Fundição a matriz de alumínio: benefícios, aplicações e dicas de design

O alumínio é um dos metais mais populares usados na fabricação de produtos metálicos para muitas indústrias. É um material versátil com várias propriedades benéficas que o tornam adequado para muitas aplicações. No entanto, é crucial escolher o processo de fabricação certo ao projetar peças de alumínio. Entre os vários processos disponíveis, o alumínio de fundição a pressão se destaca.  

Fundição de alumínioé uma técnica de fabricação eficaz para produzir peças metálicas precisas, lisas e texturizadas. Este método envolve a injeção de metais fundidos em moldes sob alta pressão. As propriedades leves e a excepcional estabilidade dimensional do alumínio tornam-no uma liga favorecida para esta técnica.

Se você está curioso sobre os fundamentos do processo de alumínio fundido a pressão, este artigo é para você. Vamos cobrir os benefícios e aplicações do processo.

O que é o processo de fundição de alumínio?

O processo de fundição a pressão de alumínio é um método usado para criar peças metálicas aquecendo e derretendo alumínio a altas temperaturas e injetando-o em moldes pré-formados.  

Os principais princípios incluem os seguintes:

• Projeto do molde:  O molde é projetado com precisão com duas metades - a metade do ejetor (matriz do ejetor) e a metade fixa (matriz da tampa). Uma vez que essas metades foram usinadas, elas são usadas para formar a forma da peça desejada.
• Fusão e injeção:  O alumínio fundido é aquecido e injetado na cavidade do molde sob pressão extremamente alta, garantindo o enchimento e a moldagem completos.
• Refrigeração e Solidificação:  Após a injeção, o alumínio fundido é deixado resfriar e solidificar dentro do molde.
• Ejecção e acabamento:  Uma vez que o alumínio é resfriado, o molde é aberto e a parte é ejetada. Podem ser aplicados outros processos de acabamento, como corte ou tratamentos de superfície.

Máquinas de fundição a pressão, independentemente do seu tamanho, diferem principalmente no método usado para completar o processo. Existem dois métodos principais:

Câmara quente fundição

 

A fundição a pressão da câmara quente emprega o mesmo método mencionado anteriormente, onde o metal fundido é pressurizado em uma cavidade de molde pré-formada. O que distingue a fundição a pressão de câmara quente é que o metal é aquecido dentro da máquina de fundição, e não em um forno separado. Essas máquinas são muitas vezes referidas como máquinas de pescoço de ganso.  

Eles têm um forno integrado para aquecer o metal a um estado fundido. Um pistão hidráulico então impulsiona o metal fundido do forno para a matriz. Este processo é relativamente rápido, geralmente levando apenas 15 a 20 minutos para um ciclo completo.

Fundição a matriz da câmara fria

A fundição sob pressão da câmara fria pode soar como se envolvesse forçar o metal frio através de um molde, mas ainda requer a injeção de metal fundido. A principal diferença está no processo de aquecimento. Na fundição a pressão de câmara fria, os metais fundidos a pressão são inicialmente aquecidos a um estado fundido em um forno separado. O metal fundido é então introduzido na câmara da máquina de fundição. Um émbolo pressurizado dentro da máquina impulsiona o metal fundido para a cavidade do molde.

A fundição a pressão de câmara fria é necessária para certos metais de alto ponto de fusão como alumínio. Estas ligas requerem um forno separado devido às temperaturas elevadas necessárias para alcançar um estado fundido. Esta distinção leva alguns fabricantes a escolher fundição a pressão de câmara fria em vez de sua contraparte de câmara quente.

Vantagens do alumínio fundido

A natureza leve do alumínio torna-o mais adequado para fundição a pressão de alumínio, uma vez que permite a produção de componentes leves, mantendo a durabilidade. Vamos mergulhar em algumas das principais vantagens deste método de fundição.

Efetivo em termos de custo para produção em grande volume

As peças de fundição sob pressão exigem mínima ou, em alguns casos, nenhuma usinagem subsequente. Esta capacidade de eliminar a necessidade de pós-processamento representa uma vantagem notável do método de fundição a pressão. Consequentemente, as empresas podem agilizar a produção em grande escala sem alocar recursos extras para o acabamento.

Além disso, o ciclo de fundição no alumínio fundido sob pressão é notavelmente curto em comparação com métodos alternativos. Os metais fundidos solidificam em questão de segundos, tornando a produção em massa de componentes através deste processo altamente econômica.

Excelentes propriedades mecânicas

A fundição a pressão confere características mecânicas excepcionais aos seus componentes fabricados. A solidificação de alta pressão do alumínio fundido resulta em produtos finamente estruturados, compactos e cristalinos. Estas peças de fundição a pressão exibem rigidez, dureza e força notável. Além desses atributos, oferecem maior durabilidade e condutividade excepcional.

Precisão dimensional

A fundição a pressão de alumínio produz componentes robustos e dimensionalmente estáveis que podem suportar mesmo condições severas, mantendo a sua precisão. Consequentemente, é a escolha preferida para a elaboração de peças de máquinas intrincadas e internas que exigem padrões exigentes de precisão. Além disso, as fundições a pressão alcançam consistentemente tolerâncias mais apertadas do que métodos de fundição alternativos. Notavelmente, esses produtos não requerem usinagem adicional para melhorar sua estabilidade dimensional.

Peças complexas de usinagem

O alumínio fundido sob pressão se destaca na produção de componentes complexos e de paredes finas, distinguindo-o de outras técnicas de moldagem de metais. Notavelmente, as ligas de alumínio são o favorito  materiais  para a fabricação de peças de paredes finas, pois oferecem relações excepcionais resistência-peso. Na fundição a pressão, peças feitas de ligas de alumínio podem alcançar uma espessura notável de apenas 0,5 mm.

Acabamento de superfície lisa

As fundições a pressão possuem superfícies cristalinas uniformemente lisas. À medida que o metal fundido assume a forma precisa das matrizes, as fundições resultantes exibem acabamentos finos e polidos. Esta é uma vantagem notável da fundição a pressão, minimizando a necessidade de etapas posteriores de pós-processamento. De fato, os produtos podem ser enviados imediatamente para entrega imediatamente após o processo de fundição a pressão ser concluído.

Legas de alumínio fundidas comuns

Existem muitas ligas de alumínio ideais para a técnica de fundição a pressão. No entanto, uma liga deve ter certas características para torná-la um candidato adequado para fundição a pressão de alumínio. Essas características ajudam os engenheiros a criar fundição de alumínio com grande flexibilidade.  

Eles incluem o seguinte:

• Resistência à corrosão
• Excelente relação força-peso
• Boas características de acabamento
• Altas temperaturas de funcionamento
• Excelente rigidez
• Condutividade térmica e elétrica excepcional
• Proteção RFI e EMI
• Reciclabilidade total

A tabela abaixo resume as ligas de alumínio adequadas para fundição a pressão de metal e suas aplicações:

liga	Propriedades	Aplicações típicas
ADC-1	Alta fluidez, boa fundibilidade e resistência à corrosão.	Componentes elétricos, luminários e fundições decorativas.
ADC3 (A360)	Boa formabilidade e resistência à corrosão, excelente estanqueidade ao ar	Panos de óleo de automóveis, caixas do controlador de automóveis, caixas do motor, caixas de comunicação 5g, caixas da lâmpada LED.
ADC6	Boa fragilidade térmica, resistência à corrosão, coloração oxidativa, excelente resistência e dureza,	Peças de aeronaves e carcaças de mísseis
ADC10	Bom fluxo de fluido e propriedades mecânicas	Caixas eletrônicas e radiadores
ADC12	Boa resistência à corrosão, alta fluidez, excelente estanqueidade à pressão e boa fundibilidade, excelente usinabilidade, alta resistência.	Peças automotivas, incluindo blocos de motores, caixas de transmissão e dissipadores de calor.
A413	Estância de pressão superior, resistência excepcional, resistência à corrosão ideal, gravidade específica muito baixa, excelente desempenho de enchimento de molde, boa fluidez e vedação de pressão	Peças estruturais de aeronaves, peças de motores
O B390	Melhor combinação de fundição, propriedades mecânicas e térmicas, excelente fluxo, vedação à pressão e resistência à rachadura térmica	Chassis de equipamentos eletrônicos, suportes para motores, caixas de transmissão, móveis domésticos, ferramentas elétricas e manuais
AC43500	Alta resistência, excelente resistência à corrosão e boa processabilidade	Caixa do motor, quadro de partida e estrutura da fuselagem
A356	Peso leve, boa estanqueidade à pressão e excelentes propriedades mecânicas	Aviões, caixas de bombas, impulsores, peças de chassis de caminhões, sopradores e impulsores de alta velocidade

Ligas de alumínio fundidas a pressão e suas aplicações

Defeitos comuns de fundição

Os defeitos de fundição são geralmente divididos em defeitos internos e defeitos externos. Os mais comuns incluem os seguintes:  

• Porosidade do gás:  A porosidade do gás resulta da formação de bolhas dentro da fundição durante o resfriamento, aparecendo como estruturas redondas ou ovais com superfícies lisas e brilhantes. Ocorre como gás dissolvido em metal líquido forma vazios ao resfriar.  
• Porosidade do encolhimento:  Este defeito ocorre durante o resfriamento e a solidificação da fundição, potencialmente distorcendo formas ou criando buracos. Manifesta-se como bordas angulares com rachaduras ou fraturas dendríticas.  
• Inclusões:  Inclusões são buracos irregulares dentro ou na superfície da fundição. Isso é muitas vezes causado por impurezas de metal, interação de metal com a atmosfera ou superfície do molde, baixa pureza da carga do forno e grafite excessivo em agentes de liberação do molde.  
• Fendas:  As rachaduras ocorrem devido à tensão dentro e fora do material durante o resfriamento e forças externas durante a ejeção, com padrões irregulares ou lineares nas superfícies de fundição. Eles resultam de elementos de liga inadequados, exigindo o uso de elementos de liga corretos, otimizando a estrutura dos componentes e garantindo espessura uniforme da parede.
• Fechamento frio:  Aparece como linhas lineares irregulares na superfície da fundição, causadas pela fusão inadequada de duas frentes metálicas líquidas. A prevenção envolve o aumento das temperaturas do mofo e do metal fundido, a alteração do tamanho e da posição do portão e o aumento da velocidade do émbolo.
• Cracks de rede:  Estas são depressões semelhantes a cabelo ou rede na superfície de fundição. Pode ocorrer devido a uma alta temperatura de enchimento, cavidade de matriz áspera, escolha imprópria de material e tratamentos térmicos inadequados.  
• Flashes:  Elas criam formas finas e irregulares de chapa metálica na fundição e são causadas por alta velocidade de injeção, temperatura, superfícies sujas e força de fixação de matriz insuficiente.  
• Deformação:  Isso acontece quando a forma da parte final não coincide com o desenho. É causada pela remoção imprópria do portão, abertura prematura do molde, design de fundição, trapos durante a ejeção de fundição e mecanismos de ejeção inadequados.
• Marcas de fluxo:  As marcas de fluxo aparecem como faixas ou linhas não direcionais na superfície de fundição devido à baixa temperatura da matriz, excesso de lubrificante, pressão de enchimento e pequenas áreas de secção transversal.  
• Laminações:  Eles ocorrem a partir da sobreposição de duas camadas durante o processo de enchimento, causando substâncias ocultas entre camadas. Eles podem ser abordados através do design e manuseio adequados da inserção.
• Lavabos:  Estes defeitos se manifestam como depressões nas áreas de paredes espessas da fundição devido à baixa pressão de injeção, sobreaquecimento parcial da matriz, espessura desigual da parede e tempos de retenção de pressão curtos.  

Opções de acabamento de superfície para peças fundidas de alumínio

Enquanto as peças de fundição de alumínio exigem um pós-processamento muito mínimo, existem situações em que você tem que executar  acabamento de superfície  para melhorar a funcionalidade e a estética. Em tais situações, aqui estão as opções mais preferidas:

Anodização

Anodizaçãofundições a pressão de alumínio oferece uma solução econômica para melhorar sua resistência à corrosão e durabilidade. Cria uma camada protetora não condutora sobre os componentes. Apesar da condutividade natural do alumínio, a camada de óxido adquire propriedades semelhantes à cerâmica, tornando o alumínio anodizado não condutor.

No entanto, o alumínio anodizado apresenta condutividade elétrica restrita ao contato direto. Essa limitação surge da finura da camada de óxido circundante, resultando em condutividade significativamente menor. Se sua aplicação exigir condutividade elétrica através do alumínio, é aconselhável explorar opções alternativas de acabamento de superfície.

Revestimento em pó

O revestimento em pó se destaca como uma técnica de acabamento de superfície amplamente favorecida para componentes de fundição a pressão de alumínio. Este processo envolve aplicação a alta temperatura e requer um certo nível de durabilidade. No entanto, oferece excelente resistência a manchas e arranhões. Além disso, oferece uma variedade de opções em termos de texturas, cores e níveis de brilho.

Galvanização

Esta técnica envolve o deposito de um revestimento metálico fino sobre a superfície de uma fundição por meio de uma instalação eletrolítica. Este método é excelente para melhorar tanto a funcionalidade quanto o apelo visual de muitos produtos. Tem uma excelente gama de opções de personalização, e é adequado para produtos em grande escala.

Pintura

Métodos como pintura são bem adequados para componentes fundidos sob pressão devido à facilidade de aplicação e capacidade de oferecer proteção e estética melhorada. No entanto, é crucial considerar o tipo específico de acabamento de tinta necessário para seus produtos durante a fase de projeto.

Para obter resultados ideais, tome precauções e elimine contaminantes como óleos das superfícies fundidas antes de aplicar a tinta. Além disso, você pode melhorar a adesão aplicando um revestimento de conversão na superfície preparada após uma limpeza minuciosa.

Filme Químico

O filme de química é uma escolha de acabamento de superfície amplamente favorecida para materiais fundidos sob pressão de alumínio. Pode ser aplicado com diferentes métodos, como pulverização, escovação ou mergulho. A principal distinção deste processo é sua condutividade elétrica, tornando-o aplicável em muitas indústrias.

Aplicações de peças de fundição de alumínio

As ligas de alumínio oferecem vantagens mecânicas excepcionais, levando ao seu uso generalizado em várias aplicações. À medida que mais indústrias adotam a fundição a pressão de alumínio, novas aplicações continuam a emergir. Aqui estão algumas aplicações notáveis do processo de fundição a pressão de alumínio:

automóvel

A natureza leve das ligas de alumínio torna-as um componente crucial nos veículos modernos. Eles encontram uso extensivo na indústria automotiva, abrangendo várias aplicações de motores a peças da carroceria para melhorar a eficiência de combustível. Apesar de seu peso reduzido, esses componentes de alumínio mantêm durabilidade e resistência excepcionais. Além disso, as ligas de alumínio oferecem benefícios ambientais, uma vez que muitos resíduos de alumínio automotivo podem ser reciclados de forma eficiente.

Indústria eletrônica

Nas últimas duas décadas, a indústria eletrônica testemunhou um crescimento sem precedentes e uma inovação notável em produtos de consumo. Central para este progresso tem sido o papel fundamental desempenhado pelo alumínio na fabricação desses itens. As ligas de alumínio fundidas sob pressão, em particular, são integrais no desenvolvimento de vários produtos de consumo. Eles vão desde smartphones até alojamento de redes 5G e muito mais.

Indústria Aeroespacial

Semelhante ao setor automotivo, a indústria aeroespacial também exige materiais leves e resistentes ao impacto para suas ferramentas complexas e componentes estruturais de alta resistência. É aqui que os materiais de fundição de alumínio encontram ampla utilidade. Estes incluem cabeças de pistão do motor de avião, componentes do sistema de combustível, caixas de carga, caixas de tampa do distribuidor, caixas eletrônicas, elementos de iluminação, componentes de anel de dentição, etc.

Indústria médica

A indústria médica depende da fundição de alumínio para obter componentes leves e robustos, como bandejas cirúrgicas e próteses. A capacidade da fundição a pressão de alumínio de fabricar geometrias complexas e precisas é particularmente valiosa neste campo. Além disso, a resistência à corrosão do alumínio é vantajosa para equipamentos médicos frequentemente expostos a fluidos corporais e produtos químicos.

Construção

As ligas de fundição de alumínio são materiais essenciais na indústria da construção. Eles são comumente empregados em aplicações como quadros de janelas e superestruturas de telhado. Além disso, os engenheiros contam com componentes de alumínio fundido a pressão para construir grandes estruturas, incluindo edifícios comerciais e pontes.

Considerações para projetar peças de fundição de alumínio 

Existem algumas medidas que você precisa colocar no lugar durante o projeto de peças de fundição de alumínio. Isso ajudará você a obter os melhores resultados do projeto de fundição a pressão de metal. Aqui estão as considerações essenciais:

Design do molde

Uma das principais considerações iniciais é o design do molde. A eficiência é crucial, permitindo a injeção sem costura de alumínio fundido e a fácil ejeção das peças acabadas. Cada molde apresenta uma linha de separação, o ponto de divisão entre suas duas metades. Os projetistas devem garantir que esse fator seja abordado nas fases iniciais do processo de projeto da matriz.

Localização do ponto de injeção

É importante incorporar vários pontos de injeção no projeto para evitar a solidificação prematura do alumínio fundido antes que ele alcance todas as seções intricadas dentro da matriz. Esta abordagem é benéfica ao lidar com cavidades complexas. Ele permite que você cerce essas áreas em alumínio, garantindo que a peça possa ser facilmente removida após a separação do molde.

Espessura da parede

Como designer de produtos, é crucial considerar a espessura da parede do seu molde com cuidado. Este fator é fundamental para minimizar o desperdício de materiais, acelerar a produção e garantir a qualidade dos produtos finais. Projetar paredes finas pode impedir o fluxo adequado de metal fundido dentro do molde, levando a solidificação prematura antes do enchimento completo. Por outro lado, paredes excessivamente espessas resultam em desperdício de material, tempos de solidificação prolongados, aumento do peso da peça e perda da vantagem de produção de alta velocidade. Além disso, paredes excessivamente grossas comprometem a flexibilidade e a qualidade das peças fundidas de alumínio.

Manter uma espessura de parede consistente é essencial para melhorar a integridade estrutural e a qualidade geral da fundição. A espessura da parede recomendada para fundições de alumínio normalmente cai na faixa de 0,787 "a 0,1737". No entanto, esta dimensão pode variar com base em fatores como o material, estrutura, tamanho e aplicação da peça fundida a pressão.  

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Conclusão

O alumínio fundido sob pressão é uma excelente técnica de fabricação. No entanto, pode tornar-se caro ao lidar com pequenas quantidades de peças. No entanto, à medida que a quantidade de peças aumenta, a fundição sob pressão emerge como o processo mais economicamente viável. Os fabricantes muitas vezes favorecem o alumínio devido às suas propriedades únicas, e seus custos materiais mais baixos contribuem para melhorar as margens de lucro.

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