1. Introducción
Los cuerpos de las bombas son carcasas estructurales e hidráulicas que convierten la energía del impulsor en movimiento fluido.. Comúnmente contienen volutas., asientos del impulsor, jefes de rodamientos, bridas y pasajes internos.
La ruta de fabricación elegida para un cuerpo de bomba determina la geometría alcanzable, metalurgia, costo y tiempo de entrega.
La fundición a la cera perdida destaca donde la geometría es compleja (paletas de guía interna, redes delgadas, jefes integrados), las tolerancias son estrictas, y aleaciones de alta integridad (aceros inoxidables, aleaciones de níquel, bronce) son necesarios.
2. ¿Qué es un cuerpo de bomba de fundición a la cera perdida??
Definición y funcionalidad principal
Un casting de inversión cuerpo de bomba es una carcasa de bomba producida por la cera perdida (inversión) método de fundición.
una cera (o polímero) Se crea el patrón del cuerpo de la bomba., recubierto de cerámica refractaria para construir una concha, la cera se elimina calentando, y metal fundido vertido en el molde cerámico.
La carcasa disparada se rompe después de la solidificación para revelar un cuerpo de bomba casi fundido que posteriormente se termina e inspecciona.
Especificaciones y dimensiones típicas.
- masa parcial: Los cuerpos de bomba de fundición por lo general oscilan entre unos pocos cientos de gramos y decenas de kilogramos por pieza.; Muchas fundiciones fabrican habitualmente cuerpos de bombas desde ~0,5 kg hasta ~50-100 kg, dependiendo de la capacidad de la planta..
- Espesor de la pared: Paredes nominales típicas para aleaciones de acero inoxidable o níquel.: 3–12 mm; secciones mínimas delgadas hasta 1–2 mm se pueden lograr en aleaciones seleccionadas y control de procesos..
- Tolerancia dimensional (talentoso): Las tolerancias generales de inversión suelen caer en ± 0.1–0.5 mm para funciones pequeñas; tolerancia basada en porcentaje de ±0,25–0,5% lineal es una regla práctica.
Las características mecanizadas críticas generalmente se dejan con margen de mecanizado (0.2–2,0 mm dependiendo de la precisión de la fundición). - Acabado superficial (talentoso): Ra típico 1.6–3.2 μm (50–125 min) para cascos de cerámica estándar; cáscaras finas y un vertido cuidadoso pueden producir Ra ≈ 0.8–1,6 µm.
Las caras de sellado o los muñones de los cojinetes se mecanizan/lapean a un Ra mucho más fino. (≤ 0.2 μm) según sea necesario.
3. Consideraciones de diseño
La fundición a la cera perdida permite una geometría compleja, pero una buena práctica de diseño maximiza la calidad y minimiza el costo..
Requisitos de rendimiento hidráulico
- Pasajes de flujo & pergaminos: Los filetes suaves y la convergencia controlada evitan la separación y la cavitación..
Los radios de filete internos deben ser generosos. (≥ 1–2× espesor de pared) para reducir la turbulencia. - Alineación del asiento del impulsor: la concentricidad y la perpendicularidad son críticas: planifique los orificios mecanizados y las características de referencia.
- Liquidaciones: Los espacios libres de la bomba en los salientes del impulsor y las caras del sello deben poder mantenerse mediante mecanizado posterior al moldeado..
Requisitos estructurales
- Estrés & fatiga: considerar cargas cíclicas; utilizar el análisis de elementos finitos para identificar los aumentos de tensión locales.
metalurgia del molde (tamaño de grano, segregación) afecta la vida a fatiga: diseño para evitar el adelgazamiento, jefes muy estresados sin fileteado adecuado. - Vibración: Las redes y nervaduras rígidas ayudan a elevar las frecuencias naturales.; La fundición a la cera perdida permite integrar las costillas en el cuerpo..
Corrosión & tener puesto
- Selección de material: Elija una aleación basada en la química del fluido. (ph, cloruros, partículas erosivas, temperatura).
Para agua de mar, Es posible que se requiera dúplex o cuproníquel.; para ácidos, Hastelloy o aleaciones de níquel apropiadas. - Resistencia a la erosión: Superficies internas lisas y revestimientos de sacrificio. (ruidoso, rociamiento térmico) son opciones donde hay lodo de partículas presente.
Tolerancias dimensionales & acabado superficial
- Características críticas: designar qué caras/agujeros se mecanizan en acabado y especificar tolerancias de mecanizado (P.EJ., 0.5–1,5 mm para conchas más arenosas, 0.2–0,6 mm para casquillos de precisión).
- Superficies de sellado: especificar Ra y planitud; a menudo lapeado/pulido a Ra ≤ 0.2 μm y planitud dentro 0.01–0.05 mm dependiendo de la clase de presión.
4. Materiales para cuerpos de bombas de fundición a la cera perdida
La selección de materiales es un factor crítico en el diseño y producción de cuerpos de bombas de fundición a presión., ya que afecta directamente al rendimiento mecánico, resistencia a la corrosión, fabricación, y vida útil.
| Categoría de material | Aleaciones de ejemplo | Propiedades clave | Aplicaciones típicas | Consideraciones de casting |
| Austenítico Acero inoxidable | 304, 316L | Excelente resistencia a la corrosión, fuerza moderada, buena soldadura; De tensión: 480–620 MPA, Producir: 170–300 MPA, Alargamiento: 40–60% | Bombas químicas generales, tratamiento de agua, alimento & bebida | Buena fluidez fundida, bajo riesgo de agrietamiento en caliente, fácil post-mecanizado |
| Acero inoxidable dúplex | 2205, 2507 | Alta fuerza (Rendimiento 450–550 MPa), Resistencia superior a la corrosión por tensión de cloruro. | Bombas marinas y offshore, ambientes químicos agresivos | Requiere temperatura controlada; Tratamiento térmico posterior a la fundición para prevenir la fase sigma. |
Aleaciones de níquel |
Incomparar 625, 718; Hastelloy | Resistencia de corrosión excepcional, fuerza de alta temperatura, resistencia a la oxidación | Procesamiento químico, generación de energía, aceite & gas | Altos puntos de fusión (≈1450-1600°C); Es necesario un precalentamiento cuidadoso del molde y un vertido controlado.; mecanizado difícil |
| Bronce y aleaciones de cobre | C93200, C95400 | Excelente resistencia a la corrosión del agua de mar, buena resistencia al desgaste, antiincrustante; menor resistencia mecánica | Bombas marinas, enfriamiento de agua de mar, componentes hidráulicos | Puntos de fusión más bajos (≈1050-1150 °C) simplificar el casting; bajo riesgo de agrietamiento térmico; Resistencia mecánica inferior a la del acero inoxidable/níquel. |
5. Proceso de fundición a la cera perdida para cuerpos de bombas
Fundición a la cera perdida, también conocido como Casting de cera perdido, permite la producción de cuerpos de bomba con geometrías complejas, paredes delgadas, y alta precisión dimensional.
El proceso consta de varios pasos críticos.:
| Paso | Descripción | Consideraciones clave |
| 1. Creación de patrones de cera | Se inyecta cera fundida en moldes de precisión para formar réplicas del cuerpo de la bomba.. | Garantizar un espesor de pared uniforme; mantener la precisión dimensional ±0,1 mm; Utilice cera de alta calidad para evitar la distorsión.. |
| 2. Montaje de Árbol de Cera | Los patrones de cera individuales se unen a un bebedero de cera central para formar un árbol para la fundición por lotes.. | El diseño del bebedero afecta el flujo de metal; minimizar la turbulencia durante el vertido. |
| 3. Edificio de conchas de cerámica | La inmersión repetida en lechada cerámica y el estucado con arena refractaria fina crean una fuerte, caparazón resistente al calor. | Espesor de la cáscara objetivo (5–10 mm) Depende del tamaño del cuerpo de la bomba.; evitar grietas y porosidad en la cáscara. |
| 4. Desparafinado y cocción de moldes | La cera se derrite (autoclave u horno), Dejando una cavidad; Luego se cuece la carcasa de cerámica para eliminar los residuos y fortalecer el molde.. | Se debe controlar el aumento de temperatura para evitar el agrietamiento de la cáscara.; La cera residual debe eliminarse por completo.. |
5. Vertido de metal |
Metal fundido (acero inoxidable, aleación de níquel, o bronce) Se vierte en el molde cerámico precalentado bajo condiciones de gravedad o asistidas por vacío.. | La temperatura y la velocidad de vertido deben garantizar un llenado completo.; Controlar la turbulencia y prevenir la formación de óxido.. |
| 6. Solidificación y enfriamiento | El metal se solidifica dentro del molde.; Las velocidades de enfriamiento afectan la microestructura., propiedades mecánicas, y estrés residual. | Las secciones gruesas pueden requerir enfriamiento controlado para evitar la porosidad.; Las paredes delgadas deben evitar desgarros en caliente.. |
| 7. Eliminación de concha | La cáscara de cerámica se rompe mecánicamente., a menudo usando vibración, chorro de arena, o disolución química. | Evite dañar los intrincados canales o bridas de la bomba. |
| 8. Acabado y limpieza | Cerámica residual, sistema de compuerta, y las imperfecciones de la superficie se eliminan mediante esmerilado, disparo, o limpieza química. | Mantener tolerancias dimensionales.; preparar superficies para su posterior mecanizado o recubrimiento. |
6. Operaciones posteriores a la clasificación
Después de retirar el cuerpo de la bomba de la carcasa de cerámica, Se realizan varias operaciones posteriores a la fundición para garantizar que el componente cumpla con los requisitos funcionales., dimensional, y requisitos de calidad de la superficie.
Estas operaciones son críticas para aplicaciones de alto rendimiento en productos químicos., marina, y sectores industriales.
Tratamiento térmico
Tratamiento térmico Se aplica para aliviar tensiones residuales., Mejorar la ductilidad, y optimizar las propiedades mecánicas:
- Recocido para alivio del estrés: El calentamiento a 550-650 °C para aceros inoxidables reduce la tensión residual de la fundición y evita la distorsión durante el mecanizado..
- Recocido de solución: Aplicado para aceros inoxidables y aleaciones de níquel para homogeneizar la microestructura y disolver precipitados no deseados., asegurando resistencia a la corrosión y dureza constante.
- Endurecimiento por envejecimiento o precipitación (para ciertas aleaciones): Mejora la fuerza y la resistencia al desgaste en materiales de alto rendimiento..
Mecanizado
Dimensiones críticas como bridas., orientación, superficies de contacto, y los puertos roscados están mecanizados para cumplir con tolerancias estrictas.
Las operaciones típicas de mecanizado incluyen torneado., molienda, perforación, y aburrido. El mecanizado garantiza:
- Tolerancias dimensionales de ±0,05–0,1 mm para un montaje preciso.
- Superficies de sellado lisas para evitar fugas en aplicaciones de alta presión.
Acabado superficial
Acabado superficial Mejora la resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste, y estética:
- Pulido: Mejora la suavidad para sellar caras y canales internos..
- Disparo: Elimina partículas cerámicas residuales y crea una superficie uniforme para recubrir o pintar..
- Revestimiento: Recubrimientos químicos o galvanizados opcionales (P.EJ., níquel, Ptfe) mejorar la resistencia a la corrosión y reducir la fricción.
Pruebas no destructivas (NDT)
Para detectar defectos como la porosidad., grietas, o inclusiones, Se realiza END:
- Radiografía (radiografía): Identifica inclusiones y vacíos internos..
- Prueba ultrasónica (Utah): Detecta defectos del subsuelo en secciones gruesas.
- Prueba de penetrante de tinte (PT): Revela grietas superficiales y porosidad..
Limpieza e Inspección
Finalmente, Los cuerpos de las bombas se limpian para eliminar los aceites residuales de mecanizado., Escombros, o sales. Las inspecciones dimensionales y visuales verifican el cumplimiento de las especificaciones antes del montaje o envío..
7. Garantía de calidad y pruebas
Seguro de calidad (control de calidad) Es fundamental para garantizar que los cuerpos de las bombas de fundición a la cera perdida cumplan con las especificaciones de diseño., estándares de desempeño, y requisitos de la industria.
Un enfoque sistemático de control de calidad combina controles dimensionales, prueba mecánica, y evaluación no destructiva para detectar defectos y confirmar la integridad funcional.
Inspección dimensional
La verificación dimensional garantiza que el cuerpo de la bomba se ajuste a los dibujos y tolerancias del diseño.:
- Coordinar máquinas de medición (Cmm): Medir geometrías complejas, orientación, bridas, y superficies de montaje con una precisión de ±0,01–0,05 mm.
- Herramientas de calibre: Calibres de hilo, medidores de enchufe, y los medidores de altura verifican las características críticas rápidamente en producción.
- Medición de rugosidad de la superficie: Confirma los requisitos de acabado para caras de sellado y canales internos. (P.EJ., Ra ≤0,8 μm para componentes hidráulicos).
Verificación de propiedades mecánicas
Las pruebas mecánicas validan que el material cumple con la resistencia requerida., ductilidad, y dureza:
- Prueba de tracción: Medidas límite elástico, resistencia máxima a la tracción, y alargamiento, garantizar que el material pueda soportar cargas operativas.
- Prueba de dureza: Las pruebas de Rockwell o Vickers confirman que el tratamiento térmico y el procesamiento del material lograron la dureza deseada..
- Prueba de impacto (si es necesario): Evalúa la dureza para aplicaciones expuestas a cargas fluctuantes o golpes..
Pruebas no destructivas (NDT)
Las técnicas de END detectan defectos ocultos sin dañar la pieza:
- Radiografía (Exploración por rayos X/TC): Identifica la porosidad interna., inclusiones, y vacíos, particularmente en secciones gruesas.
- Prueba ultrasónica (Utah): Detecta grietas internas, vacío, o delaminaciones en materiales densos como acero inoxidable y aleaciones de níquel.
- Prueba de penetrante de tinte (PT): Revela grietas superficiales, agujeros, o porosidad fina no visible a simple vista.
- Prueba de partículas magnéticas (MONTE): Aplicado a aleaciones ferromagnéticas para detectar discontinuidades superficiales y cercanas a la superficie..
Defectos comunes de fundición y estrategias de mitigación
- Porosidad: Minimizado mediante una puerta adecuada, desfogue, y tasas de solidificación controladas.
- Cavidades de contracción: Abordado a través del diseño del elevador y la gestión térmica.
- El frío se cierra y se queda maltratados: Se evita manteniendo temperaturas de vertido óptimas y un flujo suave en geometrías complejas..
- Inclusiones de superficie: Controlado mediante el uso de aleaciones de alta pureza y técnicas de desgasificación adecuadas..
8. Ventajas de la fundición a la cera perdida para cuerpos de bombas
- Geometría compleja: pasajes internos, Paredes delgadas y salientes integrados con ensamblaje secundario mínimo..
- Forma cercana a la red: reduce la eliminación de material vs.. mecanizado de desbaste de barras o palanquillas, a menudo 30–70% menos mecanizado para piezas complejas.
- Alta precisión dimensional & acabado superficial: Menos acabado secundario para muchas características en comparación con la fundición en arena..
- Flexibilidad de la aleación: Fundir muchas aleaciones de acero inoxidable y níquel con buena integridad metalúrgica..
- Flexibilidad de producción pequeña a mediana: Las herramientas para patrones de cera son relativamente económicas en comparación con. herramientas de matriz grande, permitiendo tiradas económicas desde prototipos hasta miles de piezas.
9. Limitaciones y desafíos
- Costo de piezas muy grandes.: por encima de ciertos tamaños (a menudo >100 kg) La fundición a la cera perdida se vuelve antieconómica en comparación con la fundición en arena o la fabricación/soldadura..
- Tiempo de entrega: herramientas de patrón, La construcción y el disparo de proyectiles añaden tiempo de entrega: los cronogramas de los prototipos generalmente se miden en semanas..
- Riesgo de porosidad en secciones gruesas: Las protuberancias gruesas o las secciones transversales grandes requieren un cierre cuidadoso., escalofríos o segmentación para evitar la contracción.
- El acabado superficial y las tolerancias dependen del sistema de carcasa.: Lograr acabados ultrafinos o tolerancias de fundición extremadamente ajustadas requiere sistemas cerámicos y control de procesos de primera calidad..
10. Aplicaciones industriales
Los cuerpos de bombas de fundición a la cera perdida se utilizan en un amplio espectro de industrias debido a su capacidades de geometría compleja, versatilidad del material, y alta precisión dimensional.
El proceso permite a los ingenieros diseñar pasajes hidráulicos optimizados., paredes delgadas, y características de montaje integradas que mejoran la eficiencia y la longevidad de la bomba.
Bombas de procesamiento químico
- Ambiente: Fluidos corrosivos como los ácidos., cáusticos, y solventes.
- Materiales utilizados: Aceros inoxidables (316L, dúplex) y aleaciones de níquel (Hastelloy, Incomparar).
- Razón fundamental: La fundición a la cera perdida permite canales internos complejos, Minimizar la turbulencia y garantizar un flujo uniforme., crítico para la confiabilidad del proceso químico.
Bombas de agua y aguas residuales
- Ambiente: Bombeo de alto volumen, sólidos suspendidos abrasivos, y niveles de pH variables.
- Materiales utilizados: Bronce, acero inoxidable dúplex, y hierros fundidos resistentes a la corrosión.
- Razón fundamental: Pared delgada, Los conductos internos lisos reducen las obstrucciones y las pérdidas de energía., Mejorar la eficiencia en los sistemas de agua municipales e industriales..
Bombas marinas y costa afuera
- Ambiente: Exposición al agua salada, operación de alta presión, y tensión mecánica cíclica.
- Materiales utilizados: Aleaciones de cobre (latón naval, bronce), aceros inoxidables dúplex.
- Razón fundamental: La resistencia a la corrosión y la bioincrustación es fundamental; La fundición a la cera perdida permite una perfecta, Geometrías complejas para reducir el mantenimiento y mejorar la vida útil..
Aceite & Bombas de generación de gas y energía
- Ambiente: A alta temperatura, fluidos de alta presión, y medios a base de hidrocarburos.
- Materiales utilizados: Aleaciones con alto contenido de níquel (Incomparar, Hastelloy), acero inoxidable, y aleaciones a base de cobalto.
- Razón fundamental: La fundición a la cera perdida admite materiales de alta resistencia y tolerancias precisas necesarias para aplicaciones críticas como la lubricación de turbinas., inyección química, y perforación en alta mar.
Bombas especiales y personalizadas
- Ambiente: Laboratorio, farmacéutico, o aplicaciones de procesamiento de alimentos que requieren un rendimiento higiénico y de precisión.
- Materiales utilizados: Acero inoxidable (304, 316L), titanio, o aleaciones de níquel.
- Razón fundamental: Superficies suaves, tolerancias apretadas, y las geometrías complejas logradas mediante fundición a la cera perdida garantizan un riesgo mínimo de contaminación y el cumplimiento de las normas reglamentarias..
11. Análisis comparativo
| Característica / Criterios | Casting de inversión | Fundición de arena | Mecanizado desde Sólido |
| Complejidad geométrica | Excelente – paredes delgadas, canales internos, características complejas alcanzables | Moderado: limitado por la ubicación del núcleo y la estabilidad del molde. | Limitado: geometrías internas complejas a menudo imposibles sin ensamblaje |
| Precisión dimensional | Alto: ±0,1–0,25 mm típico | Moderado – ±0,5–1,0 mm | Muy alto: ±0,05 mm alcanzable |
| Acabado superficial (Real academia de bellas artes) | Fino: 1,6–3,2 μm típico; se puede pulir | Áspero: 6 a 12 μm; requiere mecanizado para mayor precisión | Excelente: se pueden alcanzar entre 0,8 y 1,6 μm con acabado |
| Opciones de material | Ancho – aceros inoxidables, aleaciones de níquel, bronce, aleaciones de cobre | Ancho – hierro, acero, bronce, aluminio | Ancho: depende de la disponibilidad de existencias mecanizables |
| Tamaño por lotes | Bajo a medio: 1–1000+ piezas | Medio a alto: económico para grandes, piezas simples | Bajo: el desperdicio de material aumenta el costo de piezas grandes |
| Tiempo de entrega | Moderado – patrón de cera & Se requiere construcción de caparazón | Corto a moderado: preparación del molde relativamente rápida | Variable: depende de la complejidad del mecanizado |
Desechos materiales |
Bajo: la forma casi neta reduce los desechos | Moderado: las compuertas y los elevadores generan algunos residuos | Alto: el proceso sustractivo crea astillas y recortes |
| Costo por parte | Moderado a alto: las herramientas y los pasos del proceso aumentan el costo, económico para piezas complejas | Bajo a moderado: moldes más simples, piezas más grandes más baratas | Alto: mecanizado extenso en grandes, las piezas complejas son caras |
| Fortaleza & Integridad | Excelente – microestructura densa, porosidad mínima si se controla | Moderado: riesgo de inclusiones y porosidad relacionadas con la arena. | Excelente – homogéneo, Sin defectos de casting |
| Se requiere posprocesamiento | A menudo mínimo: algo de mecanizado, refinamiento | Generalmente importante: se requiere mecanizado y acabado. | Mínimo: acabado final solo para tolerancias estrictas |
| Aplicaciones típicas | Cuerpos de bomba con paredes delgadas, canales hidráulicos complejos, resistencia a la corrosión | Grande, carcasas de bombas simples o componentes estructurales | Cuerpos de bomba personalizados o prototipos que requieren precisión extrema |
12. Conclusión
El cuerpo de la bomba de fundición a la cera perdida combina libertad de diseño con integridad metalúrgica, lo que los convierte en una excelente opción para muchas aplicaciones de manejo de fluidos, especialmente donde la geometría interna compleja, Se requieren aleaciones exóticas o tolerancias estrictas..
El éxito depende del diseño temprano del casting, selección de material informada, control cuidadoso del proceso (torrencial, bombardeo, tratamiento térmico), y programas sólidos de control de calidad y END.
Para sistemas de bombas críticos: marinos, generación química o de energía: la fundición a la cera perdida puede ofrecer resultados confiables., Componentes económicos cuando se especifican y ejecutan correctamente..
Preguntas frecuentes
¿Qué tamaño máximo del cuerpo de la bomba se puede fundir??
La práctica típica del taller oscila entre ~50 y 100 kg por pieza, pero el máximo práctico depende de la capacidad y la economía de la fundición..
Los cuerpos de bombas muy grandes se fabrican con mayor frecuencia mediante fundición en arena o fabricación/soldadura..
¿Cuánta tolerancia de mecanizado debo diseñar en una fundición a la cera perdida??
Permitir 0.2–2.0 mm dependiendo de la criticidad y la precisión del proyectil. Especificar tolerancias más estrictas sólo cuando la fundición garantice carcasas de precisión..
¿Qué material es mejor para los cuerpos de bombas de agua de mar??
Los aceros inoxidables dúplex y las aleaciones seleccionadas de cobre y níquel son opciones comunes debido a su superior resistencia a las picaduras de cloruro y su rendimiento contra la bioincrustación.; La selección final depende de la temperatura., condiciones de velocidad y erosión.
¿Cuál es el tiempo de respuesta típico para un cuerpo de bomba de fundición a presión??
Las tiradas de producción pequeñas suelen tardar 4–8 semanas desde la aprobación del patrón hasta las piezas terminadas; Los prototipos individuales pueden ser más rápidos con patrones impresos en 3D, pero aún requieren programas de disparo y fusión..
¿Cómo especifico los criterios de aceptación para la porosidad??
Utilice estándares de END de la industria (radiografía, Connecticut, Utah) y definir niveles de aceptación en porcentaje de porosidad por volumen o mediante imágenes de referencia.
Los cuerpos de bombas que retienen la presión crítica a menudo requieren porosidad <0.5% por volumen y aceptación radiográfica según estándar del cliente.
