Fundición gris o acero soldado: cómo elegir la construcción de una bancada de máquina
Bancadas de máquina de fundición o acero soldado: amortiguamiento, plazo, utillaje, flexibilidad de diseño y a partir de qué volumen cambia el cálculo.
Toda bancada de máquina empieza en la misma bifurcación: fundirla o soldarla. La decisión fija el coste de utillaje, el plazo de la primera unidad, cómo se comporta la máquina bajo carga y cuánto le costará un cambio de diseño dentro de un año.
Qué es realmente cada proceso
Fundición gris significa que se fabrica un modelo, se forman moldes de arena a su alrededor, se cuela el hierro y la pieza fundida se envejece antes del mecanizado. El modelo es una inversión real y un plazo real. Una vez que existe, cada pieza fundida adicional es barata.
Una estructura de acero soldado significa que la chapa y los perfiles huecos se cortan, se montan en utillaje, se sueldan formando una estructura, se someten a alivio de tensiones y después se mecanizan. No hay modelo. El coste es material más horas de soldador, y se mantiene casi constante tanto si construye una unidad como cincuenta.
El amortiguamiento es el argumento honesto a favor de la fundición
La fundición gris contiene grafito en forma de láminas. Esas láminas interrumpen la matriz metálica y disipan la vibración en forma de calor, por lo que el material tiene una capacidad de amortiguamiento mucho mayor que el acero al carbono. El mecanismo se describe en cualquier tratado de referencia sobre la fundición gris y es una propiedad de la microestructura, no de una fundición concreta. En una rectificadora, una mandrinadora o un torno de precisión, esto se refleja directamente en el acabado superficial.
El acero al carbono no hace esto. Una estructura de acero soldado con el mismo contorno resonará donde una bancada de fundición absorbe. Las soluciones habituales son más nervaduras, más masa o rellenar las secciones en cajón con un núcleo de resina mineral o de hormigón. La estructura soldada rellena es la opción infravalorada: recupera la mayor parte del amortiguamiento sin perder el plazo corto de la fabricación soldada.
La rigidez es una cuestión distinta del amortiguamiento, y se confunden constantemente. El módulo de elasticidad del acero es aproximadamente el doble que el de la fundición gris, por lo que una estructura de acero es más rígida con la misma sección. Una máquina puede ser perfectamente rígida y aun así vibrar. Decida qué problema tiene realmente antes de elegir un material para resolverlo.
Plazo y primera unidad
Aquí gana la fabricación soldada, y rara vez por poco.
| Fundición | Acero soldado | |
|---|---|---|
| Utillaje | Requiere modelo | Solo utillajes de montaje |
| Primera unidad | Meses, modelo más cola en la fundición | Semanas |
| Cambio de diseño | Modelo nuevo o modificado | Cortar, añadir una nervadura, volver a soldar |
| Tendencia del coste unitario | Baja con el volumen | Aproximadamente constante |
Si el diseño de la máquina todavía está cambiando, y en una primera construcción suele estarlo, la última fila decide. Un cambio en una estructura soldada es un soplete y una tarde. Un cambio en una fundición es una conversación con el taller de modelos y un nuevo turno en la cola de la fundición.
Dónde se cruzan los costes
La fabricación soldada no tiene coste de utillaje, pero sí una mano de obra alta por unidad. La fundición tiene un coste de utillaje alto, pero un coste unitario bajo cuando la serie es lo bastante larga. Represente ambas frente al volumen anual y en algún punto se cruzan.
Para una unidad suelta o un prototipo, la estructura soldada gana sin discusión. Para un modelo de máquina que fabricará de forma constante durante años, la fundición suele ganar, y además obtiene el amortiguamiento. En la franja intermedia, donde de verdad se mueven la mayoría de los fabricantes de máquinas, depende realmente de la pieza, y la única forma de saberlo es pedir que se coticen ambas.
Lo que no debe hacer es comparar una oferta de fundición con una oferta de estructura soldada para dos diseños distintos y sacar conclusiones sobre los procesos. Esa comparación no le dice nada.
Una secuencia práctica
- Decida si tiene un problema de rigidez o de amortiguamiento. Tienen respuestas distintas.
- Construya la primera máquina como estructura soldada, salvo que ya exista un modelo. Va a cambiar el diseño.
- Congele el diseño cuando la primera o las dos primeras máquinas estén funcionando.
- Cuando el volumen anual sea real, pida que se cotice el diseño congelado de las dos formas y deje que decidan las cifras.
La mayoría de los fabricantes se meten en problemas al comprometerse con un modelo antes del paso tres.
Qué indicar en la solicitud de oferta
Elija el camino que elija, una consulta que se pueda cotizar indica lo mismo: las dimensiones generales y el peso terminado, qué caras son funcionales y qué tolerancia tiene cada una, el sistema de referencias respecto al que se miden esas tolerancias, el método de alivio de tensiones que exige y la cantidad anual real. Si omite cualquiera de estos datos, recibirá ofertas que no se pueden comparar entre sí.
Si quiere que se coticen ambas opciones para la misma pieza, envíe el plano e indíquelo. Lectura relacionada: alivio de tensiones y planitud en una bancada soldada.
Preguntas frecuentes
¿La fundición amortigua siempre mejor que el acero soldado?
Con la misma geometría, sí. La fundición gris amortigua mucho mejor que el acero al carbono porque las láminas de grafito de su microestructura absorben la energía de vibración. Pero la geometría no está fijada: una estructura soldada bien nervada, o con las secciones rellenas, puede superar a una pieza fundida mal diseñada. La comparación solo tiene sentido cuando ambos diseños están correctamente calculados.
¿A partir de qué cantidad la fundición resulta más barata que la estructura soldada?
No hay una cifra universal, porque depende del coste del modelo, del peso de la pieza fundida y del coste de la mano de obra local. Lo que importa es la forma de la respuesta: el coste de la estructura soldada es aproximadamente constante por unidad, y el de la fundición baja a medida que se amortiza el modelo. Pida que coticen ambas opciones para su pieza real con su volumen anual real y vea dónde se cruzan las curvas.
¿Puedo convertir directamente un diseño de fundición en una estructura soldada?
No directamente. Una pieza fundida se diseña con secciones gruesas y radios generosos porque así se cuela bien; una estructura soldada obtiene su rigidez de chapa más delgada dispuesta en cajones y nervaduras. Copiar la geometría de la fundición en acero da una pieza pesada y cara que no es más rígida. Hay que rediseñar la estructura en función del proceso.
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