Materiales de fundición a presión de aluminio: Una guía completa 

La fundición de aluminio a presión es un proceso de fabricación muy utilizado y eficaz, capaz de producir componentes complejos, de alta resistencia y ligeros con una buena precisión dimensional. Se trata de la producción en serie de piezas duraderas y precisas y se basa en el principio de inyectando fundido aluminio en MOLDE bajo alta presión. En estas industrias en las que el rendimiento o la longevidad dependen de las propiedades del material, esta técnica se utiliza en una amplia variedad. La aleación de aluminio es un factor clave en la elección de lo que va a ser el producto final, que incluye la fuerza, resistencia a la corrosión, propiedades térmicas y maquinabilidad. Las características de las distintas aleaciones de aluminio son diferentes, algunas de las cuales son A380, el equilibrio entre resistencia y colabilidad; A383, fluidez superior para piezas complejas; y A360, alta resistencia a la corrosión. Además, los elementos de cobre, manganeso, magnesio y silicio pueden aumentar aún más las propiedades mecánicas.

Además de la selección de la aleación, los fabricantes también pueden reforzar las piezas de fundición a presión de aluminio mediante tratamientos superficiales como el anodizado, el chapado o el recubrimiento en polvo para conseguir una mayor resistencia al desgaste, protección contra la corrosión y dureza. Además, la uniformidad del grosor de las paredes, los ángulos de desmoldeo y los nervios de refuerzo permiten obtener componentes de alta calidad y sin defectos a bajo coste. Mediante la correcta selección de la aleación de aluminio adecuada, a través de técnicas de refuerzo apropiadas y teniendo en cuenta el dimensionamiento del diseño de las piezas de aluminio fundido a presión, los fabricantes de piezas de aluminio fundido a presión de alto rendimiento pueden adaptarse específicamente a los problemas industriales requeridos. En esta guía, exploramos los mejores materiales, propiedades de aleación y métodos para reforzar y considerar el diseño de componentes de fundición de aluminio a presión que mejorarán su durabilidad y eficacia.

Este artículo explica los materiales de fundición a presión de aluminio, las propiedades de las aleaciones utilizadas en los procesos de fundición a presión, los métodos de refuerzo y los tratamientos superficiales, así como las consideraciones de diseño para mejorar el rendimiento, la durabilidad y la eficiencia de funcionamiento de los componentes de fundición a presión.

¿Qué es la fundición de aluminio a presión?  

La fundición a presión de aluminio es el proceso de inyectar aluminio fundido a alta presión en un molde de acero (matriz) para producir piezas metálicas complejas y duraderas moldeadas con precisión. Sus propiedades de ligereza, solidez, resistencia a la corrosión y excelente conductividad térmica hacen que se utilice habitualmente en automoción, aeronáutica, electrónica y aplicaciones industriales. Al tratarse de un proceso, permite una producción a alta velocidad, una buena rentabilidad y una buena precisión dimensional.

Diseño de piezas de fundición a presión de aluminio 3 factores a tener en cuenta 

Para conseguir piezas de fundición a presión de aluminio de alta calidad, resistentes y económicas, es necesaria una planificación cuidadosa. Un diseño adecuado puede aumentar la eficacia de la fabricación, reducir los defectos y aumentar el rendimiento general. Las piezas de fundición a presión de aluminio tienen tres parámetros, entre los cuales los factores clave son los que se indican a continuación.

1. Espesor y uniformidad de la pared

Por qué es importante:

El llenado, enfriamiento y solidificación adecuados del molde se mantienen con un grosor de pared constante.

Los cambios de espesor pueden producirse repentinamente y provocar alabeos, contracciones y porosidad en la pieza final.

Buenas prácticas

• Regularizar el grosor de las paredes para evitar tensiones internas y maldades.
• El grosor de pared típico oscila entre 1,5 mm y 4,0 mm en función del tamaño de la pieza y la aplicación.
• Pase de un cambio brusco a una transición gradual para eliminar los puntos débiles.

Ejemplo

Al igual que ocurre con los soportes de motor para automóviles, el grosor de la pared debe ser constante para mantener la resistencia y la estabilidad térmica en todos los materiales.

2. Ángulos de calado y filetes

Por qué es importante

Los ángulos de desmoldeo sencillos facilitan la extracción de la pieza del molde, evitando que se pegue y que se produzcan defectos superficiales. Los filetes (bordes redondeados) evitan la concentración de tensiones y son más duraderos en el molde.

Buenas prácticas

• Incluya un ángulo de tiro de al menos 1° a 3° para una expulsión suave.
• Utilice filetes en las esquinas afiladas para aumentar la resistencia y la vida útil del molde.
• Evite las cavidades profundas sin el calado y el refuerzo adecuados.

Ejemplo

Varios tipos de cajas electrónicas utilizan bordes redondeados, ángulos de inclinación, etc. para facilitar la fabricación y aumentar la resistencia.

3. Costillas y refuerzos 

Por qué es importante

Al añadir costillas, el peso sigue siendo ligero pero se gana en resistencia. Este refuerzo también mantiene la forma y la resistencia bajo presión.

Buenas prácticas

• Para aumentar la rigidez, añada nervaduras en lugar de aumentar el grosor de la pared.
• Mantenga el equilibrio con un grosor de costilla del 50-60% de la pared adyacente.
• Asegúrese de que las costillas estén colocadas a una distancia uniforme unas de otras para reducir el riesgo de que se acumulen tensiones en la estructura de las costillas.

Ejemplo

Las nervaduras se utilizan para mantener la resistencia ligera de las cajas de transmisión de los automóviles al tiempo que se reduce la cantidad de material necesario.

Los principales atributos de las aleaciones de fundición a presión de aluminio

Las propiedades materiales de las aleaciones de fundición a presión de aluminio consisten en una alta resistencia junto con un bajo peso y una excelente protección contra la corrosión. Cada aleación de aluminio mantiene propiedades materiales distintas que determinan su uso práctico.

La tabla 1 muestra la fundición a presión de aluminio, que incluye los atributos esenciales del material.

Los productos creados mediante fundición de aluminio a presión demuestran una mayor resistencia que los fabricados mediante fundición en arena, ya que su método de producción da lugar a un enfriamiento rápido y a una disposición refinada de los granos.

Aleaciones de aluminio más utilizadas indie-casting

En las operaciones de fundición a presión se utilizan habitualmente varias aleaciones de aluminio, cada una de las cuales aporta ciertas propiedades únicas que, en última instancia, definen el rendimiento y la durabilidad del producto. Las aleaciones de fundición de aluminio más utilizadas son:

1. Aleación de aluminio A380 

Propiedades: A380 es una de las aleaciones de aluminio para fundición a presión más utilizadas por su excelente "solidez, resistencia a la corrosión y conductividad térmica". Además, tiene buena fluidez, lo que permite moldearlo en formas complejas.

Aplicaciones: Las piezas de automoción, las carcasas electrónicas, las cajas de cambios y los soportes de motor utilizan mucho esta aleación.

2. Aleación de aluminio A383 

Propiedades A383: Similar al A380, pero con mayor resistencia al agrietamiento en caliente y mejores propiedades de embutición. Esto ofrece ventajas cuando los componentes finales son intrincados y requieren una gran precisión.

Aplicaciones: Se utiliza en piezas de paredes finas y complejas; en carcasas electrónicas detalladas y componentes de electrodomésticos.

3. Aleación de aluminio A360

Propiedades: El A380 tiene mejor ductilidad y mayor resistencia a la corrosión y estanqueidad a la presión que esta aleación. Sin embargo, es más difícil de fundir.

Aplicaciones: Adecuado para aplicaciones de alto rendimiento, como componentes aeroespaciales y equipos marinos.

4. Aleación de aluminio ADC12 

Propiedades: Ampliamente utilizado en Japón y otros mercados asiáticos con buenas características de fundición, buena estabilidad térmica y alta resistencia. También ofrece una buena maquinabilidad.

Aplicaciones: Se utiliza en componentes de motores de automóviles, piezas de bicicletas y herramientas eléctricas.

5. Aleación de aluminio AlSi10Mg 

Propiedades: Alta resistencia y buena combinación de propiedades mecánicas, buenas propiedades térmicas y de desgaste. En aplicaciones de impresión 3D y fundición a presión, este se utiliza a menudo.

Aplicaciones: Común en piezas aeroespaciales, de automoción e industriales de alto rendimiento.

Propiedades de las aleaciones que influyen en el resultado 

La selección de la aleación de aluminio es un factor importante que afecta a la calidad, el rendimiento y la eficacia del producto final de fundición a presión. Cada una de las aleaciones presenta unas características físicas, mecánicas y químicas únicas que afectarán directamente a la precisión de la fundición, la durabilidad y el rendimiento del proceso. El conocimiento de estas propiedades permite a los fabricantes elegir el material más adecuado a sus necesidades.

Aumentar la resistencia de las piezas de fundición inyectada de aluminio 

El nivel natural de fuerza de fundición de aluminio a presión de las piezas. Sin embargo, su resistencia y propiedades mecánicas pueden mejorarse aún más mediante elementos de aleación y tratamientos superficiales. Se elige el método adecuado para mejorar la dureza, la resistencia a la corrosión y el rendimiento en general.

1. Elementos de aleación para mejorar la resistencia

Para mejorar la solidez, la resistencia a la corrosión y la maquinabilidad, se añaden algunos elementos de aleación específicos en el procedimiento de fundición a presión. En la tabla siguiente se muestran los elementos más utilizados y su efecto.

Tabla 1: Elementos de aleación para aumentar la resistencia 

2. Tratamientos superficiales para aumentar la resistencia

También aumentan la dureza, el desgaste y la resistencia a la corrosión. A continuación describo los tratamientos más eficaces:

Cuadro 2 Ventajas y tratamientos de superficie

A continuación se enumeran las propiedades clave de la aleación en la fundición a presión de aluminio que afectan a los resultados de producción.

1. Resistencia y dureza

Impacto: Además de una mayor resistencia y dureza, aumenta la capacidad del producto para resistir la deformación, el desgaste y los impactos.

Ejemplo: La aleación A380 es bien conocida por su gran resistencia, y debería tenerse en cuenta para piezas estructurales y de automoción.

Considerado:  Las aleaciones más duras son difíciles de mecanizar y acabar.

2. Fluidez y moldeabilidad

Resultado: Las aleaciones con buena fluidez son fáciles de contraer en diseños de moldes complejos, lo que minimiza defectos como la porosidad y la contracción.

Por ejemplo:  La aleación A383 tiene mejor fluidez que la A380 y es adecuada para componentes de paredes finas.

Considerando: Merece la pena considerar los rellenos completos y los defectos superficiales debidos a una fluidez deficiente.

3. Resistencia a la corrosión

Impacto: La vida útil del producto se prolonga con el uso de aleaciones resistentes a la corrosión en aplicaciones exteriores y marinas.

Por ejemplo: Las aleaciones A360 y AlSi10Mg presentan una muy buena resistencia a la corrosión, por lo que son buenas candidatas para su uso en el sector naval y aeroespacial.

Consideraciones: Puede ser necesario añadir revestimientos o tratamientos adicionales a las aleaciones menos resistentes a la corrosión.

4. Conductividad térmica y eléctrica

Disipación del calor: Las mejoras en la disipación del calor se traducen en una alta conductividad, un activo necesario tanto para los componentes electrónicos como para los del motor.

Por ejemplo: La aleación AlSi10Mg tiene excelentes propiedades térmicas y puede utilizarse para disipadores de calor y en piezas de motores.

Conductividad térmica: La alta conductividad térmica puede compensarse con una menor resistencia y requerir refuerzo.

5. Ductilidad y tenacidad

Características: Los componentes fabricados con un material más dúctil podrían soportar la flexión y la deformación sin agrietarse.

Ejemplo: La aleación A380 no es tan dúctil como la A360, por lo que también puede utilizarse en aplicaciones resistentes al impacto.

Dureza y resistencia al desgaste: Son más bajos cuanto más dúctiles se consideran las aleaciones.

6. Mecanizado y acabado

Impacto: Las aleaciones más fáciles de mecanizar aumentarán la productividad, reducirán los costes de producción y mejorarán la calidad de acabado con respecto a la obtenida con el rectificado.

Ejemplo: La aleación ADC12 es uno de los materiales más utilizados para componentes de precisión debido a su buena maquinabilidad.

Consideraciones de procesamiento: Para algunas aleaciones, puede ser necesario pulir la superficie, tal cual, o, por ejemplo, revestirla, para que quede lisa.

7. Resistencia a la contracción y a la porosidad

Aleaciones:  Cuanto menor sea la contracción que produzca la aleación, más precisas serán las dimensiones de la pieza y menos defectos.

El A380 tiene una contracción menor: que la aleación A383 y aunque la A380 tiene una contracción mayor que la del hierro, es mejor para aplicaciones con tolerancias estrechas que el hierro, que tiene la contracción más baja de las tres aleaciones.

Ventajas: La generación de alta porosidad puede reducir la densidad media efectiva y puede aumentar la resistencia a la compresión debido al efecto de refuerzo resultante.

Factores a tener en cuenta al elegir un material de fundición a presión de aluminio 

A la hora de seleccionar la aleación de aluminio adecuada para la fundición a presión con el fin de obtener el máximo rendimiento con el mínimo coste, hay que tener en cuenta varios aspectos:

• Resistencia y durabilidad: En función de la aplicación, estas aleaciones ofrecen una mayor resistencia a la tracción y al impacto.
• Resistencia a la corrosión: Las aleaciones con buena resistencia a la corrosión son buenas para uso exterior o marino.
• Conductividad térmica y eléctrica: Otros pueden ser la elección adecuada en entornos de alta temperatura, como disipadores de calor o armarios eléctricos.
• Facilidad de mecanizado: (maquinabilidad) se refiere al proceso posterior a la fundición, incluidos el taladrado, el fresado y el acabado.
• Coste y disponibilidad: Algunas aleaciones pueden ser más caras y estar menos disponibles que otras, lo que afecta a los costes totales de producción.

Aplicaciones de los materiales de fundición a presión de aluminio

La razón por la que los materiales de fundición a presión de aluminio se utilizan ampliamente en muchas industrias es que, además de ser ligeros y tener propiedades de alta resistencia y resistencia a la corrosión, también tienen una excelente conductividad térmica y eléctrica. Debido a estas cualidades, el aluminio es un material excelente para la producción de piezas complejas de alto rendimiento con la durabilidad y precisión necesarias. A continuación se enumeran algunas de las principales industrias que utilizan materiales de fundición a presión de aluminio:

Industria del automóvil

En la industria del automóvil, la fundición de aluminio a presión es una de las piezas más importantes, ya que la reducción del peso del vehículo es crucial para aumentar la eficiencia del combustible, reducir las emisiones y mejorar el rendimiento. El aluminio es un material que los fabricantes prefieren utilizar porque permite fabricar piezas resistentes pero ligeras. Algunas aplicaciones comunes son:

• Componentes del motor (culatas, bloques de motor, pistones y cárteres de aceite).
• Transmisiones y cajas de cambios que transmiten la potencia con suavidad.
• Componentes estructurales como piezas del chasis, componentes de la suspensión y soportes.
• Para que las carcasas de las baterías de los vehículos eléctricos tengan una eficiencia óptima, es necesario que tengan una alta conductividad térmica y sean ligeras.

Equipamiento industrial

Es importante saber que los materiales de fundición a presión de aluminio se utilizan para aplicaciones industriales pesadas en las que la resistencia y la durabilidad son de suma importancia. Estos materiales tienen una gran resistencia al desgaste y pueden soportar duras condiciones de funcionamiento:

• Se utiliza en piezas de maquinaria de fabricación y automatización.
• Transferencia fluida de fluidos y funcionamiento eficaz de las carcasas de la bomba y el compresor.
• Herramientas y equipos de trabajo pesado que necesitan un rendimiento duradero con poco mantenimiento.
• Componentes de sistemas hidráulicos y neumáticos para un funcionamiento potente y fiable en entornos industriales.

Industria electrónica y eléctrica

Los materiales de fundición a presión de aluminio tienen una excelente disipación del calor, conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión que los convierten en un material muy útil para la industria electrónica. Entre las aplicaciones más comunes se incluyen:

• Disipadores de calor que disipan eficazmente el calor en ordenadores, luces LED y convertidores de potencia.
•  Proteja componentes sensibles, como carcasas y cajas electrónicas.
• Los conectores y soportes se utilizan en electrónica de consumo, fuentes de alimentación y dispositivos de comunicación.
• Resistencia sin añadir más peso a las carcasas de smartphones y portátiles.

Aeroespacial y defensa

En las industrias aeroespacial y de defensa, los materiales ligeros pero resistentes desempeñan un papel fundamental a la hora de aumentar la eficiencia del combustible e incrementar la capacidad de carga y el rendimiento general. La fundición a presión de aluminio ofrece alta precisión e integridad estructural para lo siguiente.

• Se utilizan para componentes de motores y turbinas de aviones que deben soportar el calor y la corrosión.
• Reducción del peso total de las piezas estructurales del fuselaje sin sacrificar la durabilidad.
• Carcasas del sistema de navegación y control, que garantizan la fiabilidad en condiciones extremas.
• Para uso en equipos de grado militar, ya que requiere la resistencia y precisión necesarias para el rendimiento y la seguridad requeridos.

Bienes de consumo y electrodomésticos

La industria de electrodomésticos y bienes de consumo también utiliza ampliamente la fundición a presión de aluminio debido a la naturaleza ligera del aluminio, su atractivo estético y su resistencia a la corrosión. Algunos usos comunes son:

• La resistencia térmica es alta, se utiliza para piezas de frigoríficos y hornos.
• Componentes duraderos y anticorrosivos de la lavadora.
• Marcos de muebles resistentes y elegantes y herrajes decorativos.
• Como taladros y sierras, en los que la construcción ligera puede utilizarse para mejorar la usabilidad.

¿Por qué fundición de aluminio a presión?

• Su popularidad en varias industrias de fundición a presión de aluminio se debe a:
• Ligero y resistente - Necesario para disminuir el consumo de combustible y avanzar en alcance.
• Resistencia a la corrosión - Garantiza la durabilidad en entornos difíciles.
• Conductividad térmica y eléctrica - Ideal para aplicaciones electrónicas y energéticas.
• Rentabilidad en la producción en serie - Reduce los residuos de material y los costes de postprocesado.
• Formas complejas - Se puede lograr un alto grado de complejidad en el diseño.

La fundición a presión de aluminio seguirá siendo una tecnología clave para dicha innovación, ya que las industrias siguen demandando materiales más ligeros, resistentes y eficientes. Hay dos razones principales para el aumento de la fundición a presión de aluminio: es posible evolucionar en el desarrollo de aleaciones, la automatización y la sostenibilidad, y crecerá.

Conclusión 

En la actualidad, la fundición a presión de aluminio sigue siendo una parte fundamental de la fabricación debido a las soluciones ligeras, resistentes y rentables que ofrece a diversas industrias. La elección de aleaciones de aluminio, como A380, A383, A360, ADC12, así como AlSi10Mg, es especialmente significativa por su fuerza, resistencia a la corrosión y rendimiento térmico. Cada aleación es única, con algunas ventajas que se utilizarán en aplicaciones de automoción, aeroespaciales, industriales y de consumo. La selección de la aleación no es completamente suficiente para mejorar las propiedades mecánicas de las piezas de fundición a presión de aluminio, en su lugar se pueden utilizar elementos de aleación, y el tratamiento de la superficie para mejorar las propiedades mecánicas. Las técnicas de cincado, anodizado y recubrimiento en polvo aumentan la resistencia al desgaste y la vida útil. Además, las piezas bien diseñadas deben tener un grosor de pared uniforme, ángulos de tiro rectos y nervios de refuerzo, para reducir los defectos y facilitar una fabricación eficaz. La combinación adecuada de material, tratamiento y enfoque de diseño para utilizar las piezas de fundición a presión de aluminio garantiza que los fabricantes produzcan piezas de alta calidad que cumplan los requisitos de alto rendimiento. La fundición a presión de aluminio seguirá siendo una forma fiable y versátil de proceso de fabricación para componentes de motores de automoción, estructuras aeroespaciales o electrónica de precisión, entre otras aplicaciones.

Preguntas más frecuentes (FAQ)

1. ¿Cuál es la aleación de aluminio más adecuada para la fundición a presión?

El aluminio A380 es una de las aleaciones de aluminio más empleadas en la fundición a presión, debido a su buen equilibrio entre resistencia, resistencia a la corrosión y moldeabilidad. Se utiliza mucho en aplicaciones industriales y de automoción.

2. ¿Cuáles son las formas de aumentar la resistencia de las piezas de fundición a presión de aluminio?

La resistencia de las piezas de fundición a presión de aluminio puede mejorarse mediante elementos de aleación como el cobre, el magnesio y el silicio o mediante tratamientos superficiales como el anodizado, el chapado o el recubrimiento en polvo.

3. ¿Cuáles son las principales razones para fundir piezas de componentes de matrices en aluminio?

Componente ligero y resistente, excelente conductividad térmica y eléctrica, resistencia a la corrosión, capacidad de producir formas complejas con muy alta precisión se pueden producir con fundición a presión de aluminio.

4. ¿Qué industrias utilizan normalmente materiales de fundición a presión de aluminio?

En función de los requisitos de moldeo específicos, la fundición a presión de aluminio se utiliza en la fabricación de todo tipo de piezas de motor, cajas de transmisión, componentes estructurales, disipadores térmicos, carcasas, bombas, compresores, maquinaria de automoción, aeroespacial, electrónica e industrial.

5. ¿Qué método de fundición es mejor que la fundición a presión de aluminio en comparación con otros métodos de fundición?

Gracias al llenado del molde a alta presión y al rápido proceso de enfriamiento, la fundición a presión de aluminio ofrece una mayor precisión y una producción más rápida que la fundición en arena y a la cera perdida, con piezas más resistentes.