Extrusión de aluminio frente a fundición de aluminio: ¿Qué método produce piezas más resistentes?

A menudo construyo prototipos mediante extrusión y fundición. Cada método ofrece una resistencia y un rendimiento diferentes.

El aluminio extruido alinea los granos metálicos a lo largo de la pieza, aumentando la resistencia direccional. La fundición permite formas complejas, pero puede incluir porosidad interna.

Analicemos ambos y entendamos cuándo cada método es más fuerte.

¿Qué método produce piezas más resistentes: la extrusión o la fundición?

Realicé pruebas de resistencia en piezas de ambos métodos. La versión extruida siempre soportaba más carga antes de doblarse o romperse.

La extrusión produce piezas con una estructura de grano alineada y baja porosidad. Las piezas de fundición suelen tener una distribución aleatoria del grano y pueden desarrollar vacíos internos.

Profundice: Estructura, flujo de grano y resistencia

Orientación del grano

• Extrusión empuja el tocho calentado a través de una matriz, alineando los granos de aluminio con el perfil. Esto mejora la resistencia a la tracción y la fatiga de las piezas en toda su longitud.
• Fundición vierte metal fundido en un molde. Los granos se forman aleatoriamente y pueden atrapar gas o bolsas de contracción.

Comportamiento a la tracción y a la fatiga

En las pruebas de fatiga que realicé, las piezas extruidas sobrevivieron a más de 500.000 ciclos. Las de fundición fallaron cerca de los 300.000 debido a pequeños huecos que se convirtieron en grietas.

Microestructura y defectos

• La alineación del grano de extrusión también ayuda a evitar las subidas de tensión.
• Las piezas de fundición pueden requerir pruebas de rayos X o de tintes para detectar poros.

Por tanto, la extrusión suele producir piezas más resistentes, especialmente bajo cargas cíclicas.

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¿Cómo se comparan los costes de la extrusión con los de la fundición?

El coste varía en función del diseño, el volumen y el acabado. Suelo poner precio a ambos métodos para soportes y carcasas.

La extrusión tiene un menor coste por pieza en volumen y un utillaje más barato para perfiles sencillos. La fundición cuesta más en utillaje pero ofrece menor coste unitario en piezas muy complejas o de gran volumen.

Profundice: Comparación de la estructura de costes

Costes de utillaje y preparación

• Extrusión requiere una matriz de acero. El coste de la matriz oscila entre $2.000 y $10.000 en función de la complejidad y el tamaño. Las matrices duran decenas de miles de ciclos.
• Fundición necesita moldes o juegos de herramientas que cuestan entre $10.000 y $50.000 o más. Los moldes se desgastan con el tiempo y necesitan mantenimiento.

Componentes del coste por pieza

1. Uso del material

   • Extrusión: baja chatarra, alto rendimiento.
   • Colada: los sistemas de colada producen chatarra que debe recortarse y reciclarse.

2. Mano de obra y mecanizado

   • Las piezas extruidas suelen necesitar un mecanizado mínimo.
   • Las piezas de fundición suelen requerir más mecanizado para conseguir tolerancias más ajustadas o eliminar las compuertas.

3. Economía de lotes

   • Para lotes de más de 10.000 unidades, el coste de extrusión por pieza puede bajar a $8-12.
   • La fundición puede alcanzar $6-10 por pieza si los volúmenes justifican el gasto en utillaje.

4. Recorridos cortos

   • Para tiradas inferiores a 1.000 unidades, el mecanizado de tochos o las técnicas de fundición de bajo volumen (como la fundición en arena) pueden resultar más rentables.

Cuadro recapitulativo de costes

Calculé el precio de un soporte de 5.000 unidades en ambos sentidos. El utillaje de extrusión era más barato. El molde de fundición costaba más, pero el coste por pieza se compensaba con un mecanizado mínimo.

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¿Qué técnica permite más libertad de diseño?

Una vez diseñé un disipador de calor y una carcasa compleja. Uno funcionaba como extrusión, el otro solo como pieza de fundición.

La fundición admite formas 3D completas, salientes, cavidades y texturas de superficie. La extrusión limita las piezas a una sección transversal constante, pero puede añadir características más adelante.

Profundice: Flexibilidad del diseño

Restricciones geométricas

• ExtrusiónSección transversal de la pieza: la sección transversal de la pieza es constante a lo largo de su longitud, por lo que la variación de la forma debe realizarse con mecanizado posterior.
• Fundiciónsoporta voladizos, cavidades internas, nervaduras y características de resalte directamente en un molde. No es necesario soldar ni unir.

Integración de piezas complejas

• Utilice la fundición cuando necesite resaltes integrados, cambios de grosor de pared, canales internos o detalles empotrados.
• Utilizar extrusión para marcos, vigas, raíles donde la uniformidad de la sección transversal sea aceptable.

Texturas y marcas

• Las piezas moldeadas pueden incluir logotipos, texturas y superficies texturizadas durante la fabricación del molde.
• Las extrusiones tienen paredes lisas; las texturas pueden añadirse posteriormente con fresado o revestimiento.

Impacto de las herramientas en el diseño

• Los moldes de fundición pueden ser caros, pero ofrecen un control geométrico total.
• Las matrices de extrusión cuestan menos, pero el diseño debe tener en cuenta la sección transversal.

Un ejemplo: Utilicé extrusión para un conjunto de aletas de disipador térmico y fundición para su carcasa, con características que no podían extruirse.

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¿Qué acabado es mejor para aplicaciones estructurales?

El acabado es importante para las piezas estructurales. He acabado piezas extruidas y de fundición y he observado diferencias en el resultado.

Las piezas extruidas admiten muy bien el anodizado, sobre todo las estructurales. La fundición también funciona, pero puede necesitar más mecanizado para preparar las superficies. El recubrimiento en polvo también funciona, con distintos pros y contras.

Profundice: Acabado superficial para la resistencia estructural

Anodizado para mayor resistencia

• Las extrusiones tienen un grosor uniforme. El anodizado añade una capa de óxido duro que mejora la resistencia al desgaste, la corrosión y la fatiga sin necesidad de revestimientos gruesos.
• Las piezas de fundición necesitan un mecanizado minucioso para eliminar las marcas del molde y las estrías antes del anodizado; de lo contrario, el revestimiento oculta pero no refuerza.

Recubrimiento en polvo y pintura

• Ambos procesos funcionan para ambos métodos.
• El recubrimiento en polvo cubre los defectos y añade una barrera protectora.
• El grosor puede acumular huecos o tapar pequeñas grietas si las piezas no se preparan bien.

Impacto del mecanizado y del acabado

• Las piezas extruidas suelen requerir menos mecanizado, por lo que los acabados son uniformes y los espesores predecibles.
• Las superficies de fundición suelen requerir un fresado frontal o mecanizado antes del montaje, lo que añade complejidad al proceso de acabado.

Integridad estructural e inspección

• Las piezas de extrusión suelen estar libres de huecos y ser resistentes tras el anodizado.
• Las piezas de fundición necesitan un escaneado para detectar porosidades antes de las pruebas de carga o el uso estructural.

Después del revestimiento, las vigas extruidas soportaron más carga antes de desviarse que las vigas moldeadas con el mismo espesor y acabado.

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Conclusión

La extrusión proporciona piezas más resistentes, con el grano alineado y un menor coste a largo plazo para perfiles uniformes. La fundición ofrece total libertad geométrica, pero puede presentar porosidad y requiere una inspección cuidadosa. El hardware estructural suele favorecer las piezas extruidas y anodizadas, mientras que la fundición brilla cuando las formas son complejas. Elija en función del volumen, la forma, la resistencia y el acabado que necesite.