Materiais de fundição sob pressão de alumínio: Um guia abrangente 

A função da fundição de alumínio é um processo de fabricação altamente eficiente e amplamente utilizado, capaz de produzir componentes complexos, de alta resistência e leves, com boa precisão dimensional. É a produção em massa de peças duráveis e precisas e se baseia no princípio de injeção de líquido fundido alumínio no MOULD sob alta pressão. Nesses setores em que o desempenho ou a longevidade dependem das propriedades do material, essa técnica é usada em uma ampla variedade. A liga de alumínio é um fator fundamental na escolha do produto final, o que inclui força, resistência à corrosão, propriedades térmicas e usinabilidade. As características das diferentes ligas de alumínio são diferentes, algumas das quais incluem A380, o equilíbrio entre resistência e capacidade de fundição; A383, fluidez superior para peças complexas; e A360, alta resistência à corrosão. Além disso, os elementos cobre, manganês, magnésio e silício também podem aumentar ainda mais as propriedades mecânicas.

Além da seleção da liga, os fabricantes também podem reforçar as peças fundidas de alumínio por meio de tratamento de superfície, como anodização, galvanização ou revestimento em pó, para obter maior resistência ao desgaste, proteção contra corrosão e dureza. Além disso, a espessura uniforme da parede, os ângulos de inclinação e as nervuras de reforço reduzem os componentes de alta qualidade e sem defeitos a baixo custo. Por meio da seleção correta da liga de alumínio certa, de técnicas de reforço adequadas e da consideração do dimensionamento do projeto da peça fundida em alumínio, os fabricantes de peças fundidas em alumínio de alto desempenho podem ser adaptados especificamente às questões industriais necessárias. Neste guia, exploramos os melhores materiais, as propriedades das ligas e os métodos para reforçar e considerar o projeto de componentes fundidos sob pressão de alumínio que melhorarão sua durabilidade e eficiência.

Este artigo explica os materiais de fundição de alumínio sob pressão, as propriedades das ligas usadas nos processos de fundição sob pressão, os métodos de reforço e os tratamentos de superfície, bem como as considerações de projeto para melhorar o desempenho, a durabilidade e a eficiência operacional dos componentes fundidos sob pressão.

O que é fundição sob pressão de alumínio?  

A fundição de alumínio é o processo de injeção de alumínio fundido em alta pressão em um molde de aço (matriz) para produzir peças metálicas complexas e duráveis moldadas com precisão. As propriedades de leveza, força, resistência à corrosão e excelente condutividade térmica fazem com que ele seja comumente usado em aplicações automotivas, aeroespaciais, eletrônicas e industriais. A produção em alta velocidade, a boa relação custo-benefício e a boa precisão dimensional são possíveis por se tratar de um processo.

Projeto de peças de fundição sob pressão de alumínio 3 fatores a serem considerados 

Para obter peças de alumínio fundido de alta qualidade, resistentes e econômicas, é necessário um planejamento cuidadoso. Um projeto adequado pode aumentar a eficiência da fabricação, reduzir os defeitos e aumentar o desempenho geral. As peças de alumínio fundido têm três parâmetros, entre os quais os principais fatores são apresentados a seguir.

1. Espessura e uniformidade da parede

Por que é importante:

O preenchimento, o resfriamento e a solidificação adequados do molde são mantidos com espessura de parede consistente.

As alterações de espessura podem ocorrer repentinamente e produzir empenamento, encolhimento e porosidade na peça final.

Práticas recomendadas

• Regularize a espessura da parede para evitar tensões internas e defeitos.
• A faixa típica de espessura de parede de 1,5 mm a 4,0 mm refere-se ao tamanho da peça e à aplicação.
• Mude de uma mudança repentina para uma transição gradual para eliminar os pontos fracos.

Exemplo

Assim como nos suportes de motores automotivos, a espessura da parede deve ser constante para manter a resistência e a estabilidade térmica em todos os materiais.

2. Ângulos e filetes de esboço

Por que é importante

Os ângulos de inclinação simples auxiliam na remoção da peça do molde, evitando a aderência e defeitos na superfície. Os filetes (bordas arredondadas) evitam a concentração de tensão e são mais duráveis no molde.

Práticas recomendadas

• Inclua um ângulo de inclinação de pelo menos 1° a 3° para uma ejeção suave.
• Use filetes nos cantos afiados para aumentar a resistência e a vida útil do molde.
• Evite cavidades profundas sem a devida tração e reforço.

Exemplo

Vários tipos de gabinetes eletrônicos usam bordas arredondadas, ângulos de inclinação, etc., para facilitar a fabricação e a resistência.

3. Costelas e reforços 

Por que é importante

Ao adicionar nervuras, o peso permanece leve, mas a resistência é aumentada. Esse reforço também mantém a forma e a resistência sob pressão.

Práticas recomendadas

• Para aumentar a rigidez, adicione nervuras em vez de aumentar a espessura da parede.
• Mantenha o equilíbrio com uma espessura de nervura de 50 a 60% da parede adjacente.
• Certifique-se de que as nervuras estejam posicionadas a uma distância uniforme umas das outras para reduzir o risco de formação de tensão na estrutura da nervura.

Exemplo

As nervuras são usadas para manter a resistência leve das caixas de transmissão automotivas e, ao mesmo tempo, reduzir a quantidade de material necessário.

Os principais atributos das ligas de alumínio para fundição sob pressão

As propriedades do material das ligas de alumínio para fundição sob pressão consistem em alta resistência, baixo peso e excelente proteção contra corrosão. Cada liga de alumínio mantém propriedades materiais distintas que determinam seu uso prático.

A Tabela 1 mostra a fundição sob pressão de alumínio, que inclui os atributos essenciais do material.

Os produtos criados por meio de fundição de alumínio sob pressão demonstram maior resistência do que aqueles feitos por fundição em areia, pois seu método de produção resulta em resfriamento rápido e disposição refinada dos grãos.

Ligas de alumínio comuns usadas na fundição independente

Várias ligas de alumínio são comumente usadas em operações de fundição sob pressão, cada uma fornecendo certas propriedades exclusivas que, em última análise, definem o desempenho e a durabilidade do produto. As ligas de fundição de alumínio mais amplamente utilizadas são:

1. Liga de alumínio A380 

Propriedades: O A380 é uma das ligas de alumínio para fundição sob pressão mais usadas devido à sua excelente "força, resistência à corrosão e condutividade térmica". Além disso, tem boa fluidez, o que permite que seja fundido em formas complexas.

Aplicativos: Essa liga é amplamente utilizada em peças automotivas, carcaças eletrônicas, caixas de câmbio e suportes de motor.

2. Liga de alumínio A383 

Propriedades do A383: Semelhante ao A380, mas com melhor resistência a trincas a quente e propriedades aprimoradas de preenchimento de matriz. Isso oferece benefícios quando os componentes finais são complexos e exigem grande precisão.

Aplicativos: Ele é usado em peças complexas e de paredes finas; em invólucros eletrônicos detalhados e componentes de eletrodomésticos.

3. Liga de alumínio A360

Propriedades: O A380 tem melhor ductilidade e maior resistência à corrosão e estanqueidade à pressão do que essa liga. No entanto, é mais difícil de fundir.

Aplicativos: Adequado para aplicações de alto desempenho, como componentes aeroespaciais e equipamentos marítimos.

4. Liga de alumínio ADC12 

Propriedades: Amplamente utilizado no Japão e em outros mercados asiáticos, com boas características de fundição, boa estabilidade térmica e alta resistência. Ele também oferece boa usinabilidade.

Aplicativos: Usado em componentes de motores automotivos, peças de bicicletas e ferramentas elétricas.

5. Liga de alumínio AlSi10Mg 

Propriedades: Alta resistência e boa combinação de propriedades mecânicas, boas propriedades térmicas e de desgaste. Em aplicações de impressão 3D e fundição sob pressão, esse material é usado com frequência.

Aplicativos: Comum em peças aeroespaciais, automotivas e industriais de alto desempenho.

Propriedades das ligas que afetam o resultado de saída 

A seleção da liga de alumínio é um fator importante que afeta a qualidade, o desempenho e a eficiência do produto final fundido sob pressão. Cada uma das ligas apresenta características físicas, mecânicas e químicas exclusivas que afetam diretamente a precisão da fundição, a durabilidade e o resultado do processo. O conhecimento dessas propriedades permite que os fabricantes escolham o melhor material adequado às suas necessidades.

Aumentar a resistência das peças de fundição sob pressão de alumínio 

O nível natural de força de fundição sob pressão de alumínio existem. No entanto, sua resistência e propriedades mecânicas ainda podem ser aprimoradas por meio de elementos de liga e tratamentos de superfície. O método correto é escolhido para melhorar a dureza, a resistência à corrosão e o desempenho em geral.

1. Elementos de liga para aumentar a resistência

Para aumentar a força, a resistência à corrosão e a usinabilidade, alguns elementos de liga específicos são adicionados ao procedimento de fundição sob pressão. Os elementos comumente usados e seus efeitos são mostrados na tabela abaixo.

Tabela 1: Elementos de liga para aumentar a resistência 

2. Tratamentos de superfície para aumentar a resistência

Eles também aumentam a dureza, o desgaste e a resistência à corrosão. A seguir, descrevo os tratamentos mais eficazes:

Tabela 2 Benefícios e tratamentos de superfície

Abaixo estão listadas as principais propriedades da liga na fundição sob pressão de alumínio que afetam os resultados de saída.

1. Resistência e dureza

Impacto: Além de maior resistência e dureza, ele aumenta a capacidade do produto de resistir à deformação, ao desgaste e ao impacto.

Exemplo: A liga A380 é bem conhecida por sua altíssima resistência e deve ser considerada para peças automotivas e estruturais.

Atencioso:  As ligas mais duras são difíceis de usinar e dar acabamento.

2. Fluidez e capacidade de moldagem

Resultado: As ligas com boa fluidez são fáceis de encolher em projetos de moldes complexos, minimizando assim defeitos como porosidade e encolhimento.

Por exemplo:  A liga A383 tem melhor fluidez do que a A380 e é adequada para componentes de paredes finas.

Considerando: Vale a pena considerar preenchimentos completos e defeitos de superfície devido à baixa fluidez.

3. Resistência à corrosão

Impacto: A vida útil do produto é ampliada com o uso de ligas resistentes à corrosão em aplicações externas e marítimas.

Por exemplo: As ligas A360 e AlSi10Mg demonstram excelente resistência à corrosão e, portanto, são boas candidatas para uso em espaços marítimos e aeroespaciais.

Considerações: Pode ser necessário adicionar revestimentos ou tratamentos adicionais às ligas que são menos resistentes à corrosão.

4. Condutividade térmica e elétrica

Dissipação de calor: As melhorias na dissipação de calor são traduzidas em alta condutividade, um recurso necessário tanto para componentes eletrônicos quanto para componentes de motores.

Por exemplo: A liga AlSi10Mg tem excelentes propriedades térmicas e pode ser usada para dissipadores de calor e em peças de motores.

Condutividade térmica: A alta condutividade térmica pode ser compensada por uma menor resistência e exigir reforço.

5. Ductilidade e tenacidade

Características: Os componentes feitos de um material mais dúctil seriam capazes de sustentar a flexão e a deformação sem rachaduras.

Exemplo: A liga A380 não é tão dúctil quanto a liga A360 e, portanto, é adequada para ser usada também em aplicações resistentes a impactos.

Dureza e resistência ao desgaste: Eles se tornam mais baixos quanto mais dúcteis são consideradas as ligas.

6. Usinabilidade e acabamento

Impacto: As ligas que são mais fáceis de usinar aumentam a produtividade, reduzem os custos de produção e melhoram a qualidade do acabamento em relação ao que pode ser obtido com a retificação.

Exemplo: A liga ADC12 é um dos materiais mais usados para componentes de precisão devido à sua boa usinabilidade.

Considerações sobre o processamento: Para algumas ligas, a superfície pode precisar ser polida, como está, ou, por exemplo, revestida, para ficar lisa.

7. Resistência ao encolhimento e à porosidade

Ligas:  Quanto menor for a contração produzida pela liga, mais precisas serão as dimensões da peça e menores serão os defeitos.

O A380 tem um encolhimento menor: do que a liga A383 e, embora a A380 tenha uma retração maior do que a do ferro, ela é melhor para aplicações de tolerância apertada do que o ferro, que tem a menor retração de todas as três ligas.

Vantagens: A geração de alta porosidade pode reduzir a densidade média efetiva e pode aumentar a resistência à compressão devido ao efeito de reforço resultante.

Fatores a serem considerados na escolha de um material de fundição sob pressão de alumínio 

Entre os vários aspectos a serem considerados na seleção da liga de alumínio apropriada para a fundição sob pressão para obter o melhor desempenho a um custo mínimo estão

• Resistência e durabilidade: Com base na aplicação, essas ligas oferecem maior resistência à tração e ao impacto.
• Resistência à corrosão: As ligas com boa resistência à corrosão são boas para uso externo ou marítimo.
• Condutividade térmica e elétrica: Outros podem ser a escolha adequada em ambientes de alta temperatura, como dissipadores de calor ou gabinetes elétricos.
• Facilidade de usinagem: (usinabilidade) refere-se ao processo pós-fundição, incluindo perfuração, fresagem e acabamento.
• Custo e disponibilidade: Algumas ligas podem ser mais caras e menos disponíveis do que outras, o que afeta os custos totais de produção.

Aplicações dos materiais de fundição sob pressão de alumínio

A razão pela qual os materiais de fundição sob pressão de alumínio são amplamente utilizados em muitos setores é que, além de serem leves e terem alta resistência e propriedades resistentes à corrosão, eles também têm excelente condutividade térmica e elétrica. Devido a essas qualidades, o alumínio é um excelente material para a produção de peças complexas de alto desempenho com a durabilidade e a precisão necessárias. Alguns dos principais setores que usam materiais de fundição sob pressão de alumínio estão listados abaixo:

Setor automotivo

No setor automotivo, a fundição sob pressão de alumínio é uma das peças mais importantes, em que a redução do peso do veículo é crucial para aumentar a eficiência do combustível, diminuir as emissões e melhorar o desempenho. O alumínio é um material que os fabricantes preferem usar, pois pode produzir peças resistentes e leves. Algumas aplicações comuns incluem:

• Componentes do motor (cabeçotes, blocos de motor, pistões e cárteres de óleo).
• Transmissões e carcaças de engrenagens que transmitem energia de forma suave.
• Componentes estruturais, como peças de chassi, componentes de suspensão e suportes.
• A alta condutividade térmica e as propriedades de leveza são necessárias para a eficiência ideal das carcaças de baterias de veículos elétricos (EV).

Equipamentos industriais

É importante saber que os materiais de fundição de alumínio são usados em aplicações industriais pesadas, nas quais a resistência e a durabilidade são de extrema importância. Esses materiais têm grande resistência ao desgaste e podem suportar condições operacionais adversas:

• Usado em peças de máquinas de fabricação e automação.
• Transferência suave de fluido e operação eficiente das carcaças da bomba e do compressor.
• Ferramentas e equipamentos de trabalho pesado que precisam de desempenho duradouro com pouca manutenção.
• Componentes de sistemas hidráulicos e pneumáticos para uma operação potente e confiável em ambientes industriais.

Indústria eletrônica e elétrica

Os materiais de fundição sob pressão de alumínio têm excelente dissipação de calor, condutividade elétrica e resistência à corrosão, o que os torna um material muito útil para o setor de eletrônicos. As aplicações comuns incluem:

• Dissipadores de calor que dissipam efetivamente o calor em computadores, luzes LED e conversores de energia.
•  Proteja componentes sensíveis, como caixas e invólucros eletrônicos.
• Conectores e suportes são usados em produtos eletrônicos de consumo, unidades de fornecimento de energia e dispositivos de comunicação.
• Força sem adicionar mais peso às carcaças de smartphones e laptops.

Aeroespacial e Defesa

Nos setores aeroespacial e de defesa, o material leve, porém resistente, desempenha um papel fundamental no aumento da eficiência do combustível e na melhoria da capacidade de carga e do desempenho geral. A fundição sob pressão de alumínio oferece alta precisão e integridade estrutural para o seguinte.

• Eles são usados em componentes de motores e turbinas de aeronaves que precisam resistir ao calor e à corrosão.
• Reduzir o peso total das peças estruturais da fuselagem sem sacrificar a durabilidade.
• Carcaças do sistema de navegação e controle, garantindo confiabilidade em condições extremas.
• Para uso em equipamentos de nível militar, pois exige a força e a precisão necessárias para o desempenho e a segurança necessários.

Bens de consumo e eletrodomésticos

O setor de eletrodomésticos e bens de consumo também usa amplamente a fundição de alumínio devido à natureza leve do alumínio, seu apelo estético e sua resistência à corrosão. Alguns usos comuns incluem:

• A resistência térmica é alta, usada para peças de refrigeradores e fornos.
• Componentes duráveis e anticorrosivos da máquina de lavar.
• Molduras de móveis e ferragens decorativas fortes e elegantes.
• Por exemplo, furadeiras e serras, em que a construção leve pode ser usada para melhorar a usabilidade.

Por que fundição sob pressão de alumínio?

• Sua popularidade em vários setores para fundição sob pressão de alumínio se deve a:
• Leve e resistente - Necessário para reduzir o consumo de combustível e aumentar o alcance.
• Resistência à corrosão - Garante a durabilidade em ambientes adversos.
• Condutividade térmica e elétrica - Ideal para aplicações eletrônicas e de energia.
• Custo-benefício na produção em massa - Reduz o desperdício de material e os custos de pós-processamento.
• Formas complexas podem ser formadas - Um alto grau de complexidade de design pode ser alcançado.

A fundição sob pressão de alumínio continuará a ser uma tecnologia fundamental para essa inovação, já que os setores continuam a exigir materiais mais leves, mais fortes e mais eficientes. Há dois motivos principais para o aumento da fundição sob pressão de alumínio: é possível desenvolver ligas, automação e sustentabilidade, e ela crescerá.

Conclusão 

Atualmente, a fundição sob pressão de alumínio ainda é uma parte fundamental da fabricação devido às soluções leves, resistentes e econômicas que oferece a vários setores. A escolha de ligas de alumínio, como A380, A383, A360, ADC12 e AlSi10Mg, é particularmente importante por sua força, resistência à corrosão e desempenho térmico. Cada liga é única, com algumas vantagens que serão usadas em aplicações automotivas, aeroespaciais, industriais e de consumo. A seleção da liga não é totalmente suficiente para aprimorar as propriedades mecânicas das peças fundidas de alumínio; em vez disso, os elementos de liga e o tratamento de superfície podem ser utilizados para melhorar as propriedades mecânicas. As técnicas de zincagem, anodização e revestimento em pó aumentam a resistência ao desgaste e a vida útil. Além disso, as peças cuidadosamente projetadas devem ter espessura de parede uniforme, ângulos de inclinação corretos e nervuras de reforço, para reduzir os defeitos e facilitar a fabricação eficiente. A combinação certa de material, tratamento e abordagem de projeto para usar as peças de fundição de alumínio garante que os fabricantes produzam peças de alta qualidade que atendam aos requisitos de alto desempenho. A fundição de alumínio continuará sendo uma forma confiável e versátil de processo de fabricação para componentes de motores automotivos, estruturas aeroespaciais ou eletrônicos de precisão e as aplicações acima.

Perguntas frequentes (FAQs)

1. Qual é a liga de alumínio mais adequada para fundição sob pressão?

O alumínio A380 é uma das ligas de alumínio mais comumente empregadas na fundição sob pressão, devido ao seu bom equilíbrio entre força, resistência à corrosão e capacidade de fundição. Ela é muito usada em aplicações automotivas e industriais.

2. Quais são as maneiras de aumentar a resistência das peças de alumínio fundido sob pressão?

A resistência das peças fundidas em alumínio pode ser melhorada por meio de elementos de liga, como cobre, magnésio e silício, ou por meio de tratamento de superfície, como anodização, galvanização ou revestimento em pó.

3. Quais são as principais razões para fundir peças de componentes de matrizes em alumínio?

Componentes leves e fortes, excelente condutividade térmica e elétrica, resistência à corrosão, capacidade de produzir formas complexas com altíssima precisão podem ser produzidos com a fundição de alumínio.

4. Quais setores normalmente usam materiais de fundição de alumínio?

Dependendo dos requisitos exclusivos de moldagem, a fundição sob pressão de alumínio é utilizada na fabricação de todos os tipos de peças de motor, caixas de transmissão, componentes estruturais, dissipadores de calor, gabinetes, bombas, compressores, máquinas automotivas, aeroespaciais, eletrônicas e industriais.

5. Qual método de fundição é melhor do que a fundição sob pressão de alumínio quando comparado a outros métodos de fundição?

Devido ao enchimento de alta pressão do molde e ao rápido processo de resfriamento, a fundição de alumínio oferece maior precisão e produção mais rápida do que a fundição em areia e a fundição por cera perdida, com peças mais resistentes.