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: Disear una herramienta que nos permita obtener piezas fundidas (molde) por proceso de inyecci n con el mayor rendimiento productivo y al menor costo.

Cons ideraciones: Elementos a tener en cuenta en un Diseo

1. Que el producto final se pueda fabricar (obtener a partir de un molde) la pieza.

2. Respetar el cuaderno de carga del cliente (normalmente elaborado por o con el

fundidor) donde se especifican los requerimientos y necesidades para el uso y

los medios disponibles para fundir la pieza.

3. Cantidad de piezas a obtener o impresiones en un mismo molde (1boca o varias

bocas)

4. Definir lado fijo y lado m vil (generalmente el lado con mayor dificultad a

desprenderse del molde se ubica del lado m vil)

Desde el punto de vista del diseo podemos establecer dos etapas de trabajo

1. Diseo de la pieza o producto a Inyectar en aluminio

2. Diseo o concepci n del molde propiamente dicha

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El producto es la necesidad y el requerimiento del cliente por esto es ideal trabajar en

comn acuerdo con este y es quien debe aprobar los cambios de producto que se

proponen para que ayuden a preservar la vida del molde por ejemplo:

a) Evitar que la cavidad a formar en el molde se configure con falta de radios que

generen elevadas tensiones en los insertos de figura.

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b) Aumentar al lmite superior de la tolerancia los espesores de pared en zonas

anexas al ingreso de material en el llenado para permitir el flujo de material con la

menor turbulencia posible.

c) Aumentar al mximo de la tolerancia los ngulos de desprendimiento del producto

para disminuir el esfuerzo necesario al momento de la expulsi n

d) Evitar que el producto mantenga zonas con excesiva masa de material para

disminuir la formaci n de poros por contracci n al momento de la solidificaci n

f) Evitar que el producto a inyectar genere en la cavidad del molde formas o apndices

demasiados agudos o con falta de consistencia mecnica

Angu lo de desprendimiento

Rad ios y evitar f ilos

Linea de Partici n

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Nervios

Rebosaderos(pulmones) en ventanas

Espesores constantes o con camb ios de secc i n gradual

Inscripciones sobrerelieve o en impronta

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La conformaci n del molde es de suma importancia porque no solo apunta al aspecto

funcional en producir las piezas para la cual fue concebido si no que debe soportar y

tener la resistencia para absorber todos los fen menos fsicos a los que debe estar

sometido tratando de mantener la mejor estabilidad posible al momento de la

producci n.

Por este motivo al dimensionar un molde y elegir sus materiales se deben considerar

los siguientes aspectos:

Resistencia a la fatiga

Resistencia al desgaste (Dureza)

Resistencia Mecnica Resistencia al impacto (Alta tenacidad)

Mantener resistencia a la tracci n/compresi n en caliente

Estabilidad trmica

Estabilidad Dimensional

Resistencia a la Corrosi n

Para lograr una adecuada estabilidad trmica es Tambin es muy importante el diseo

de los canales de refrigeraci n y calefacci n de los insertos de figura y sus porta

moldes

En cuanto a la elecci n de los materiales y tratamientos trmicos para cada

componente se realiza un exhaustivo anlisis atendiendo a la solicitud de esfuerzos a

que estn expuestos y a la mejor calidad que el mercado ofrece.

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Igualmente para lograr un correcto llenado de la cavidad se disea la colada y los

rebosaderos en forma conjunta con el usuario fundidor de la pieza y en caso de

requerirse una optimizaci n se realiza una simulaci n para verificar y si es necesario

corregir la configuraci n de la misma.

Cuando el llenado del producto final lo requiere y para ayudar a la calidad metalrgica

del mismo a los moldes se les puede completar con el agregado de algunas tcnicas

auxiliares

El diseo de la colada es muy importante desde el punto de vista del desgaste del

molde en la zona de la cavidad por cuanto de la secci n de ataque y su forma

tambin depende la velocidad del flujo del material fundido.

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a) Requisitoria, en la que se especifica la cadencia.( idea del grado de rigurosidad

a la que ser expuesto el molde y la cantidad de refrigeraci n necesaria)

b) Si la pieza es bruta o mecanizada, para tener en cuenta el sobre material .(Si

es mecanizada habr que transformarla en una pieza adecuada a este

proceso)

c) Mquina disponible, para conocer sus caractersticas (tonelaje de cierre, centro

de inyecci n, cantidad expulsores, tamao de la platina, carrera de apertura,

etc.)

d) Contracci n del material (generalmente entre un 0,5-0,6 %) a definir con el

fundidor.

(Esto depende de la aleaci n y geometra de la pieza)

e) El anteproyecto, el cual nos da una idea de volumen de la pieza, los materiales

que se necesitan, la necesidad o no de desarmar el molde para su

mantenimiento, etc.

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Aconsejable realizarlo y avalarlo en una reuni n de acuerdo tcnico con el

cliente o usuario del molde.

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Ocupa aproximadamente el 20% del tiempo total del diseo. Usualmente el tiempo total de diseo representa el 25% del total del proyecto

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1- Un P.L.C. establece el inicio de ciclo y un brazo lubricador ingresa entre

ambas partes del molde distribuyendo en forma pulverizada un agente

desmoldante diluido en agua (este facilitar el desprendimiento de la pieza

despus de la solidificaci n)

2- Un sistema de accionamiento hidrulico mueve la platina m vil hacia la fija

guiada por cuatro columnas hasta cerrar el molde y mantenerlo de esta forma

con una fuerza de cierre que ser la necesaria para evitar la apertura del

mismo durante la inyecci n del material dentro del molde.

3- Cuando el molde queda cerrado completamente se introduce el material

fundido en 3 etapas a travs de un cilindro contenedor que se comunica con

la colada de la pieza. Dicho contenedor se ubica en la platina fija.la presi n

mxima de inyecci n ocurre en la tercera etapa cuando el pist n que se desliza

dentro del contenedor compacta el llenado con la presi n especifica mxima

establecida para el proceso.

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4- Terminada la inyecci n en s, el molde se mantiene cerrado aguardando la

solidificaci n del material dentro del molde.

5- Una vez solidificada la pieza dentro del molde este se abre deslizando la parte

m vil y sus carros para permitir que la pieza pueda ser extrada desde el

molde.

6- En ese momento se acciona el sistema de expulsi n formado por varios pernos

montados en una placa , que saca la pieza de esta mitad del molde y al mismo

momento un brazo o un robot toman la pieza y la trasladan fuera de la maquina

inyectora para continuar con el proceso.

7- Por ltimo la placa expulsora se retrae permitiendo que la mquina quede lista

para el siguiente ciclo.

Nota: En la placa expulsora se colocan unos pernos retractores que al cerrar el

molde aseguran que placa y todos sus expulsores se mantengan en la

posici n correcta en el momento de la inyecci n.

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Informaci n avanzada que necesita el fabricante, por ejemplo: plano del molde, sus

detalles, plano previo al definitivo, donde hay sobrematerial, contracci n,

caractersticas de la mquina, etc.

a. Tener en cuenta el centro de coordenadas X-Y-Z (O molde). En lo posible

hacer coincidir con el O mquina.

b. Distribuci n de velas para placa de expulsores (por lo menos 3), ranuras de

fijaci n, etc., de la mquina (dibujo 2D).

c. Con el molde cerrado verificar coincidencia entre contenedor y velas

accionadoras de placa para expulsores.

a. Detalles complejos (vistas-cotas-tolerancias)

b. Plano con medidas exteriores

c. Plano con detalles de refrigeraci n (entrada-salida)

d. Plano con detalles de agujeros (noyos-expulsores) y puntos de referencias

e. Tener en cuenta las interferencias

5 ,

1. Plano de conjuntos y subconjuntos.

2. Despiece completo.

3. Plano de circuito de refrigeraci n/calefacci n.

4. Plano de ubicaci n de expulsores y retractores.

5. Plano de colada y pulmones.

6. Plano de noyos y posiciones de los mismos.

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7. Listado de materiales.

8. Detallado completo

6

Todos los esfuerzos producidos al momento de la Inyecci n son receptados

por los Insertos de figura los que a su vez se transmiten y deben ser contenidos por un

marco soporte o portamolde.

Por eso su principal funci n es darle el apoyo o sustento al acero para que

en forma conjunta logren equilibrar las cargas que se ejercen en el proceso.

Consideraciones generales

Mientras ms alta sea la resistencia mecnica del material con que se construye el

portamolde menor ser la estructura requerida. Por eso motivo es recomendable

trabajar con materiales con resistencia a la tracci n superior a los 90 Kg/mm2..

En la actualidad se producen bloques de materiales forjados y bonificados desde

Usina con excelente prestaciones entro los que se destacan

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De acuerdo a esto tenemos portamoldes de:

1. Encolisado de Torres

Segn la posici n de las colisas en las torres

a. Encolisado lateral de torres b. Encolisado frontales de torres

2. Encolisado Anular

5

Ambos lados del molde deben ser guiados entre si y segn el tipo de gua mas

comunes a utilizar pueden ser de guas cilndricas (columnas cilndricas y bujes) o de

guas prismticas (columnas prismticas y colisas)

Los porta de columnas prismticas son muy utilizados en aquellos moldes donde su

tamao represente una masa o volumen de material lo suficientemente grande que

garanticen que en condiciones normales de trabajo no se produzcan

sobrecalentamientos muy dispares entre lado M vil y lado Fijo (diferencias de

temperatura mayores a los 150C).

Esto se debe a que la tolerancia a utilizar en el dimetro interior del buje es H7 y el

exterior de la columna c9 y para un de columna de 80mm. estas solo podrn admitir

una diferencia de dilataci n lineal mxima aproximada a 0,15mm. Caso contrario se

manifestaran engrane de material en las guas.

El material de las guas a utilizar debe ser acero de cementaci n como Ej. . SAE 3115

/SAE 8620 cementado,templado y Rev. a 58-62 Rc.

Columnas cilndricas

Columnas Prismticas

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Alojamientos para sistema de expulsi n

En los portamoldes encontramos segn la forma de alojar el sistema de expulsi n Portamoldes enterizos o con vinculaci n de suplementos.

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En el caso de utilizar estos ltimos debemos asegurarnos que la vinculaci n mediante

tornillos o esprragos roscados sea sobredimensionada y resistente para igualar el

comportamiento de los enterizos.

Es importante que la resistencia del material de los suplementos sea similar a la del

material base del portamolde, de esta forma la elecci n de uno u otro sistema queda

ligada a factores como disponibilidad del material y tiempos de ejecuci n.

En ambos casos debe considerarse ventanas de inspecci n que permitan limpiar y

lubricar la expulsi n sin desarmar el molde.

6

En moldes menores por debajo de los suplementos de apoyo suele colocarse una

placa en forma de tapa en la cual se consideran:

a) Anclaje a la mquina

b) Pasaje de la barra expulsora

c) Fijaci n a la placa m vil

d) Pasaje de expulsores y retractores

Las ranuras se realizan segn especificaciones de la mquina inyectora, en caso de

requerimiento del cliente se colocar chaveta en la cara posterior, tanto en el lado fijo

como en el m vil, para su localizaci n en la ranura de la mquina.

En caso que se necesitara se deben proveer trabas de transporte del portamolde entre

partes m viles (anclajes).

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Estas cuas o trabas de cierre se usan para neutralizar desplazamientos longitudinales y transversales. Esto le entrega estabilidad mecnica al molde en el momento de la inyecci n.

El material usado es SAE 8620 templado y revenido, cementado de 0,8-1mm.

Algo importante es indicar en el plano del detalle uso de sobrematerial de 0,2 a 0,3mm en la cara que asienta con el portamoldes, para realizar ajustes

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Guiado del sistema de Expuls i n

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Las placas expulsoras normalmente se vinculan al portamolde mediante sistemas de columnas y bujes. En aquellos casos que el sistema tenga un peso excesivo y la carrera supere los 100mm.debe ser agregado en la cara inferior de la placa un sistema de colisas para evitar la flexi n de las columnas guas.

La tolerancia a utilizar en el dimetro interior del buje es H7 y el exterior de la columna f8.

Otra manera de fijar el buje es que se le permita el reacomodamiento del mismo en la placa para permitir absorver diferencias de temperatura entre los componentes.

Este ultimo sistema es recomendable para moldes de menor envergadura (hasta 700 Tn.. de cierre) y se utiliza doble placa para fijar el buje en el sentido axial.

Ver ejemplo adjunto

.

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*

ACEROS DE FIGURA

Estos aceros tienen como caracterstica principal la de alterar lo menos posible sus propiedades fsicas a medida que se eleva la temperatura de trabajo; de ah su nombre de aceros para trabajo en caliente.

AISI H11 DIN 1.2344 AISI H13 DIN 1.2343

En moldes de Inyecci n de aluminio las principales propiedades a tener en cuenta son:

Resistencia mecnica Resistencia al revenido Resistencia al desgaste Tenacidad

En los aceros todas estas propiedades disminuyen al aumentar la temperatura.

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a) Cantidad total de material= Pieza+colada+pulmones

b) El contenedor apoya en un taco de acero H13

c) El volumen del material debe permanecer constante en el ataque o con

sobrepresi n

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1. Se refrigeran todos los detalles con figura del producto a inyectar (aceros-tacos-

carros)

2. La distancia mnima entre la refrigeraci n y la figura es de 25mm..

3. Para facilitar el montaje del molde a la inyectora es aconsejable coloca un

distribuidor de entrada y otro de slida en cada portamoldes.(LF y LM)

4. La separaci n mnima entre conductos de refrigeraci n debe mantenerse entre

25-30 mm.

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5. Los distribuidores de entradas y salidas del liquido termoregulable se ubican de

acuerdo a la necesidad de la celda de producci n.

6. Los conductos de refrigeraci n son sellados mediante el roscados de conectores

y tapones estndar rosca c nica BSP o NPT (1/4- 3/8- -1- ETC)

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Se utilizan para evacuaci n de aire y para hacer que solidifique en esa posici n el

extremo de flujo de material en el llenado ya que este ulltimo puede tener

impurezas,tambien si el pulmon es voluminoso ayuda a evitar poros en la pieza

zona anexa a la posici n de este .

F ?

Ataque y viento desfasados para trampa de material

En el caso de varios pulmones los cuales no todops tienen expulsor se unen entre s por si par extraerlos en forma de rama.

9 , 5 , 0

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Diferencia entre una lnea de agua con deflectores y una Refrigeraci n por cascada

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En el caso de una pieza con agujeros se necesita colocar noyos, estos normalmente

son postizos y tendrn su plano y se confeccionarn dentro de la carpeta de noyos

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/

que es un compendio de los noyos de ambas caras. Por ser detalles recambiables

deben ser del mismo material que el acero.

Los noyos pueden ser diseados para roscar desde la figura o para ser colocados

desde la parte posterior de la figura, a travs de agujeros pasantes en el inserto de

figura.

Esto ltimo depender de un anlisis en el que entran en juego factores como el

tamao, mantenimiento del molde en producci n, frecuencia de reposici n y

estabilidad dimensional.

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H9 C1+ G 9 C1 I J .

Se realizan perforaciones roscadas en la cara superior e inferior de cada portamoldes,

convenientemente separadas entre s y ubicadas en el plano del centro de gravedad

del conjunto armado, de forma tal que al estar suspendido el molde permanezca

vertical.

Por cuestiones de seguridad los cncamos deben ser obtenidos a travez de un

proceso de forjados (nunca soldados)

Estos detalles se utilizan para bloquear e inmovilizar a los carros en el momento de

la inyecci n, material usado es SAE 8620 cementado, templado y revenido a 58-62

HRc. Y con una profundidad de capa de 0,8-1mm.

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Cuando estas cuas no estn expuestas a la fricci n suele utilizarse material SAE

4140 templado y revenido a 38-42 HRc.

A

Estos detalles se utilizan para fijar e inmovilizar detalles que estn sometidos a

esfuerzo de deslizamiento usados por ejemplo en la fijaci n de columnas prismticas,

en colizas guas de carros y similares.

Material utilizado SAE 4140 templado y revenido 28-32 HRc.

5

Los fabricantes de aceros especiales desarrollan distintas aleaciones con nombres

propios, segn la marca se aproxima a la composici n del acero AISI H13.

Este material debe ser controlado por ultrasonido y certificado por el fabricante antes

de comenzar con cualquier mecanizado con el fin de detectar posibles fallas

estructurales en la continuidad del material.

Los tratamientos trmicos que se realizan son:

1. distensionado, luego de cada desbaste

2. templado y revenido 42/45 HRc. (cuando la figura del molde est pr xima a su

dimensi n final).

Para el ajuste al portamoldes se realizan dos caras laterales con ngulo de 1,5 y con

radios en las 4 aristas verticales. Radio proporcional al tamao

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Estos detalles deben fijarse y espinarse o bien al portamolde o a las colisas guas del carro. Deben tener los agujeros de fijaci n de la placa soporte del cilindro de acuerdo a la norma de fabricaci n y a la marca.

Material usado SAE 4140 templado y revenido 28-32 HRc.

7

Detalle que se utiliza para controlar el apoyo de la placa expulsora a la base y que pudiera tener alguna regulaci n.

Material usado SAE 8620 templado y revenido 58-62 HrC 0,8-1mm.

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El molde se disear para poder ser instalado en las inyectoras que especifique el

cliente. Ver plano o esquema de mquina donde conste:

1. Luz entre columnas

2. Espesor mnimo y mximo del molde

3. Superficie mnima del molde

4. Posici n de eje de inyecci n

5. Ranuras fijaci n

6. Carrera de placa expulsora

7. Posici n de velas de empuje, etc..

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=8 8 6 B

Al ingresar el material (aluminio) fundido dentro de la cavidad, este es compactado dentro de la misma con una determinada Presi n Especfica (Pe) para lograr que un llenado completo del molde y obtener un producto estructuralmente acorde a la necesidad.

Esta presi n especfica est determinada segn:

a) La funcionalidad de la pieza a obtener b) Los espesores de pared c) El grado de complejidad geomtrica.

A manera de cuadro ilustrativo se pueden tomar los siguientes valores

Tipo de piezas Geometra kg/cm2

Ornamentales Baja complejidad 400-500

Alta complejidad 500-600

Mecnicas Baja complejidad 600-700

No requieren Estanqueidad Alta complejidad 700-800

Mecnicas Baja complejidad 700-800

Requieren Estanqueidad Alta complejidad 800-1000

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La presi n especfica genera dentro de la cavidad del molde genera fuerzas en todas direcciones que deben ser equilibradas. Teniendo en cuenta estas consideraciones, la componente en el sentido de movimiento de cierre de esa fuerza es la que tiende abrir el molde (Fuerza de apertura Fap).

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Por lo tanto Fap debe ser equilibrada por la estructura de la Mquina. Este equilibrio

lo debe lograr la Fuerza de Cierre (Fc) de la mquina para evitar que el molde tienda

a abrirse en el momento de la inyecci n.

Para trabajar en ptimas condiciones la Fuerza de Cierre de la Inyectora debe ser

igual o mayor a 1.1 veces la fuerza que tiende a abrir el molde en el momento de la

Inyecci n

1) Fc min = 1.1 Fap

La Fuerza de apertura es directamente proporcional a la Superficie Proyectada Sp (en

cm2) de la geometra de la cavidad en la direcci n de apertura del molde.

(ii) Fap = Sp x Pe

Nota: La Sp debe tener en cuenta la superficie correspondiente a la figura ms la que

proviene de la colada y pulmones.

Se debe tener en cuenta en moldes que posean carros con movimientos laterales y

que son contenidos con cuas al momento del cierre, que estas ltimas ejercen

esfuerzos en el sentido del cierre y cuya magnitud es directamente proporcional al

rea de figura del o los carros (Ac) por la tangente del ngulo (a) que por diseo tiene

la cua. Este ngulo vara entre 10 y 20.

Por este motivo, para un molde que posee carros laterales contenidos con cuas debe

aplicarse:

Fap = Sp x Pe +(Ac x Pe) x Tan aaaa

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Conocer la Fc Min de la inyectora es de vital importancia porque nos permite elegir las

posibles mquinas inyectoras y con estos datos a su vez, el diseo del Molde deber

realizarse con las dimensiones y el material adecuado para soportar estos esfuerzos.

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=8% 6 El dimensionamiento de un molde de inyecci n se puede deducir de clculos

mecnicos como consecuencia de los esfuerzos producidos al momento de inyecci n,

teniendo en cuenta no solo los esfuerzos estticos; si no tambin los producidos por

fatiga en condiciones de temperatura de trabajo del molde. En base a experiencia se

puede establecer un dimensionamiento prctico que responde a la utilizaci n de

materiales tales como

AISI H11- AISI H13- En aceros de figura (DIN 1.2344-1.2343)

AISI P 20 Bonificados- En Portamoldes (resistencia Mecnica min

95 Kmm2).

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=89 B

La finalidad de conseguir una mejor economa del utillaje ha resultado en el desarrollo

de calidades supreme (premium) de acero para moldes ymatrices.

Puesto que el costo del utillaje representa tan solo un 10% del costo total de la pieza

acabada de aluminio fundido, es obvio que el hecho de pagar algo ms por un acero

de calidad supreme redundar en una mayor vida til del utillaje.

Los factores ms decisivos que gobiernan la vida del utillaje son el material del molde,

su tratamiento trmico y el control del proceso de inyecci n. El material de en un

molde de fundici n inyectada representa del 5 al 15% del costo del molde, mientras

que el costo del tratamiento trmico se encuentra entre el 5 10%. El grfico El

Iceberg de Costos muestra el costo del acero en relaci n con el costo total del

utillaje. A fin de asegurar una buena calidad de acero, durante los ltimos 20 aos se

ha desarrollado una serie de especificaciones de material para moldes de fundici n

inyectada. La mayora de stas especificaciones contienen requisitos sobre

composici n qumica, micro pureza, micro estructura, bandeamiento, tamao de

grano, dureza, propiedades mecnicas y ausencia de poros (nivel de calidad).

Hoy en da, una de las especificaciones ms avanzadas es la Premium Quality H13

Steel Acceptance Criteria for Pressure Die Casting Dies N 207- 97 publicada por la

North

American Die Casting Association (NADCA). Cualquier otro tipo de mejoras en la

economa del utillaje deber contar con especificaciones sobre tratamiento trmico del

molde. El tratamiento trmico debe optimizarse para evitar excesivos cambios

dimensionales o distorsi n, al mismo tiempo que se consiga una combinaci n ptima

de dureza y tenacidad.

Los factores ms crticos son la temperatura de temple y la velocidad de refrigeraci n

durante

el enfriamiento.

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El Iceberg de los Costos

Precauciones como un correcto precalentamiento del molde as como una liberaci n

de tensiones (estabilizado) ayudarn a obtener una mejor economa del utillaje.

Los tratamientos de superficie son mtodos que protegen la superficie del molde de la

erosi n/corrosi n y fatiga trmica.

Nuevos mtodos de soldadura han abierto campos para el mantenimiento y reparaci n

mediante soldadura, ambos son caminos importantes que colaboran en incrementar la

vida til del molde. Todos los que forman parte de la cadena fabricante del acero,

fabricantes de los moldes, tratamentistas y fundidores, son conocedores de que

puede existir grandes variaciones a nivel de calidad en cada etapa de ste proceso.

Tan s lo pueden obtenerse los mejores resultados solicitando y estando dispuesto a

pagar algo ms por una calidad premium desde el primer momento.

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Esquema de un molde Carcasa de Embrague

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