La fundición de impulsores de gran tamaño (generalmente con diámetros exteriores de 500 mm o que presentan estructuras de canales de flujo complejos y de paredes delgadas) representa un desafío en la industria de la fundición debido a su compleja estructura, el espesor irregular de las paredes y los elevados requisitos de precisión del canal de flujo y calidad superficial. La selección del proceso de fundición más adecuado y el posterior control de defectos son factores clave para determinar el éxito o el fracaso.
1. Selección de los procesos de fundición más comunes
Para diferentes materiales y requisitos de precisión, se suelen utilizar los siguientes tres procesos para ruedas de hojas grandes:
Fundición a la cera perdida (método de pérdida de cera): Es el proceso principal para impulsores de acero inoxidable y acero aleado. Permite reproducir superficies de álabes complejas con alta precisión dimensional (CT4-CT6), siendo adecuado para impulsores complejos de tamaño pequeño y mediano. Sin embargo, para tamaños ultragrandes (como 1 metro), los moldes de cera son propensos a la deformación, lo que dificulta el control de la resistencia de la carcasa.
Fundición en arena de resina: adecuada para grandes impulsores de acero y hierro fundido (como los impulsores de ventiladores de centrales eléctricas con un diámetro de varios metros). De bajo costo y gran adaptabilidad, pero la superficie de fundición es rugosa y la precisión del tamaño del canal es ligeramente inferior, lo que requiere mucho tiempo de pulido posteriormente.
Fundición compuesta (molde de inversión + molde de arena): Para impulsores con palas grandes y complejas, es común utilizar moldes de inversión para las palas y moldes de arena para el cubo y los radios, que se combinan y se funden. Equilibrio entre la precisión de las palas y la implementación de estructuras de gran tamaño.
Fundición a baja presión/por gravedad: se utiliza habitualmente para impulsores grandes de aleación de aluminio y cobre, con un llenado uniforme y un buen efecto de contracción, lo que puede reducir eficazmente la porosidad.
2. Dificultades del proceso central y contramedidas
Los aspectos más problemáticos de la fundición de ruedas de hojas grandes son el llenado incompleto, la porosidad por contracción y el agrietamiento en caliente.
Sistema de llenado y vertido: Las grandes palas del impulsor son delgadas, el canal de flujo es estrecho y el metal líquido es propenso a enfriarse prematuramente, lo que provoca aislamiento térmico o vertido insuficiente. El vertido inferior, el vertido por hendidura o el vertido circular por lluvia se utilizan comúnmente para permitir que el metal fundido ascienda suavemente; para impulsores de acero inoxidable de paredes delgadas, a veces es necesario aumentar la temperatura de vertido y acelerar la velocidad de vertido.
Control de la contracción y solidificación: La unión entre la pala y el cubo (punto caliente) es propensa a la contracción y la holgura. El proceso se optimizará mediante la colocación de mazarotas (abiertas/oscuras) y hierro frío, y el uso de simulación numérica por computadora (CAE) para forzar a la fundición a formar una secuencia de solidificación direccional de abajo hacia arriba, asegurando que el metal líquido se reponga en el lugar.
Prevención de deformaciones y grietas: Las piezas grandes de paredes delgadas presentan un enfriamiento irregular y altas tensiones, lo que puede provocar fácilmente deformaciones por alabeo o grietas. Además de optimizar la estructura de fundición (para evitar cambios bruscos en el espesor de la pared), se suele utilizar hierro fundido para el moldeo y se selecciona arena de moldeo con buena elasticidad. En el caso de las piezas de acero inoxidable, es necesario prestar atención a la velocidad de enfriamiento para evitar que la precipitación de fases frágiles provoque grietas.
3. Defectos comunes y medidas preventivas
Poros: Se producen debido a la presencia de gas en la arena de moldeo, una ventilación deficiente o la presencia de gas en el metal fundido. Es necesario controlar el contenido de humedad de la arena de moldeo, aumentar la salida de gas del bebedero e instalar un filtro. Para componentes importantes, se puede utilizar la fundición al vacío o la fusión con desgasificación al vacío.
Inclusión de escoria/poros de arena: Inclusión de escoria causada por el desprendimiento del sistema de vertido o la oxidación del metal fundido. Es necesario reforzar la limpieza de la cavidad del molde, utilizar filtros resistentes al fuego, garantizar un diseño del sistema de vertido que impida la entrada de escoria y asegurar el tiempo de sedimentación del metal fundido.
Grietas: Las grietas en caliente suelen deberse a una contracción obstruida. Es necesario optimizar la posición del bebedero para evitar la deformación, controlar el contenido de azufre y fósforo, y asegurar que el molde tenga suficiente espacio libre.
Antes de fundir las ruedas de hojas grandes modernas, se suelen utilizar programas informáticos como ProCAST y AnyCasting para simular el llenado y la solidificación.