rendimiento del metal puede mejorar, los requisitos de alimentación pueden disminuir y se pueden rechazar menos piezas fundidas.
En la fundición a la cera perdida, la reducción de material más valiosa suele ser la del metal que crea un problema de solidificación y alimentación, en lugar de simplemente el material más fácil de eliminar del modelo CAD.
Diseño 5: Mejorar la ubicación de la puerta.
La compuerta conecta primero el modelo de cera con el árbol de fundición y, posteriormente, proporciona la vía para que el metal fundido entre y alimente el componente. Por lo tanto, su ubicación influye tanto en el rendimiento de la fundición como en la cantidad de trabajo posterior.
Cuando todas las caras externas deben permanecer libres de marcas de la compuerta, la fundición puede verse obligada a colocar la compuerta en una posición menos eficiente o más difícil de acabar.
Las zonas de acceso prácticas suelen incluir:
- Almohadillas de montaje ocultas
- jefes gruesos
- Superficies mecanizadas posteriormente
- Bordes no cosméticos
- Secciones con espesor suficiente para la alimentación
El costo de acabado se repite en cada pieza.
Supongamos que una posición difícil de la compuerta añade 0,30 dólares al coste de rectificado por pieza fundida.
| Cantidad del pedido | Costo adicional de acabado |
| 10.000 unidades | $3,000 |
| 40.000 unidades | $12,000 |
| 100.000 unidades | $30,000 |
Con un volumen de producción de 100.000 unidades, esa restricción de diseño, aparentemente menor, supone un gasto adicional de 30.000 dólares en acabados repetidos.
Por lo tanto, permitir una única zona de fijación de la compuerta puede resultar más económico que exigir que todas las superficies del componente permanezcan completamente libres de marcas de la compuerta.
Diseño 6: Utilizar la forma casi final para el mecanizado de corte.
La fundición a la cera perdida ofrece el mayor beneficio económico cuando la mayor parte de la geometría final se crea durante la fundición en lugar de mediante operaciones CNC posteriores.
A menudo, los huecos, los salientes de montaje, las marcas en relieve, los perfiles externos, las almohadillas y los orificios seleccionados pueden incorporarse directamente al patrón de cera sin generar costes de procesamiento recurrentes significativos.
El mecanizado de precisión debe seguir centrándose en las áreas donde protege directamente el rendimiento de los componentes, entre las que se incluyen:
- asientos de cojinete
- Superficies de sellado
- Puntos de referencia de ensamblaje
- taladros de precisión
- Caras de apareamiento críticas
Compare la pieza terminada, no solo la pieza fundida.
Una pieza fundida con una geometría más integrada puede tener un precio de fundición ligeramente superior, aunque el resultado final sea un componente más económico.
| Elemento de costo | Fundición básica | Diseño cercano a la red |
| fundición de precisión | $8.20 | $8.55 |
| Mecanizado CNC | $1.80 | $0.85 |
| Refinamiento | $0.30 | $0.30 |
| Costo de la pieza terminada | $10.30 | $9.70 |
La versión casi neta aumenta el precio de fundición en 0,35 dólares, pero la reducción del mecanizado disminuye el coste de la pieza terminada en 0,60 dólares por pieza.
Con una producción de 50.000 piezas, el componente rediseñado genera un ahorro total de aproximadamente 30.000 dólares.
Por eso, las decisiones de compra basadas únicamente en el precio más bajo de la pieza fundida en bruto pueden resultar engañosas. Una comparación más útil es el coste del componente una vez terminado y listo para su montaje.
¿Qué cambios deberían priorizarse?
El ajuste de diseño más valioso depende de qué etapa esté impulsando actualmente el costo de la fundición de precisión.
Cuando el utillaje inicial es costoso, conviene evaluar primero la complejidad del patrón de cera y los requisitos del núcleo cerámico. Cuando el precio unitario recurrente es elevado, la utilización del árbol de producción, el rendimiento del metal, el acabado de la compuerta y el mecanizado secundario suelen ofrecer un mayor potencial.
Una forma práctica de priorizar las mejoras es:
- Alto coste de utillaje:Simplificar las herramientas de cera y los requisitos básicos.
- Alto coste de fundición:aumentar la densidad de árboles y reducir las zonas de mayor densidad.
- Alta tasa de desperdicio:examinar las zonas de alimentación y de solidificación difícil.
- Alto coste de acabado:Mejorar la fijación de la puerta y los puntos de corte.
- Precio elevado de la pieza terminada:incorporar más geometría al propio proceso de fundición.
Por ejemplo, ahorrar 4000 dólares en herramientas equivale a 0,80 dólares por pieza en un pedido de 5000 unidades, pero solo a 0,04 dólares por pieza en un pedido de 100 000 unidades. En cambio, reducir 0,40 dólares en costes recurrentes de mecanizado supone un ahorro de 40 000 dólares en un programa de producción de 100 000 unidades.