¿Podrían las piezas fundidas de cuarzo sintético mejorar el rendimiento de la máquina?

Jun 02, 2023

Terry Capuano, PE | 12 de mayo de 2023

Materiales tradicionales como hierro fundido, piezas soldadas de acero y piezas fundidas de acero inoxidable y aluminio se utilizan para las estructuras de base principales de máquinas herramienta, máquinas de medición y equipos de recogida y colocación. Los pegadores de virutas imponen límites a la precisión de este equipo debido a su falta de estabilidad y características de alta transmisión de vibraciones. El reemplazo preferido para estos materiales son las piezas fundidas compuestas de cuarzo sintético (SQ). Se están rediseñando máquinas de todo tipo para reemplazar estructuras metálicas con piezas fundidas SQ para reducir costos, reducir tiempos de entrega, mejorar el rendimiento de la máquina, eliminar pintura, mejorar la resistencia a refrigerantes agresivos y reducir el consumo de energía para producir la estructura. Estas piezas fundidas también se utilizan en lugar del acero inoxidable para el procesamiento de alimentos y bases de bombas químicas.

Se necesitaron 20 millones de años para producir cuarzo de alta pureza con una dureza MOHS de 8. Ese cuarzo se convierte en el 92% de una mezcla SQ típica. El resto del compuesto suele ser una resina líquida de alta resistencia, como epoxi, poliuretano o metacrilato de metilo con aditivos para la adhesión de agregados y la liberación de aire.

Las piezas fundidas SQ consumen un 85% menos de energía total para su producción que el hierro fundido y cuestan menos y, a menudo, se pueden producir hasta las tolerancias finales en días. Se pueden fundir en color y ofrecen una excelente resistencia química. Las características superiores de amortiguación de vibraciones de las piezas fundidas SQ permiten que las máquinas funcionen a velocidades más altas con mayor precisión y con un nivel de ruido reducido.

Se han informado afirmaciones empíricas de que la vida útil de la herramienta de corte/muela abrasiva es entre un 30 % y un 50 % mayor. Una vida útil más larga de la herramienta de corte significa menos tiempo de inactividad y menor costo de la herramienta para el usuario final. El rápido desgaste de las herramientas puede provocar que las piezas se mecanicen fuera de tolerancia durante un ciclo de producción. El acabado superficial de la pieza mecanizada, la tolerancia, la velocidad de producción y la vida útil de la herramienta están directamente relacionados con la cantidad de vibración transmitida dentro del sistema.

Las piezas fundidas SQ son menos costosas de producir, con un tiempo de producción típico de días, ya que a menudo se pueden fundir con tolerancias finales o replicar posteriormente con tolerancias muy precisas. Se pueden fundir en color, eliminando la pintura y las muchas regulaciones de pintura asociadas de la EPA.

La fundición SQ reemplazó una fundición de aluminio de 36 x 72 x 6 pulgadas a la mitad del costo, se fundió hasta lograr una planitud de 0,001 pulgadas y el tiempo de entrega se redujo de 3 meses a 1 semana.

Las características de un SQ producido correctamente incluyen:

Aunque las piezas fundidas SQ se pueden fabricar utilizando resinas o uretano de metacrilato de metilo (acrílico), el sistema de resina epoxi es el más común. El epoxi proporciona alta resistencia y excelente estabilidad a largo plazo y es fácil de manejar. También se puede utilizar en aplicaciones de contacto con alimentos reemplazando el acero inoxidable.

El epoxi es una formulación estequiométrica y requiere una dosificación precisa de la resina al agente de curado. Una mezcla inadecuada, con demasiado o muy poco agente endurecedor, puede dar como resultado una masa sin curar durante años. También es importante seleccionar el sistema de resina epoxi correcto para la viscosidad, tasa de curado, estabilidad, resistencia y costo correctos. La formulación se puede modificar para proporcionar un curado muy rápido o retardarla para que demore varias horas cuando se vierte una masa grande para reducir la exotermia.

Bases de unión de virutas con la parte superior moldeada hasta una planitud de 0,001 pulgadas y perpendicular a un lado dentro de 0,001 pulgadas.

Para producir la mezcla SQ adecuada, el sistema debe tener en cuenta:

Lo primero que debe hacer un diseñador es olvidar casi todas las reglas generales que conoce sobre el diseño de estructuras de máquinas. Deberían pensar libremente sobre qué características producirían la mejor estructura para su aplicación. Y ya no deberían limitarse a espesores de pared constantes. El espesor de la pared puede variar de 1 a 12 pulgadas en la misma zona sin consecuencias negativas. Se pueden colocar tubos de plástico o líneas hidráulicas en la base, por lo que no habrá más líneas alrededor del exterior de la base en la línea de montaje.

Molde que muestra 161 líneas de vacío que se vierten en la pieza.

Una de las piezas más desafiantes jamás fundidas es un tambor de 18 pulgadas de diámetro y 270° con once ranuras de vacío de 1 mm de profundidad. (Consulte la imagen en la parte superior de la página). Esta pieza fundida tiene un TIR de 0,001 en el orificio. Las ranuras de vacío terminan 25 mm antes de cada extremo, por lo que es necesario sacar las herramientas de la pieza; no se pueden girar. Cada ranura de vacío sale por la parte trasera de la pieza fundida hacia un colector. Se pueden producir piezas en dos días, lo que llevaría varios meses producir como pieza de hierro fundido o aluminio fundido, y la fundición SQ cuesta una fracción de cualquier otro método.

Las piezas que deben separarse como piezas metálicas ahora se pueden fundir como una sola, lo que ahorra tiempo de montaje, pero también reduce la tolerancia requerida de los componentes.

La otra característica de diseño disponible únicamente con esta tecnología es la capacidad de fundir piezas según la tolerancia. Las superficies se pueden moldear hasta lograr una planicidad, diámetros de orificios y ubicaciones precisos. Una vez que se ha verificado un molde, las dimensiones de la pieza fundida serán siempre las mismas, por lo que se reduce la inspección. Las superficies de las vías pueden incluso moldearse según la tolerancia o replicarse con precisión.

Los orificios roscados son insertos roscados moldeados en su lugar. Los orificios roscados no se pueden pasar por alto ni desenroscar, ya que cada inserto roscado se sujeta al molde insertando un perno que se va a fundir en la pieza.

Otra característica única de SQ es la capacidad de fundir superficies con diferentes propiedades en la misma pieza. Un fabricante de máquinas rectificadoras moldea superficies de guía de baja fricción en su carro transversal cuando se funde la pieza. Esta superficie ofrece un excelente desgaste a largo plazo y una fricción muy baja.

Base de la amoladora con superficies de rieles lineales de los ejes X e Y replicadas a 0,0001 pulg./pie.

Los sistemas de drenaje se pueden fundir utilizando tuberías de PVC estándar. Se pueden colar núcleos de espuma para reducir el peso con poco impacto en la rigidez. Debido a la excelente resistencia química del SQ, los tanques se pueden fundir como parte del conjunto y el SQ se puede utilizar en lugar del acero inoxidable en muchas aplicaciones.

Las piezas que no se pueden fundir según la tolerancia pueden tener superficies de precisión creadas después de la fundición mediante replicación. En este proceso, se crea un maestro preciso que se utilizará para crear la superficie de precisión. Luego se aplica el material de replicación y el modelo preciso se coloca contra la pieza fundida a una distancia preestablecida. Después del curado, generalmente 24 horas, se retira el máster y la superficie creada es una copia exacta del máster. Puede ser una superficie de guía de precisión para montar rieles o una superficie de baja fricción para contacto directo con una corredera en movimiento.

La siguiente tabla muestra las propiedades básicas del material CASTINITE HS Standard Mix SQ:

Las piezas fundidas SQ se producen a temperatura y presión ambiente, por lo que los moldes pueden estar hechos de madera, fibra de vidrio, chapa, acero o plástico. Los moldes de madera son los menos costosos pero no producirán piezas precisas sin utilizar una operación secundaria. Si los moldes de madera se diseñan, fabrican y tratan adecuadamente, pueden producir numerosas piezas fundidas. Si no se diseñan adecuadamente o no se manejan adecuadamente durante el moldeado, serán una pieza defectuosa.

Molde de madera (izquierda) para base de molinillo LB de 45 000 lb (derecha).

Para producir una cantidad de piezas fundidas precisas con tolerancias estrechas, se necesitan herramientas de producción de acero. Con moldes de acero diseñados adecuadamente, las piezas se pueden fundir según la tolerancia sin operaciones secundarias, los tiempos de producción serán menores y las piezas tendrán un acabado superficial mucho mejor.

Las piezas fundidas SQ se han utilizado en muchas otras aplicaciones, incluidas encimeras, lápidas, drenajes de zanjas y bases de bombas químicas. La NASA los ha estado probando para su uso en almacenamiento de energía.

Si busca reducir sus costos, reducir su huella de carbono y mejorar el rendimiento de su máquina, SQ puede ser la respuesta.

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