Simulación avanzada para mejorar los procesos de fundición

La simulación avanzada, o quizá podríamos denominarla ya como simulación de segunda generación, la entendemos como aquella que, arrancando desde los cálculos convencionales de llenado y enfriamiento o solidificación, llega aplicando nuevos elementos de cálculo a la predicción de estructuras metalúrgicas resultantes o al crecimiento de grano, pudiendo concluir en la predicción de las deformaciones, roturas o tensiones generadas en el producto final.

Estos cálculos requieren de un cada vez mayor conocimiento de las propiedades de todos los materiales que intervienen en el proceso, pero a día de hoy los valores físicos reales disponibles en su mayoría en la literatura y en las bases de datos existentes al respecto, a pesar de su precisión (y el precio que ello supone en la mayoría de los casos, habría que añadir…) no llegan siempre a devolver los resultados de simulación esperados.

La necesidad de amortizar con rapidez y eficacia estos programas, que no son baratos, y las a veces necesarias bases de datos ‘ad hoc’ obligan a buscar rápidamente la rentabilidad de los mismos, la cual subjetivamente decrece a medida que crece la experiencia en el uso de los mismos. Esta aparente contradicción se explica con el hecho de que el conocimiento industrial adquirido con su uso va poniendo de manifiesto nuevas necesidades de ampliarlo en campos inicialmente no contemplados por los usuarios.

Así, usuarios privilegiados, con más medios técnicos y humanos que otros al servicio de ese conocimiento industrial, lo rentabilizan rápidamente y profundizan en las diferentes utilidades que proporcionan los programas, obteniendo un rédito de crecimiento exponencial, ya que el conocimiento de la herramienta conlleva una traslación de este al proceso industrial desde una vertiente más científica que, como decimos, abre nuevos campos de mejora y aplicación.

El resto de usuarios más comunes, los que por diversas circunstancias únicamente se limitan a ‘apretar el botón’, sufre también no pocas frustraciones, cuando no rechazos hacia una herramienta que en sí misma es muy potente y absolutamente útil. Estos usuarios, numerosos y quizá de velocidad más lenta, también se pueden ver beneficiados por la ‘simulación de segunda generación’, si bien, a otra escala diferente a la del grupo anterior.

La herramienta de cálculo aumenta su valor hasta convertirse en un verdadero banco, no solo de pruebas sino de capacidades tecnológicas y, como tal, en una herramienta de mejora ‘sensu stricto’. Solo en el límite de la exigencia para una determinada situación de conocimiento tecnológico estos usuarios pueden sufrir ralentizaciones en su avance en este conocimiento. Es en este momento, cuando la simulación que denominamos de segunda generación puede aliviarles esta ralentización e involucrarles en una nueva etapa de crecimiento del conocimiento mediante de acceso al siguiente paso, a nuevas áreas de estudio y de la consiguiente mejora.

Tanto en un caso como en otro y aunque por diferentes condicionamientos de partida, el ajuste de la simulación al proceso conduce al conocimiento del mismo. Así cuando decíamos que los usuarios podrían caer en una cierta frustración ante la circunstancia de que teniendo geometrías ‘perfectas’ de las piezas a simular, utilizando con seguridad el programa y calculando con la base de datos adecuada, los resultados no eran del todo satisfactorios, o más bien diremos tan ajustados como esperan, nos estábamos refiriendo a que, desde ese punto de vista, el cálculo se realiza en una situación cuasi perfecta, ideal, pero que la terca realidad se empeña en demostrar lo contrario. ¡Afortunadamente!

La Unidad de Fundición de Tecnalia lleva más de 15 años trabajando con la herramienta ProCAST en la que se dispone del Módulo Inverso y donde convenientemente desarrollada en conjunción con la aplicación de criterios de fundición, basados en la experiencia de los técnicos, permite caracterizar los materiales para este fin, conseguir simulaciones ‘a medida’ de cada usuario.

Desde hace más de 8 años, diferentes proyectos de caracterización virtual se han venido llevando a cabo, tanto en los componentes básicos del molde de fundición como de algunos materiales auxiliares que eventualmente pueden formar parte del mismo.

Inicialmente se llevaron a cabo proyectos en moldes convencionales que concluyeron con la edición del Catálogo Electrónico completo de los manguitos y mazarotas de Iberia Ashland Casting Solutions. Fue el primer catálogo de estas características que se puso en el mercado y que permitía simular el comportamiento exacto de estos productos, tanto exotérmicos como aislantes. Los valores obtenidos no solo eran utilizados por ProCAST y QuickCAST (antes PamCAST), sino que fue posible extrapolarlos a otros programas del mercado sin menoscabo en la calidad de resultados.

En la actualidad el trabajo se ha ido especializando hacia otro tipo de moldes de alto valor añadido como, por ejemplo, en el área del ‘investment casting’ para piezas aeronáuticas. En este sentido, Tecnalia-Fundición colabora estrechamente con varias empresas del mencionado sector en diversos proyectos de desarrollo, tanto de sus componentes fundidos como de mejora de sus procesos, alguna de ellas reciente allende nuestras fronteras. En todos ellos la ingeniería inversa tiene un papel crucial y es el eje del resultado final. Como quiera que los proyectos están en curso, hasta no tener concluidos los resultados, cualquier información ha de permanecer en el anonimato por el momento.

Para concluir, decir que la caracterización virtual de materiales para su uso avanzado en simulación, mediante la obtención de resultados ajustados facilita la situación de partida óptima para el desarrollo de lo que hemos definido como la segunda generación de la simulación en fundición. Adicionalmente, el mejor conocimiento de alguno de estos materiales que ha traído la herramienta ha permitido extender las prestaciones de éstos a otras funciones para las que inicialmente no se habían previsto.

Bibliografía

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• (2005) Meléndez A, Anglada E et al. ‘Numerical Simulation of Exatcast core-sleeves for casting of safety critical parts’. Fonderie Fondeur D’Aujourd’hui, March 2005, N. 243, p. 13-22.
• (2006) Meléndez A, Anglada E et al. ‘Improving casting performance through customized insulating shapes and advanced simulation techniques’. ‘67th World Foundry Congress’ (5-7 June, Harrogate – Reino Unido).
• (2006) E. Anglada & A. Meléndez. ‘Successful applications in castings using ProCAST Inverse Module’. ‘EuroPAM. 16th European conference and exhibition on digital simulation for virtual engineering – Casting session’ (10-12 October, Toulouse – Francia).
• (2008) E. Anglada & A. Meléndez. ‘Quality standardization of big size castings for wind power turbines’. ‘EuroPAM 2008. 17th European conference and exhibition on simulation-based Design – Casting session’ (29-30 May, Prague – República Checa).
• (2008) Meléndez A & Anglada E. ‘Estandarización de la calidad en fundición de grandes piezas eólicas mediante la simulación avanzada del proceso de fabricación’. DYNA, Mayo 2008, Vol. 83 N. 4.