I. La porosidad por contracción en la producción en masa alcanza el 40%, la ampliación del manguito del elevador no se corrige.

El estudio de caso se centra en la fundición del portaplanetarios QT600-10. La pieza presenta un perfil cuadrado con soportes para cojinetes en sus cuatro esquinas y un orificio dentado interno en el centro. Al ser un componente crítico de hierro dúctil para sistemas de transmisión, requiere una densidad interna estricta.

Durante la producción de prueba del prototipo, solo se observó una ligera porosidad por contracción en la superficie inferior del orificio interno del diente, la cual pudo ser detectada manualmente para cumplir con los plazos de entrega. Tras el paso a la producción en masa de lotes pequeños, los defectos se multiplicaron drásticamente, elevando la tasa de rechazo por porosidad por contracción hasta el 40 %. Un gran número de piezas fundidas presentaron cavidades internas después del mecanizado y no superaron la detección de defectos.

El equipo técnico adoptó inicialmente ideas de rectificación convencionales de la industria para aumentar la capacidad de alimentación. Ampliaron el diámetro de los manguitos de alimentación laterales originales de 90 mm a 105 mm, ajustaron la dirección de entrada de la compuerta y probaron temperaturas de vertido en múltiples rangos. Tras un mes y medio de repetidas pruebas de vertido in situ y verificación mediante simulación, la porosidad por contracción no mostró una mejora evidente. Además, se produjo una interrupción del flujo de solidificación, por lo que el punto caliente no pudo recibir suministro de hierro fundido. El proyecto llegó a enfrentarse a riesgos de reclamaciones de clientes y pérdida de pedidos.

II. Causa raíz del defecto: La capacidad insuficiente del manguito del elevador no es el problema; la trayectoria de alimentación se solidifica con anticipación.

Basándose en la simulación de solidificación y el análisis de la disección de la pieza fundida, el equipo técnico confirmó la causa de la falla del núcleo. El problema no radicaba en la cantidad insuficiente de hierro fundido almacenado en los tubos de alimentación, sino en la solidificación prematura y el bloqueo del conducto de alimentación.

Las piezas fundidas se enfrían siguiendo la regla de que las secciones delgadas se solidifican primero, mientras que las zonas más gruesas y calientes se solidifican después. Una vez que se completa el llenado del molde, las secciones delgadas disipan el calor más rápidamente y forman preferentemente una capa sólida, interrumpiendo directamente el paso que conecta los tubos de alimentación con las zonas calientes. Incluso si queda hierro fundido líquido dentro de los tubos de alimentación, no puede llegar a las zonas más gruesas y calientes, lo que inutiliza por completo el sistema de alimentación.

1. Evaluación de riesgos según la relación de espesor de pared: Cuando la relación de espesor de pared es inferior a 1,5, la fundición se solidifica casi simultáneamente con un bajo riesgo de porosidad por contracción. Una relación de 1,5 a 3 indica un riesgo moderado, y se deben garantizar vías de alimentación sin obstrucciones. Si la relación supera 3, las secciones delgadas se solidifican completa y rápidamente, mientras que las secciones gruesas aún retienen metal líquido, lo que conlleva un riesgo extremadamente alto de porosidad por contracción. Es obligatorio el uso de enfriadores o un rediseño del diseño de la manga de la mazarota.

2. Características de la contracción del metal por etapas: La contracción en estado líquido representa entre el 1,5 % y el 2 %. El hierro fundido mantiene una buena fluidez y la alimentación es sencilla. La contracción por solidificación alcanza entre el 3 % y el 4 %, siendo esta la principal causa de porosidad por contracción. En esta etapa, el hierro fundido se vuelve semisólido con una fluidez drásticamente reducida, lo que dificulta enormemente la alimentación. La contracción en estado sólido se sitúa aproximadamente en el 1 %. La pieza fundida está completamente curada y la alimentación ya no es factible.

3. Diferencias en las propiedades del material: El hierro dúctil QT600-10 tiene un mayor contenido de perlita. Su expansión volumétrica debida a la precipitación de grafito para compensar la contracción es menor que la del hierro dúctil de baja calidad, como el QT500-7. Este material impone requisitos más estrictos en cuanto a la permeabilidad del conducto de alimentación y el intervalo de tiempo de alimentación, y los procesos consolidados para el hierro dúctil de menor calidad no pueden copiarse directamente.

III. Abandonar la ampliación del manguito del elevador lateral; adoptar un manguito de elevador exotérmico central.

El equipo técnico descartó la idea convencional de simplemente agrandar los manguitos de los elevadores y rediseñó las rutas de alimentación. La solución optimizada consiste en rellenar el orificio central del diente interno y aplicar manguitos de elevador exotérmicos centrales.

1. Los manguitos de alimentación se colocan directamente encima de los puntos calientes para acortar considerablemente la distancia de alimentación y reducir la pérdida de calor durante el transporte de hierro fundido;

2. Se eliminan los largos y estrechos conductos de alimentación laterales, evitando así fundamentalmente la obstrucción causada por la solidificación prematura de los canales de alimentación;

3. Los materiales exotérmicos liberan calor de forma continua para prolongar el tiempo de permanencia del hierro fundido en estado líquido dentro de los tubos de alimentación, lo que garantiza un suministro continuo de hierro fundido a los puntos calientes durante todo el proceso de solidificación.

Los resultados de la simulación verifican que este proceso permite establecer una solidificación secuencial estable y eliminar por completo la porosidad por contracción en el fondo del orificio interno del diente. La producción de prueba posterior reducirá eficazmente la tasa de desperdicio y estabilizará la calidad interna de las piezas producidas en masa.

Durante mucho tiempo, muchas fundiciones han tendido a agrandar los manguitos de mazarota una vez que se produce porosidad por contracción. Este método aumenta el consumo de hierro fundido, pero a menudo no elimina los defectos y eleva los costos de producción. Ante la porosidad por contracción, las empresas deben evaluar primero si las vías de alimentación solidificarán prematuramente. Para lograr una solidificación secuencial racional, la optimización del proceso se puede conseguir ajustando la posición de los manguitos de mazarota, acortando las vías de alimentación y utilizando correctamente los enfriadores en lugar de agrandar los manguitos de mazarota indiscriminadamente. Esta metodología es especialmente aplicable a piezas de transmisión de hierro dúctil de alta resistencia como el QT600-10, lo que ayuda a las empresas a reducir el desperdicio de material de prueba, acortar los ciclos de rectificación y estabilizar la calidad de la producción en masa.