Fundición de piezas para discos de freno

Los requisitos de calidad actuales para los discos de freno son más exigentes que nunca.  El motivo principal son las cada vez mayores exigencias en cuanto al producto final. Así, por ejemplo, el mayor peso de los vehículos, la mayor potencia de los motores y el aumento de la eficacia de las pinzas de freno son factores que contribuyen a lo anterior. Básicamente todos estos factores hacen que las exigencias en cuanto a las propiedades térmicas y mecánicas de los materiales del disco de freno sean ciertamente elevadas.
Los anillos de fricción para los discos de freno de vehículos ferroviarios con una fuerza de frenado media y baja se realizan a partir de hierro fundido con grafito laminar. En una primera aproximación se puede seleccionar el material en función de la velocidad de desplazamiento. Las opciones de material van desde frenos de GJS, pasando por frenos de acero y aluminio fundido, hasta frenos de cerámica (CMC) para trenes de alta velocidad. Antes de tomar una decisión definitiva acerca del material, se deben tener en cuenta también la fuerza de frenado, la energía de frenado, la carga total y la vida útil prevista.

Hoy en día, las máquinas de moldeo vertical y horizontal garantizan una gran precisión dimensional. Lo ideal es realizar la colada con ayuda de equipos automáticos de fundición e inocular el chorro de colada durante el llenado del molde. El proceso de caja fría como proceso de moldeo de machos es el preferido en el mercado europeo. Se emplean machos pintados para garantizar que la superficie de los contornos de las piezas de fundición sea de la máxima calidad.
Los defectos más habituales de este grupo de productos son la formación insuficiente de grafito, los rechupes, la microporosidad, el veteado y los defectos de gas.

La formación de grafito en el material influye en gran medida en el comportamiento del disco de freno. Las desviaciones importantes de los niveles deseados de grafito tipo A, unidas a láminas de grafito más cortas, pueden derivar en un bajo comportamiento tribológico (interacción entre las pistas de frenado, la pastilla de freno, la geometría del disco y las condiciones de frenado), así como en un aumento de la carga térmica del disco de freno. El grafito tipo D y lo que se conoce como grafito subenfriado no son compatibles con la microestructura.
La carga termomecánica de los machos y de los recubrimientos es de vital importancia en este caso, ya que se aplican temperaturas de fundición más elevadas. Además, se exige mucho de los sistemas de aglomerantes debido a los ciclos cortos en la producción de machos, así como al empleo de técnicas automatizadas para extraer los machos de sus cajas  y a la alta resistencia inicial que por ello deben tener los machos. Presentar una alta resistencia a las pinturas en base  agua se ha convertido ya en un requisito básico para los sistemas de aglomerantes. Las exigencias también son elevadas en la producción de machos en sí, tanto en cuanto a la calidad de cada una de las máquinas de disparo de machos, como en cuanto al nivel de automatización y a la interconexión de los procesos posteriores.
El uso de herramientas de simulación es de especial importancia para este grupo concreto de piezas fundidas. El nivel de grafito tipo A necesario en la pieza depende en gran medida de la velocidad de enfriamiento y del llenado del molde, datos que pueden confirmarse al evaluar las simulaciones de llenado de molde y solidificación. Unas tecnologías de entrada y alimentación adecuadas, sumadas al uso de filtros cerámicos y a una inoculación óptima durante el llenado del molde, permiten obtener el máximo rendimiento de la fundición para producir piezas fundidas sin defectos.

Soluciones para la fundición de piezas para discos de freno

Debido a las continuas adaptaciones a las especificaciones medioambientales y a que éstas cada vez son más estrictas, el número de restricciones aplicables a los procesos de producción de machos empleados hasta ahora sigue en aumento y, a menudo, estos procesos sólo pueden adaptarse implementando medidas muy costosas. El uso de sistemas de aglomerantes inorgánicos para machos es una alternativa adecuada para reducir las emisiones y la emisión de olores que se implementó durante los trabajos preliminares realizados por ASK Chemicals en colaboración con una fundición. Los machos de los discos de freno para fundición con hierro fundido se produjeron con el sistema de aglomerantes inorgánicos INOTEC modificado. Las adaptaciones realizadas respecto a los promotores y recubrimientos INOTEC se hicieron en varias secuencias de pruebas con las que se pretendía adaptarlos a las propiedades de los respectivos sistemas. Tomando como base los resultados obtenidos con fundiciones de hierro, en próximas secuencias de pruebas se proseguirá con la optimización del proceso y de los parámetros de producción. Sin duda, el objetivo es encontrar una solución de sistema para los aglomerantes inorgánicos que garantice la seguridad de los procesos para así poder aplicar dichos aglomerantes en fundiciones de hierro en el futuro de forma acorde a los procesos. Asimismo, ASK Chemicals ofrece soluciones de sistema para aglomerantes orgánicos convencionales con el fin de que todos los componentes se adapten al material y al material del molde correspondientes, así como a los equipos y sistemas existentes y a su superficie exterior. Además, el tipo de recubrimiento empleado es de vital importancia en el caso concreto de los machos de discos de freno, por lo que también se incluye en la solución de sistema, junto con aditivos altamente refractarios.
En el sector metalúrgico, ASK Chemicals y sus socios ofrecen continuamente desarrollos de sistemas de inoculantes complejos en forma de inoculantes en cuchara, en chorro de colada o en molde y de  inoculación en hilo, así como filtros combinados (inoculación en molde y filtro) para su uso en la fundición de hierro.
Los ingenieros de aplicaciones y el personal de ventas de ASK Chemicals asesoran a los clientes sobre cómo conseguir una calidad de fundición constante en sus procesos de producción. Esto es posible gracias a un servicio de consultoría sobre aplicaciones competente, al desarrollo conjunto de sistemas y a la optimización de procesos.

Al igual que ocurre con la fundición de piezas para motores, los productos que ASK Chemicals comercializa también se modifican para adaptarse a las materias primas y a los materiales base especiales predominantes en las fundiciones de cada país. En estrecha colaboración con las fundiciones, los productos se adecúan constantemente a las aplicaciones y a su uso diario en los diferentes países. Por supuesto, esto es aplicable sobre todo a Alemania.
La simulación de fundición es una herramienta que permite simular distintos procesos físicos que tienen lugar en el molde durante la fundición. Principalmente hace referencia a tres procesos: llenado de molde, solidificación y generación de tensiones durante la solidificación. La simulación de estos procesos físicos tiene como objetivo examinar los procesos de fundición y solidificación de forma rápida y eficiente, evitar los rechupes y la microporosidad, minimizar la tensión residual y la deformación, y reducir el número de prototipos y piezas fundidas de prueba. El Grupo de Servicios de Diseño de ASK Chemicals utiliza constantemente esta herramienta para, en colaboración con los clientes, servirse de los resultados obtenidos para determinar los siguientes pasos a dar en cuanto a desarrollo.
El objetivo de todo proyecto es conseguir una calidad de fundición acorde a los requisitos de las especificaciones. Trabajar codo con codo puede ofrecer importantes efectos de sinergia que van desde la producción de moldes y machos, pasando por las operaciones de fusión, hasta la inoculación, la fundición, el llenado del molde y el filtrado. Conjuntamente se desarrollan e implementan propuestas de mejora para todo el proceso de producción, lo que significa básicamente que es posible disponer de productos específicos para cada tipo de producción o pieza fundida.