Peças de fundição sob pressão de alumínio:Introdução completa

As fundições injectadas de alumínio são componentes produzidos utilizando o material de alumínio através do processo de fundição injectada, cujo princípio de funcionamento envolve o aquecimento do material de alumínio para o transformar no estado líquido. O material de alumínio líquido é injetado na cavidade do molde de um molde de areia ou de metal através de um método de injeção. A cavidade do molde pode ser concebida em várias formas e tamanhos. Quando o material de alumínio líquido preenche a cavidade, assume a forma pretendida, resultando na produção de moldes de alumínio.

Os materiais de alumínio podem ser classificados em alumínio puro e materiais de liga de alumínio, com diferentes graus baseados nos pontos de fusão e na dureza. A fundição injectada é um processo de fabrico de componentes e pode ainda ser classificada em fundição injectada a alta pressão, fundição injectada a baixa pressão, fundição injectada por gravidade e outros. As fundições injectadas de alumínio têm uma vasta aplicação em várias indústrias, incluindo a automóvel, eletrónica, maquinaria, mobiliário e motores, entre outras. Nas secções seguintes, apresentamos uma introdução abrangente às fundições injectadas de alumínio.

A história do desenvolvimento da fundição injectada de alumínio

O processo de fundição injectada remonta ao início do século XIX, quando as fundições injectadas em liga de chumbo-estanho e alumínio foram utilizadas pela primeira vez em equipamento de impressão, embalagens e tipos de impressão. Tem uma história de mais de 150 anos. No início do século XX, começou a surgir a tecnologia de fundição injectada de ligas de alumínio. Em 1905, foram introduzidas máquinas de fundição injetada adequadas à produção industrial, e a fundição injetada de componentes de liga de alumínio começou a ganhar popularidade. No entanto, devido às limitações dos materiais de liga e do design estrutural da altura, a fundição injetada de ligas de alumínio só podia produzir um número limitado de peças simples.

Em 1927, o engenheiro checo Josef Polak concebeu um modelo de coluna câmara frigorífica máquina de fundição injectada de alumínio, que marcou um desenvolvimento significativo na tecnologia. Esta inovação trouxe um elevado grau de flexibilidade, rentabilidade e melhor desempenho do produto para a desenho e produção de peças fundidas em alumínio. Em 1952, a primeira máquina de fundição injectada de alumínio com câmara fria do tipo coluna foi produzida na antiga União Soviética, popularizando ainda mais a produção de fundições injectadas de ligas de alumínio.

Em 1966, os princípios de precisão, velocidade e densidade na fundição de alumínio foram estabelecidos e, em 1969, os britânicos introduziram o método de fundição de alumínio sem porosidade de gás com injeção de oxigénio. Ao longo de 150 anos, o campo da fundição injectada de alumínio evoluiu das suas fases iniciais para uma indústria madura. Tanto os materiais como as técnicas de produção melhoraram continuamente e a procura do mercado expandiu-se. Ao longo do processo de produção, foram implementadas várias optimizações, incluindo o refinamento da composição das ligas de alumínio e a configuração adequada dos moldes, para reduzir os defeitos dos produtos.

Com o avanço contínuo de vários desenvolvimentos científicos e tecnológicos, a fundição injectada de alumínio desempenha um papel cada vez mais vital na conceção, fabrico e montagem das indústrias transformadoras modernas. Aumenta a eficiência do fabrico, melhorando também o desempenho dos componentes. À medida que a procura do mercado continua a crescer, a fundição injectada de alumínio será amplamente utilizada e tornar-se-á uma parte indispensável da moderna tecnologia de fabrico industrial.

O que é a fundição injectada de alumínio?

A fundição injectada de alumínio, também conhecida como fundição sob pressão de alumínio, é um dos processos de produção de componentes de liga de alumínio. Envolve a injeção de liga de alumínio fundido a alta pressão num molde e, em seguida, a sua solidificação e arrefecimento para obter peças de molde em liga de alumínio. O processo de fundição de alumínio pode ser dividido em várias etapas, incluindo a preparação do material, o projeto do molde, o fabrico do molde, a fusão e a fundição, a remoção da escória por vibração e o tratamento térmico. A fundição sob pressão de alumínio apresenta as seguintes caraterísticas:

1. Elevada complexidade nas formas dos produtos, permitindo um processamento de alta precisão das formas internas e externas.
2. Capaz de produzir componentes fundidos sob pressão de grandes dimensões, altamente resistentes e leves.
3. Económica, com ciclos de produção curtos adequados à produção em massa.

Os componentes de alumínio fundido sob pressão produzidos através deste processo encontram amplas aplicações em indústrias como a automóvel, a aeroespacial, as telecomunicações, a eletrónica, a maquinaria e a construção.

Materiais de liga de alumínio para fundição injectada

Os materiais de fundição injectada de ligas de alumínio dividem-se principalmente em três categorias principais: ligas de alumínio-silício, ligas de alumínio-silício-cobre e ligas de alumínio-magnésio. Aqui estão os nomes chineses e as correspondentes traduções em inglês para estes materiais:

Ligas de alumínio-silício:

• YL102 (ADC1, A413.0, etc.)
• YL104 (ADC3, A360, etc.)

Ligas de alumínio-silício-cobre：

• YL112 (A380, ADC10, etc.)
• YL113 (3830)
• YL117 (B390, ADC14, ADC12, etc.)

Ligas de alumínio e magnésio：

• 302 (5180, ADC5, ADC6, etc.)

Nas ligas de alumínio-silício e nas ligas de alumínio-silício-cobre, como os nomes sugerem, os principais componentes, para além do alumínio, são o silício e o cobre. O teor de silício varia normalmente entre 6-12% e melhora principalmente a fluidez da liga. O teor de cobre é secundário e melhora principalmente a resistência e as propriedades de tração. O teor de ferro situa-se normalmente entre 0,7-1,2%, proporcionando o melhor efeito de libertação do molde dentro desta gama. Devido à sua composição, estas ligas não são propensas à oxidação e coloração. Mesmo com processos de dessiliconização, é difícil obter o efeito de coloração desejado. Por outro lado, as ligas de alumínio-magnésio podem ser oxidadas e coloridas, o que é uma caraterística distintiva significativa.

No que diz respeito a materiais específicos de fundição injectada de ligas de alumínio, alguns dos materiais mais utilizados e respectivas aplicações incluem

1. Liga de alumínio 6061: Oferece elevada força, resistência à corrosão e boa soldabilidade. É adequada para aplicações em ambientes altamente corrosivos, componentes estruturais de alta densidade, caixas de ferramentas, acessórios e muito mais.
2. Liga de alumínio 7075: Conhecida pela sua elevada resistência, propriedades de leveza e facilidade de maquinação, é utilizada na construção de componentes estruturais de aeronaves, corpos de foguetões e peças de sistemas de suspensão.
3. Liga de alumínio 383: Utilizada principalmente para componentes automóveis.
4. Liga de alumínio 413: Apresenta um excelente desempenho de fundição e caraterísticas de supressão de fissuras, tornando-a adequada para o fabrico de vários componentes, incluindo peças para a indústria automóvel e aeroespacial.
5. Liga de alumínio ADC12: Esta liga oferece um bom desempenho de fundição e propriedades mecânicas e é amplamente utilizada em aplicações como peças para automóveis e motociclos, bem como pegas para produtos electrónicos.

Qual é o processo de fundição de alumínio?

O processo de fundição de alumínio envolve uma série de passos bem definidos que são cruciais para garantir a qualidade das peças fundidas e o efeito global da moldagem. Vamos explorar estes passos em pormenor:

1. Conceção e fabrico de moldes: O molde é uma ferramenta crítica na fundição de alumínio, e o seu projeto e fabrico têm um impacto significativo na qualidade das peças fundidas. O projeto do molde envolve a consideração dos requisitos de forma e tamanho das peças de alumínio, a seleção de materiais de molde adequados e o projeto estrutural. Os métodos comuns de fabrico de moldes incluem o fabrico manual de moldes, a maquinação CNC e a impressão 3D.
2. Fusão da liga de alumínio: Para facilitar a fundição, a liga de alumínio ou o alumínio puro precisa de ser fundido em metal líquido. Isto é normalmente conseguido utilizando fornos eléctricos ou a gás. O material de alumínio é aquecido no forno até se transformar em metal líquido. Posteriormente, são efectuadas operações de têmpera para aumentar a resistência e a dureza das peças de alumínio.
3. Vazamento: A etapa de vazamento consiste em injetar o alumínio fundido na molde de fundição. O controlo preciso da temperatura e da velocidade de vazamento é crucial para evitar defeitos como porosidade, inclusões e segregação a frio. A manutenção da pureza do líquido de alumínio também é essencial para evitar a contaminação por impurezas.
4. Arrefecimento: Assim que o alumínio líquido é injetado no molde de fundição, arrefece rapidamente e solidifica, assumindo a forma inicial da peça de alumínio. O processo de arrefecimento requer um controlo cuidadoso das taxas de arrefecimento e da distribuição da temperatura para garantir a estabilidade da estrutura interna e o tamanho das peças de alumínio. O arrefecimento é normalmente efectuado com água ou gás de arrefecimento.
5. Desmoldagem: As peças de alumínio arrefecidas devem ser cuidadosamente removidas do molde de fundição num processo conhecido como desmoldagem. Para este efeito, são frequentemente utilizadas ferramentas e equipamentos especiais, tais como dispositivos de vibração do molde e máquinas de descarga do molde. O objetivo da desmoldagem é preservar a integridade e a qualidade da superfície das peças de alumínio, evitando quaisquer danos.
6. Rebarbação: Após a desmoldagem, as peças de alumínio apresentam frequentemente rebarbas na superfície ou marcas de perfuração. Para melhorar a qualidade da superfície, é necessário efetuar a rebarbação. Os métodos de rebarbação podem incluir o polimento mecânico, a corrosão química ou o jato de areia, que servem para eliminar as imperfeições da superfície.
7. Tratamento de acompanhamento: A etapa final do processo de fundição de alumínio envolve tratamentos de acompanhamento, incluindo tratamento térmico, tratamento de superfície, maquinação e inspeção. O tratamento térmico melhora a organização e o desempenho das peças de alumínio, enquanto o tratamento de superfície melhora a resistência à corrosão e a estética. A maquinação assegura que as peças de alumínio cumprem os requisitos precisos de tamanho e forma, e a inspeção garante a qualidade e a segurança.

O processo de fundição de alumínio é intrincado e rigoroso, com cada passo a exigir uma conceção e execução cuidadosas. O cumprimento rigoroso dos requisitos do processo em cada etapa é essencial para garantir a qualidade das peças de alumínio e alcançar o efeito de moldagem desejado. A inovação e o refinamento contínuos nos processos de fundição de alumínio fornecem um suporte técnico valioso para o avanço da indústria de fabricação de alumínio.

Vantagens da fundição injectada de alumínio

1. Tecnologia madura: A tecnologia de fundição sob pressão de ligas de alumínio está bem estabelecida, é amplamente aplicada em várias indústrias e é apoiada por uma vasta experiência de fabrico, garantindo uma qualidade de produto estável e fiável.
2. Elevada precisão e complexidade: A fundição sob pressão de ligas de alumínio permite a produção rápida de designs de componentes complexos, mantendo a facilidade de operação e alcançando um controlo de processo em circuito fechado.
3. Excelentes propriedades físicas: As ligas de alumínio oferecem propriedades físicas excepcionais, tais como resistência ideal, resistência à corrosão, condutividade térmica e excelente processabilidade, satisfazendo as exigências do mercado.
4. Bom desempenho mecânico: As peças de alumínio fundido sob pressão apresentam uma composição uniforme, estrutura de grão regular, densidade relativamente baixa, elevada resistência, boa ductilidade e excelente resistência à tração e à compressão.
5. Elevada eficiência de produção: A tecnologia de fundição de liga de alumínio aumenta significativamente a eficiência da produção, reduz a intensidade do trabalho e permite a produção em grande escala num curto espaço de tempo.
6. Leveza de parede fina: Em comparação com outros materiais de fundição, as peças fundidas sob pressão em liga de alumínio podem ter uma espessura de produção mais fina, uma densidade mais baixa, facilitando a redução do peso, o design de paredes finas e a obtenção de componentes mais leves e poupanças de energia.
7. Económica: A tecnologia de fundição injectada de ligas de alumínio apresenta vantagens em termos de custos em relação a outros processos de fabrico, sendo fácil de utilizar e operar, mantendo assim uma vantagem competitiva em termos de preços.
8. Reciclabilidade: Os materiais em liga de alumínio são recicláveis, contribuindo para a proteção do ambiente.
9. Superfície lisa: Os tratamentos mecânicos ou químicos pós-fundição proporcionam uma elevada suavidade da superfície, satisfazendo os requisitos de superfície dos produtos de venda direta e dos artigos de montagem complexos.
10. Personalização: O fabrico de peças fundidas sob pressão em liga de alumínio pode ser adaptado às necessidades do cliente e continuamente aperfeiçoado para otimizar ao máximo os processos de conceção e produção.
11. Boa condutividade térmica: Os materiais de fundição injectada em liga de alumínio apresentam uma excelente condutividade térmica, permitindo a rápida dissipação do calor gerado por componentes eléctricos ou máquinas.
12. Maquinação de precisão: A tecnologia de fundição sob pressão de liga de alumínio permite o processamento de peças de alta precisão, melhorando significativamente a precisão das peças e a eficiência do trabalho em comparação com os processos de maquinagem tradicionais.
13. Alta ductilidade: Os materiais de liga de alumínio possuem elevada resistência, boa ductilidade, resistência à deformação e facilidade de processamento em várias formas, satisfazendo os requisitos para o fabrico de estruturas complexas.

Processos de tratamento de superfície para fundição injectada de alumínio

Alumínio fundição injectada é um método de fabrico predominante utilizado para fabricar diversos componentes de ligas de alumínio. No entanto, as superfícies de ligas de alumínio necessitam frequentemente de tratamento para aumentar a sua resistência à corrosão, ao desgaste e ao aspeto visual. Este artigo descreve vários tratamentos de superfície habituais processos de fundição injectada de ligas de alumínio.

Técnica de galvanoplastia

A galvanoplastia é um método de tratamento de superfície amplamente utilizado que melhora os atributos das ligas de alumínio através da deposição de uma camada de metal ou liga nas suas superfícies. Os procedimentos comuns de galvanoplastia incluem a cromagem, a niquelagem e a zincagem. A cromagem pode aumentar a resistência à corrosão e o aspeto estético das ligas de alumínio, enquanto a niquelagem aumenta a sua durabilidade e a zincagem reforça a sua resistência à corrosão.

Procedimento de revestimento

O revestimento é uma superfície simples e eficaz processo de tratamento que melhora o desempenho das ligas de alumínio através da aplicação de uma camada de tinta ou verniz nas suas superfícies. O revestimento oferece um efeito estético agradável e capacidades de proteção. As técnicas de revestimento comuns envolvem revestimentos por pulverização, aplicações de laca e revestimentos em pó. Os revestimentos por pulverização permitem que as ligas de alumínio apresentem várias cores e texturas, as aplicações de verniz melhoram a sua resistência às intempéries e os revestimentos em pó aumentam a sua dureza e resistência à abrasão.

Método de oxidação

A oxidação é um processo de tratamento de superfície convencional para ligas de alumínio, que melhora as suas propriedades através da formação de uma camada de película de óxido na superfície. A oxidação aumenta a resistência à corrosão, a resistência ao desgaste e as caraterísticas de isolamento das ligas de alumínio. Os métodos de oxidação mais comuns incluem a anodização e a oxidação química. A anodização produz uma película de óxido uniforme e densa, enquanto a oxidação química cria uma película de óxido com cores e texturas distintas.

Técnica de jato de areia

O jato de areia é um processo de tratamento de superfície rotineiro que aumenta a qualidade da superfície das ligas de alumínio, impulsionando fluxos de partículas de jato de areia a alta velocidade através da superfície. O jato de areia elimina as camadas de óxido e os contaminantes, resultando numa superfície lisa e uniforme da liga de alumínio. Também aumenta a rugosidade da superfície, melhorando a lubrificação e a aderência.

Processo de polimento

O polimento é uma técnica de tratamento de superfície frequentemente utilizada que melhora o acabamento e a planicidade da superfície através do polimento mecânico da superfície da liga de alumínio. O polimento confere um efeito de espelho à superfície, melhorando a sua estética e propriedades ópticas. Os métodos comuns de polimento incluem o polimento mecânico, o polimento eletrolítico e o polimento químico.

Para concluir, os processos de tratamento de superfície para a fundição sob pressão de ligas de alumínio englobam a galvanoplastia, o revestimento, a oxidação, o jato de areia e o polimento. Estes procedimentos servem para melhorar a resistência à corrosão, a resistência ao desgaste e o aspeto visual, ao mesmo tempo que melhoram a qualidade geral e a vida útil das ligas de alumínio. Ao aplicar estes métodos em aplicações práticas, é essencial selecionar o processo de tratamento de superfície adequado com base em requisitos específicos, e o controlo meticuloso dos parâmetros do processo é essencial para garantir a estabilidade e a consistência dos resultados do tratamento.

Diferenças entre fundição sob pressão de alumínio, fundição em areia e fundição sob pressão a vácuo

Fundição injectada de alumínio

A fundição de alumínio envolve a utilização de metal fundido a alta pressão para arrefecer e solidificar nas cavidades do molde, criando os componentes de liga de alumínio pretendidos. Este processo oferece vantagens como a elevada eficiência de produção e o baixo custo.
As vantagens da fundição de alumínio sob pressão incluem a elevada eficiência de produção, o baixo custo e a adequação à produção em grande escala. No entanto, tem desvantagens, incluindo uma taxa de refugo relativamente elevada, potenciais requisitos de pós-processamento e o impacto de vários factores na qualidade das peças fundidas sob pressão.
A fundição de alumínio sob pressão é adequada para a produção em grande escala e para cenários em que é necessária uma elevada eficiência de produção, como nas indústrias de maquinaria geral, mobiliário e produtos electrónicos.

Fundição em areia

Fundição em areiaO método de fundição de areia, frequentemente referido como o método de fundição mais antigo e versátil, é capaz de fundir muitas peças idênticas em simultâneo, partilhando um único molde e reutilizando o mesmo molde de areia para a produção de pequenos lotes. No entanto, este método resulta normalmente em menos pormenores no produto final ou numa superfície rugosa, que muitas vezes necessita de pós-maquinação, polimento e acabamento antes da utilização.
Vantagens da fundição em areia:

1. Baixo custo de fabrico: A fundição em areia tem geralmente custos de fabrico mais baixos do que outros métodos de fundição, devido às menores despesas com matérias-primas e a um processo de fabrico relativamente simples.
2. Elevada versatilidade: A fundição em areia pode produzir uma vasta gama de peças fundidas com formas complexas e criar vários padrões e inscrições nas superfícies de fundição.
3. Elevada precisão de maquinagem: A fundição em areia pode atingir uma elevada precisão nas dimensões da fundição e na rugosidade da superfície.
4. Ciclo de produção curto: O ciclo de produção da fundição em areia é mais curto em comparação com outros métodos de fundição devido à simplicidade do processo e aos curtos tempos de secagem e endurecimento.
   Embora a fundição em areia seja um método de fundição comum com vantagens como baixos custos de fabrico, elevada versatilidade, elevada precisão de maquinagem e ciclos de produção curtos, os seus inconvenientes, incluindo a qualidade média da superfície, a suscetibilidade de colapso do núcleo de areia e tempos de libertação prolongados, devem ser considerados com base em circunstâncias práticas.

Fundição sob vácuo

A fundição sob vácuo é um processo que remove o ar da cavidade do molde durante a fundição sob vácuo, permitindo que o metal fundido preencha a cavidade sob vácuo, resultando em peças fundidas sob vácuo de precisão. Este método reduz eficazmente o aprisionamento de gás, melhora a densidade e as propriedades mecânicas das peças fundidas sob pressão.
As vantagens da fundição sob vácuo incluem a melhoria da densidade e das propriedades mecânicas das peças fundidas, a redução do aprisionamento de gás, a diminuição das taxas de refugo e a melhoria da qualidade do produto. No entanto, tem desvantagens como os elevados custos do equipamento e uma eficiência de produção relativamente baixa.
A fundição sob vácuo é adequada para aplicações que exigem alta densidade e propriedades mecânicas superiores em peças fundidas sob pressão, tais como as indústrias automóvel, aeroespacial e de instrumentos topo de gama.

Na prática do fabrico, a escolha de um processo de fabrico adequado deve estar de acordo com os requisitos específicos, e uma atenção cuidadosa aos parâmetros do processo é vital para garantir resultados de tratamento consistentes e estáveis. À medida que a tecnologia avança, estes processos de fabrico continuarão a evoluir e a ser optimizados, contribuindo para os avanços na indústria transformadora, prometendo uma maior eficiência e qualidade em vários domínios.

Aplicações da fundição injectada de alumínio

1. Indústria automóvel: A fundição sob pressão de alumínio é amplamente utilizada na indústria automóvel para o fabrico de componentes como cabeças de cilindro de motores, caixas de transmissão, caixas de embraiagem, caixas de bomba de água, caixas de carburador e caixas de direção, entre outros.
2. Eletrónica e aparelhos eléctricos: No domínio da eletrónica e dos aparelhos eléctricos, a fundição sob pressão de alumínio é utilizada para produzir vários invólucros, dissipadores de calor e outros componentes.
3. Ferramentas mecânicas: A fundição sob pressão de alumínio é utilizada na produção de vários componentes para ferramentas mecânicas, incluindo pegas, caixas, suportes e muito mais.
4. Outros domínios: A fundição sob pressão de alumínio também encontra aplicações em indústrias como a aeroespacial, telecomunicações, fundição de mobiliário, jardinagem, luminárias, electrodomésticos, abajures, utensílios de cozinha, acessórios de mobiliário, caixas digitais, artesanato, caixas de produtos de segurança, iluminação LED (abajures) e algumas indústrias de novas energias, entre outras.

Conclusão

Na indústria transformadora, a fundição de alumínio é um processo versátil que envolve a injeção de alumínio fundido em moldes para criar componentes, seguido de arrefecimento para produzir peças de alta qualidade. Este método encontra aplicações generalizadas em indústrias como a automóvel, a eletrónica e a maquinaria. O processo de fundição injetada engloba etapas críticas, incluindo o projeto do molde, a fusão do alumínio, a fundição, o resfriamento, a desmoldagem, a rebarbação e os tratamentos subsequentes. A precisão e o cumprimento dos requisitos do processo são de extrema importância para alcançar o sucesso.

As vantagens da fundição sob pressão de alumínio incluem uma tecnologia bem estabelecida, alta precisão, componentes leves mas robustos e uma boa relação custo-eficácia. Além disso, os tratamentos de superfície, como a galvanoplastia e o revestimento, podem melhorar a resistência à corrosão e a estética. A fundição sob pressão de alumínio é conhecida pela sua eficiência e rentabilidade, destacando-se entre os métodos de fundição devido à sua precisão, versatilidade e qualidade do produto. À medida que a tecnologia avança, este método continua a impulsionar o progresso em vários sectores.