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Mar 27, 2023

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

Terry Capuano, PE | 12 de mayo de 2023 Materiales tradicionales como hierro fundido, acero

Terry Capuano, PE | 12 de mayo de 2023

Los materiales tradicionales, como el hierro fundido, las soldaduras de acero y las fundiciones de aluminio y acero inoxidable, se utilizan para las principales estructuras de base de las máquinas herramienta, las máquinas de medición y los equipos de recogida y colocación. Los chip bonders 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 fundiciones 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 la pintura, mejorar la resistencia a refrigerantes agresivos y reducir el consumo de energía para producir la estructura. Estas fundiciones también se utilizan en lugar de acero inoxidable para el procesamiento de alimentos y bases de bombas químicas.

Llevó 20 millones de años 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 material 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 fundiciones SQ consumen un 85% menos de energía total para producir que el hierro fundido y cuestan menos, y a menudo se pueden producir con tolerancias terminadas en días. Se pueden moldear 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 un 30% a un 50% más de vida útil de la herramienta de corte/muela abrasiva. Una mayor vida útil de la herramienta de corte significa menos tiempo de inactividad y menor costo de la herramienta para el usuario final. El desgaste rápido de la herramienta puede provocar que las piezas se mecanicen fuera de tolerancia durante un ciclo de producción. El acabado de la superficie 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 fundiciones SQ son menos costosas de producir, con un tiempo de producción típico de días, ya que a menudo se pueden moldear con tolerancias terminadas o posteriormente replicarse con tolerancias muy precisas. Se pueden moldear 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 pulg. x 72 pulg. x 6 pulg. a la mitad del costo, colada a una planitud de 0.001 pulg. y el tiempo de entrega se redujo de 3 meses a 1 semana.

Las características de SQ producido correctamente incluyen:

Aunque las fundiciones SQ se pueden hacer con uretano o resinas de metacrilato de metilo (acrílico), el epoxi es el sistema de resina más común que se usa. 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 en sustitución del 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 de curado, puede resultar en una masa sin curar durante años. También es importante seleccionar el sistema de resina epoxi correcto para la viscosidad, velocidad de curado, estabilidad, resistencia y costo correctos. La formulación se puede modificar para proporcionar un curado muy rápido o se puede ralentizar para que tome varias horas cuando se moldea una masa grande para reducir la exotermia.

Bases de unión de virutas con fundición superior a 0,001 pulg. de planitud y perpendicular a un lado dentro de 0,001 pulg.

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

Lo primero que debe hacer un diseñador es olvidarse de todas las reglas generales que conocen sobre el diseño de estructuras de máquinas. Deben pensar libremente qué características producirían la mejor estructura para su aplicación. Y ya no deberían estar restringidos a espesores de pared consistentes. El espesor de la pared puede ir de 1 a 12 pulgadas en la misma área sin una consecuencia negativa. Se pueden moldear tuberías de plástico o líneas hidráulicas en la base, por lo que no habría más líneas alrededor del exterior de la base en la línea de montaje.

Molde que muestra 161 líneas de vacío que se moldean 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 fundición 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 la herramienta de la pieza; no se puede girar hacia afuera. Cada ranura de vacío sale por la parte trasera de la fundición hacia un colector. Se pueden producir piezas en dos días que tomarían varios meses para producir una 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 pueden fundirse como una sola, lo que ahorra tiempo de ensamblaje, pero también reduce la tolerancia requerida de los componentes.

La otra característica de diseño disponible solo con esta tecnología es la capacidad de moldear piezas con tolerancia. Las superficies se pueden moldear con una planitud precisa, diámetros de agujeros y ubicaciones. Una vez que se ha verificado un molde, las dimensiones de la fundición 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 para moldearlo en la pieza.

Otra característica única de SQ es la capacidad de colar superficies con diferentes propiedades en la misma colada. Un fabricante de máquinas rectificadoras funde 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 muy baja fricción.

Base de amoladora con superficies de rieles lineales en los ejes X e Y replicadas a 0,0001 in./ft.

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

Las piezas que no se pueden fundir con tolerancia pueden tener superficies de precisión creadas después de la fundición por replicación. En este proceso, se crea un patrón preciso que se utilizará para crear la superficie de precisión. Luego se aplica el material de replicación y el patrón preciso se ubica contra el yeso a una distancia preestablecida. Después de curar, generalmente 24 horas, se retira el maestro y la superficie creada es una copia exacta del maestro. Puede ser una superficie de paso de precisión para el montaje de rieles o una superficie de baja fricción para el contacto directo con un tobogán en movimiento.

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

Las fundiciones SQ se producen a temperatura y presión ambiente, por lo que los moldes pueden estar hechos de madera, fibra de vidrio, láminas de metal, 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 correctamente o no se manejan correctamente durante la fundición, harán una parte mala.

Molde de madera (izquierda) para base de amoladora 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 correctamente diseñados, las piezas se pueden moldear con tolerancia sin operaciones secundarias, los tiempos de producción serán más cortos y las piezas tendrán un acabado superficial mucho mejor.

Las fundiciones SQ han encontrado uso en muchas otras aplicaciones, incluidas encimeras, lápidas, desagües de zanjas y bases de bombas químicas. La NASA los ha estado probando para su uso en el almacenamiento de energía.

Si está buscando reducir su costo, reducir su huella de carbono y mejorar el rendimiento de su máquina, SQ puede ser la respuesta.

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