El defecto de cierre en frío tiene su origen bien en las condiciones térmicos del molde, bien en el estado del metal fundido. La morfología del defecto, la ley de distribución y los resultados de la simulación CAE de Procast respaldan la determinación de la causa raíz a la hora de resolver problemas en moldes de fundición por LPDC, por gravedad y por contrapresión (CPC).
El cierre en frío de origen en el molde aparece principalmente en secciones de pared delgada alejadas del sistema de colada. Un precalentamiento insuficiente del molde o un enfriamiento excesivo local hacen que el frente de fusión pierda fluidez antes de la fusión; la ubicación del defecto coincide con la salida de la zona de baja temperatura de la simulación del campo térmico de Procast CAE.
Característica típica del cierre en frío causado por el molde: la profundidad del defecto es superficial y se distribuye principalmente cerca de la superficie del molde. Tras aumentar la temperatura de precalentamiento del molde entre 30 y 50 ℃, la tasa de defectos disminuye notablemente sin necesidad de modificar la temperatura de vertido del metal fundido en los lotes de moldes para piezas estructurales de vehículos eléctricos.
El enfriamiento excesivo local por pulverización es un desencadenante frecuente por parte del molde. El exceso de pulverización crea una zona superficial sobreenfriada; incluso si la temperatura del metal fundido cumple con las especificaciones, el frente de fusión se solidifica prematuramente y forma un cierre en frío en la producción en serie con moldes de fundición por gravedad.
El precalentamiento desigual en el interior de la cavidad del molde de fundición a contrapresión (CPC) crea una zona fría local. Una desviación de temperatura superior a 60 ℃ entre los insertos produce cierres en frío intermitentes solo en una posición específica de la cavidad, sin relación con la calidad general del metal fundido del horno en la fundición de aleaciones de aluminio.
Los cierres en frío originados en el metal fundido se distribuyen aleatoriamente por toda la geometría de la pieza fundida. Las causas fundamentales incluyen una temperatura de colada baja, un tiempo de espera prolongado de la cuchara de transferencia y una oxidación excesiva del metal fundido. Aumentar la temperatura de colada entre 25 y 40 ℃ puede mitigar eficazmente este tipo de defecto de cierre en frío.
La simulación de llenado de Procast CAE permite predecir la distribución de la temperatura del frente de fundido. Si la temperatura del frente de fundido desciende por debajo del punto de liquidus antes de la convergencia del frente de flujo, se prevé el riesgo de cierre en frío; es necesario diferenciar si la caída de temperatura se debe a la pérdida de calor del molde o a un sobrecalentamiento inicial bajo del fundido.
Una rugosidad superficial del molde (Ra) superior a 6,3 μm agrava el riesgo de cierre en frío originado por el molde. La superficie rugosa de la cavidad acelera la disipación de calor del frente de fundido; el pulido de la superficie de la cavidad reduce la tendencia al cierre en frío sin necesidad de ajustar los parámetros del fundido para el molde de fundición LPDC.
El llenado a alta velocidad no compensa por completo el cierre en frío originado por el molde. Incluso si se acelera la velocidad de llenado, la pérdida de calor en las zonas frías locales sigue solidificando el frente de fundido; aumentar a ciegas la velocidad de llenado puede introducir un nuevo defecto de porosidad por arrastre de turbulencias en las piezas en bruto de las llantas de aluminio.
Característica de repetibilidad del defecto: el cierre en frío relacionado con el molde mantiene una probabilidad elevada y estable en una posición geométrica fija; el cierre en frío relacionado con el fundido fluctúa de un lote a otro en función de las variaciones en el procesamiento del fundido para la producción de piezas estructurales de vehículos eléctricos.
Diferencia en la sección metalográfica: el cierre en frío de origen del molde suele contener una fina capa de óxido procedente de la atmósfera de la cavidad del molde; el cierre en frío de origen del metal fundido presenta inclusiones de óxido más gruesas introducidas desde la superficie de la cuchara de aluminio fundido.
Secuencia de resolución de problemas: ajustar primero el precalentamiento del molde y la intensidad de la refrigeración local. Si no se puede subsanar el defecto de cierre en frío, comprobar entonces el sobrecalentamiento del metal fundido, el tiempo de transferencia y las condiciones de oxidación; evitar modificar a ciegas los parámetros del metal fundido en proyectos de fundición por gravedad.
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Preguntas frecuentes
P: ¿En qué zonas de las piezas fundidas suele aparecer el cierre en frío de origen del molde?
R: Principalmente en zonas de paredes delgadas alejadas de la entrada de colada, que coinciden con el área de simulación de baja temperatura del molde.
P: ¿Qué prueba sencilla permite verificar un defecto de cierre en frío causado por el molde?
R: Aumenta el precalentamiento del molde entre 30 y 50 ℃; una reducción evidente del defecto apunta a una causa térmica del molde.
P: ¿Qué operación del molde provoca un cierre en frío local sin que haya un problema de calidad del metal fundido?
R: Un enfriamiento excesivo por pulverización externa crea zonas superenfriadas en la superficie de la cavidad.
P: ¿Qué característica de distribución es propia de un defecto de cierre en frío originado en la masa fundida?
R: Distribución aleatoria por toda la pieza fundida, que varía según el estado de la masa fundida de una cuchara a otra.
P: ¿Qué índice de Procast CAE predice el riesgo de cierre en frío durante el proceso de llenado?
R: La caída de la temperatura del frente de fundido por debajo del punto de liquidus antes de la fusión del frente de flujo.
P: ¿Puede una mayor velocidad de llenado eliminar por completo el defecto de cierre en frío de origen en el molde?
R: No; un aumento ciego de la velocidad puede provocar un nuevo defecto de porosidad por turbulencia y atrapamiento de gases.
P: ¿Qué diferencia metalográfica existe entre los dos tipos de cierre en frío?
R: De origen en el molde: fina película de óxido en la atmósfera de la cavidad; de origen en la masa fundida: inclusiones gruesas de óxido en la superficie de la cuchara.
