Qual é a verdadeira diferença entre o alumínio fundido e o alumínio fundido sob pressão? Este artigo analisa os diferentes processos de fabrico e as propriedades que distinguem estes dois tipos de alumínio. Desde os métodos utilizados na fundição até às suas capacidades de tratamento térmico e aplicações em várias indústrias, descobrirá os principais factores que influenciam a escolha entre o alumínio fundido e o alumínio fundido sob pressão. Prepare-se para entender como essas diferenças afetam a resistência, a qualidade e a usabilidade das peças de alumínio nos produtos do dia a dia.
O "alumínio fundido" refere-se geralmente a peças fundidas de alumínio feitas através do processo de fundição, enquanto o "alumínio fundido sob pressão" se refere a peças fundidas de alumínio feitas através de fundição sob pressão de alta pressão. A principal diferença entre os dois é o processo de fundição utilizado.
No processo de fundição, são utilizados métodos como a fundição em areia, a fundição por desparafinagem, a fundição por gravidade, a fundição a baixa pressão, a fundição em molde de cerâmica e a fundição em molde de gesso. O molde processo de fundiçãopor outro lado, é um tipo de fundição injectada a alta pressão produzida utilizando uma máquina de fundição injectada com câmara fria.
Os tipos de alumínio utilizados nos dois processos são diferentes, sendo que o ZL representa o alumínio fundido ligas de alumínio na norma nacional chinesa GB e YL que representa as ligas de alumínio fundido.
As peças fundidas em alumínio podem ser reforçadas através de tratamento térmico, sendo o tratamento térmico T6 o método mais comum. No entanto, as peças fundidas sob pressão não são adequadas para o tratamento térmico T6 devido à grande quantidade de gás densamente distribuído no seu interior. Isto deve-se ao facto de a temperatura do tratamento térmico T6 estar próxima do ponto de fusão das ligas de alumínio e o gás na fundição injectada expandirá e será forçado a sair da superfície da peça fundida, provocando danos na superfície e tornando a peça fundida inutilizável.
Devido à saliência do ponto após o esgotamento do gás, a aparência da peça fundida fica seriamente danificada e não pode ser utilizada.
Liga de alumínio fundição por gravidade e a fundição de baixa pressão de liga de alumínio pertencem ao processo de fundição de moldes metálicos e são utilizadas para produzir peças fundidas de alumínio. Os moldes são feitos de trabalho a quente aço para moldescomo o H13.
Estes processos de fundição podem produzir a mesma marca de liga de alumínio fundidocom temperatura de vazamento e tempo de abertura do molde semelhantes, bem como compacidade, resistência e outras propriedades mecânicas das peças fundidas de alumínio.
No entanto, ainda existem diferenças entre a fundição por gravidade de liga de alumínio e a fundição de baixa pressão de liga de alumínio em termos de princípio de formação, estrutura de fundição de alumínio, intensidade de trabalho, número de lote, tempo de desenvolvimento, etc., conforme mostrado na figura abaixo.
| Princípio de formação | Estrutura de fundição de alumínio | intensidade do trabalho | Lote mínimo | Tempo de desenvolvimento | Custo do molde | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Fundição por gravidade em liga de alumínio | Utilizar a gravidade | Complexo e diversificado | elevado | 100 | curto | menos |
| Fundição de baixa pressão em liga de alumínio | Utilizar a pressão de ar | único | normalmente | 500 | longo | Mais alto |
De acordo com a comparação mostrada acima, a fundição de liga de alumínio por gravidade é ideal para produzir produtos com múltiplas variedades, pequenos lotes, ciclos de desenvolvimento curtos e requisitos de alta qualidade, enquanto a fundição de liga de alumínio a baixa pressão é ideal para produtos com grandes lotes, paredes finas e estruturas que são adequadas para o processo de fundição a baixa pressão.
O longo ciclo de desenvolvimento deste último beneficia a melhoria da tecnologia de produção ao longo do processo de fabrico.
Um produto típico produzido através da fundição a baixa pressão de ligas de alumínio é uma jante de automóvel. A sua estrutura é adequada para o processo de fundição a baixa pressão e o elevado volume de produção permite tempo suficiente para melhorar a tecnologia de produção.
Em contraste, os produtos típicos produzidos através da fundição por gravidade de ligas de alumínio são fundições de robôs industriais. Estas peças fundidas de alumínio requerem pequenos lotes de produção, alta qualidade do produto e um curto ciclo de desenvolvimento. O objetivo é produzir peças fundidas de alumínio de alta qualidade sem poros ou buracos de areia num período de tempo muito curto.
A fundição de alumínio sob pressão é um processo de fabrico sofisticado que oferece vantagens significativas na produção de peças e componentes complexos em várias indústrias. Este método de fundição a alta pressão envolve a injeção de alumínio fundido numa cavidade de molde concebida com precisão, permitindo a criação de geometrias complexas que seriam difíceis ou de custo proibitivo de produzir através de métodos alternativos como a extrusão, a maquinagem ou a fundição por cera perdida.
As ligas de alumínio mais utilizadas na fundição sob pressão são a 383 (AlSi10Cu3) e a 413 (AlSi12(Fe)), escolhidas pela sua óptima fluidez, capacidade de fundição e propriedades mecânicas. Estas ligas apresentam caraterísticas excepcionais, incluindo elevada condutividade térmica, excelente resistência à corrosão e relações força/peso superiores. Além disso, proporcionam uma proteção eficaz contra interferências electromagnéticas (EMI) e interferências de radiofrequência (RFI), o que as torna ideais para caixas electrónicas e componentes automóveis.
O processo de fundição sob pressão consiste em várias fases críticas:
Este processo permite a produção de grandes volumes com tempos de ciclo tão curtos como 30-60 segundos por peça, reduzindo significativamente os custos em comparação com outras técnicas de fabrico.
As principais considerações no projeto de fundição de alumínio sob pressão incluem:
Pressão Papel
Na fundição sob pressão de alumínio, a alta pressão é um fator crítico na produção de componentes precisos e de alta qualidade. O alumínio fundido é injetado na cavidade do molde a pressões que normalmente variam de 10.000 a 20.000 psi (69 a 138 MPa). Esta pressão extrema garante o preenchimento completo do molde, capturando detalhes intrincados e produzindo peças com tolerâncias apertadas (frequentemente ±0,002 polegadas ou ±0,05 mm) e excelente acabamento superficial (tão baixo quanto 63 μin ou 1,6 μm Ra). A alta pressão também aumenta a densidade do metal e minimiza a porosidade, resultando em propriedades mecânicas melhoradas.
Solidificação e cavidades
À medida que o alumínio fundido preenche a cavidade do molde, ocorre uma rápida solidificação, com taxas de arrefecimento que excedem frequentemente os 1000°C/s. Esta rápida solidificação é crucial para obter uma estrutura de grão fino e propriedades mecânicas superiores. Para evitar a formação de cavidades e garantir uma solidificação uniforme, são utilizadas técnicas avançadas de gestão térmica. Estas incluem a colocação estratégica de canais de arrefecimento, a utilização de fundição sob pressão assistida por vácuo (VADC) para remover gases presos e a aplicação de pressão de intensificação (até 15.000 psi ou 103 MPa) durante a solidificação para compensar a contração e minimizar a porosidade.
Considerações sobre o calado e a linha de separação
Os ângulos de inclinação e as linhas de partição são elementos de design críticos na fundição injectada. Os ângulos de inclinação padrão variam de 0,5° a 2° para superfícies externas e de 0,75° a 3° para superfícies internas, dependendo da geometria e profundidade da peça. Uma tiragem adequada facilita a ejeção da peça e reduz o desgaste da matriz.
As linhas de partição requerem uma colocação cuidadosa para minimizar o flash e otimizar a qualidade da peça. O software CAD/CAM avançado e as ferramentas de simulação de fluxo são utilizados para otimizar a localização das linhas de corte, incorporando frequentemente superfícies de corte escalonadas ou complexas para alcançar o melhor compromisso entre a qualidade da peça, a complexidade da ferramenta e a eficiência da produção. A espessura de rebarba é normalmente controlada para menos de 0,005 polegadas (0,13 mm) através do alinhamento preciso da matriz e do controlo da força de aperto.
Criar formas complexas
A fundição sob pressão de alumínio é excelente na produção de formas complexas com pormenores intrincados. O design moderno das matrizes permite a criação de paredes finas (até 0,04 polegadas ou 1 mm), nervuras profundas (rácios de aspeto até 10:1) e puxões de núcleo complexos para caraterísticas internas. As máquinas de fundição injetada multi-lâminas permitem a produção de peças com cortes inferiores e caraterísticas de ação lateral sem a necessidade de operações secundárias.
O software de simulação avançada, como a modelação do fluxo e da solidificação, ajuda a otimizar a localização das portas, os sistemas de canais e os projectos de transbordo para garantir o preenchimento completo de geometrias complexas. Esta capacidade, combinada com a capacidade do processo de consolidar vários componentes numa única peça, torna a fundição de alumínio ideal para produzir componentes leves e de alta resistência para indústrias como a automóvel (por exemplo, caixas de transmissão, blocos de motor) e a aeroespacial (por exemplo, componentes estruturais, caixas).
Propriedades mecânicas
As peças de alumínio fundido são conhecidas pela sua excecional relação resistência/peso, tornando-as ideais para aplicações em que a redução de peso é crucial sem comprometer a integridade estrutural. Dependendo da liga específica e do tratamento térmico, estes componentes podem atingir resistências à tração que variam entre 150 MPa e mais de 300 MPa. A sua natureza leve (com uma densidade de aproximadamente 2,7 g/cm³) contribui para uma maior eficiência do combustível em aplicações automóveis e para uma maior capacidade de manobra em projectos aeroespaciais. Embora geralmente mais macias do que o ferro fundido ou o aço, as peças fundidas de alumínio podem ser tratadas termicamente para aumentar a dureza, com algumas ligas a atingirem até 150 números de dureza Brinell (BHN).
Características térmicas e eléctricas
As peças fundidas em alumínio apresentam excelentes propriedades térmicas, com um ponto de fusão de cerca de 660°C (1220°F) e a capacidade de manter a integridade estrutural a temperaturas de funcionamento até 200°C (392°F) para algumas ligas de alta temperatura. A sua condutividade térmica, que normalmente varia entre 96 e 167 W/(m-K), é aproximadamente 4 vezes superior à do aço, facilitando a rápida dissipação de calor em aplicações como componentes de motores ou dissipadores de calor. Do ponto de vista elétrico, as peças de alumínio fundido apresentam uma condutividade de cerca de 37% IACS (International Annealed Copper Standard), o que as torna eficazes para a proteção EMI/RFI em caixas electrónicas, constituindo uma alternativa rentável ao cobre em determinadas aplicações eléctricas.
Resistência à corrosão e ao desgaste
A resistência inerente à corrosão das peças de alumínio fundido resulta da rápida formação de uma camada protetora de óxido quando expostas ao ar. Este processo de passivação proporciona uma excelente proteção contra a corrosão atmosférica, com algumas ligas a oferecerem uma maior resistência através da adição de elementos como o magnésio ou o silício. Para ambientes severos, os tratamentos de superfície, como a anodização, podem melhorar ainda mais a resistência à corrosão. A resistência ao desgaste em peças fundidas de alumínio pode ser significativamente melhorada através da utilização de ligas ricas em silício (por exemplo, A356 ou A390), que formam partículas de silício duro na microestrutura, ou através da aplicação de tratamentos de endurecimento da superfície, como a anodização dura.
Eficiência e volume
O processo de fundição de alumínio sob pressão é excelente na produção de geometrias complexas com elevada precisão dimensional e acabamento de superfície. As modernas máquinas de fundição sob pressão de alta pressão podem atingir tempos de ciclo tão baixos como 30-60 segundos por peça, permitindo taxas de produção até 120 peças por hora para componentes de média dimensão. As tolerâncias alcançáveis de ±0,002″ a ±0,004″ (±0,05 a ±0,1 mm) permitem a produção de peças de forma quase líquida, minimizando as operações de maquinagem pós-fundição. Esta eficiência, associada à capacidade de fundir paredes finas (até 0,5 mm em alguns casos) e detalhes intrincados, torna a fundição de alumínio particularmente adequada para a produção de grandes volumes em indústrias como a automóvel, onde um único veículo pode conter mais de 100 componentes de alumínio fundido.
O alumínio fundido sob pressão é um material versátil que encontra aplicações extensivas em várias indústrias devido às suas excepcionais propriedades mecânicas, rentabilidade e capacidade de fabrico. Esta secção explora as diversas utilizações do alumínio fundido sob pressão em sectores-chave, destacando as suas vantagens únicas e aplicações inovadoras.
Indústria automóvel: O alumínio fundido sob pressão revolucionou o sector automóvel ao permitir uma redução significativa do peso e uma maior eficiência do combustível. A sua elevada relação resistência/peso torna-o ideal para componentes críticos como blocos de motor, cabeças de cilindro, caixas de transmissão e elementos estruturais de chassis de veículos. As ligas de alumínio avançadas, como a A380 e a A383, oferecem uma excelente fluidez e propriedades mecânicas superiores, permitindo a produção de peças complexas, de paredes finas e com tolerâncias apertadas. Além disso, a condutividade térmica do alumínio melhora a dissipação de calor nos componentes do sistema de propulsão, contribuindo para um melhor desempenho e longevidade do motor.
Aplicações industriais: No sector industrial, os componentes de alumínio fundido sob pressão são parte integrante do equipamento de fabrico e da maquinaria. A resistência à corrosão do material, a estabilidade dimensional e a capacidade de suportar diversas condições de funcionamento tornam-no adequado para aplicações que vão desde maquinaria pesada a instrumentos de precisão. O alumínio fundido sob pressão é amplamente utilizado em sistemas pneumáticos e hidráulicos, carcaças de bombas, corpos de válvulas e caixas de engrenagens. A sua excelente maquinabilidade permite operações de pós-fundição, possibilitando a produção de peças de alta precisão com geometrias complexas. Além disso, a capacidade de reciclagem do alumínio alinha-se com práticas de fabrico sustentáveis, reduzindo o impacto ambiental das operações industriais.
Eletrónica e telecomunicações: A indústria eletrónica utiliza o alumínio fundido sob pressão pelas suas propriedades de gestão térmica e capacidades de proteção EMI. Os invólucros complexos para caixas de filtros RF, dissipadores de calor e equipamento de rede beneficiam da excelente condutividade térmica do alumínio e da sua capacidade de dissipar o calor de forma eficiente. As caixas de alumínio fundido fornecem uma proteção robusta contra interferências electromagnéticas, assegurando o funcionamento fiável de componentes electrónicos sensíveis. A natureza leve do material é particularmente vantajosa em dispositivos electrónicos portáteis, onde a redução de peso é crucial. Além disso, a compatibilidade do alumínio com várias técnicas de acabamento de superfícies permite melhorar a estética e a funcionalidade da eletrónica de consumo.
Aplicações emergentes: O alumínio fundido sob pressão está a encontrar novas aplicações em tecnologias emergentes. No sector das energias renováveis, é utilizado para estruturas de painéis solares e componentes de turbinas eólicas, oferecendo durabilidade e resistência à corrosão em ambientes exteriores. A indústria aeroespacial está a adotar cada vez mais o alumínio fundido sob pressão em componentes não críticos para reduzir o peso das aeronaves. No mercado dos veículos eléctricos, em rápido crescimento, o alumínio fundido sob pressão está a ser utilizado de forma inovadora em caixas de baterias e componentes estruturais, contribuindo para aumentar a autonomia e melhorar o desempenho.
Em conclusão, a versatilidade do alumínio fundido sob pressão, juntamente com os avanços no desenvolvimento de ligas e tecnologias de fundição, continua a expandir as suas aplicações em todos os sectores. A sua combinação única de propriedades de leveza, resistência, capacidades de gestão térmica e rentabilidade torna-o um material indispensável no fabrico moderno, impulsionando a inovação e a eficiência em diversos sectores.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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