La fundición a presión de aluminio es una técnica habitual para fabricar carcasas de motor. Es lo bastante eficaz como para superar cualquier nivel de complejidad de diseño. El proceso comienza calentando el aluminio hasta su punto de fusión e introduciéndolo en el molde. Las carcasas de motor fabricadas con aluminio pesan menos que la media, duran más y tienen una excelente conductividad térmica.

Descubramos cómo el proceso de fundición a presión fabrica este producto utilizando aleaciones adecuadas, así como sus aplicaciones y ventajas.

Ventajas de la fundición a presión de aluminio para carcasas de motores

La fundición a presión de aluminio para carcasas de motores es el proceso ideal. Esto se debe a que proporciona a la pieza la resistencia y durabilidad reales para soportar un calor intenso.

Las aleaciones como A380, ADC12 y A356 son los mejores materiales para la carcasa del motor. Esto se debe a la gran resistencia a la tracción de 310 MPa de la aleación A380. Esto significa que puede soportar cargas pesadas.

Mientras tanto, ADC12 es otra opción preferida simplemente porque contiene una conductividad térmica de 96-105 W/m-K. Esto suele contribuir a la disipación del calor.

Mientras que el A356 no sólo ofrece piezas de la mejor calidad, sino que puede alcanzar un alargamiento de hasta 7%. Esto significa que puede resistir mejor los impactos. De alguna manera, el alargamiento depende de las condiciones del tratamiento térmico.

Todas estas características juntas hacen que la carcasa de aluminio sea la elección perfecta para aplicaciones de automoción, aeroespaciales e industriales.

Métricas de rendimiento

Ligero:

Cuando se trabaja con aluminio, las piezas se caracterizan por su ligereza. Por ejemplo, estas piezas son 60% menos pesadas que las de fundición. Eso demuestra que es fácil de manejar carcasas de motores y el transporte.

Alta precisión:

La fundición a presión adopta perfiles de producto de forma eficaz y no crea variantes. Por tanto, es básicamente una buena opción para conseguir tolerancias estrechas de hasta +/- 0,05 mm.

Conductividad térmica:

Los motores generan un calor excesivo durante su funcionamiento. Por este motivo, el aluminio suele funcionar mejor en las carcasas de los motores debido a su buena conductividad térmica. Mantiene fríos los componentes. Por ejemplo, la aleación de aluminio A356 tiene una conductividad térmica de 150 W/m-K.

Conductividad eléctrica:

Ciertos diseños de motores necesitan una buena conductividad eléctrica. Por lo tanto, el aluminio también es lo suficientemente bueno para esta propiedad.

Resistencia a la fatiga:

Sin embargo, el material de las carcasas de los motores debe soportar esfuerzos repetidos sin romperse. Para ello, una aleación como la A380 es adecuada porque proporciona la durabilidad necesaria y dura más tiempo.

Análisis de costes

Coste total de propiedad:

El coste inicial del utillaje de fundición a presión resulta asequible por lo que supone su uso a largo plazo. Además, el aluminio no es tan costoso como el acero, y el proceso de fundición reduce los residuos.

Comparación con otros métodos:

La sencillez del proceso, que incluye menos pasos, lo hace menos costoso que otros métodos de fundición y mecanizado.

Impacto medioambiental

El proceso de fundición a presión convierte el exceso de material en proyectos de reutilización. Porque el aluminio es 100% reciclable y no afecta mucho al medio ambiente. Además, su ligereza consume menos energía, lo que permite ahorrar 25% de combustible.

Consideraciones de diseño para carcasas de motores de fundición de aluminio a presión

AEF y simulación

El tratamiento del análisis de elementos finitos utiliza simulaciones por ordenador. Mejora los diseños y advierte de futuros defectos antes de la fabricación. Por ejemplo, puntos de tensión, flujo de calor, etc. Para que la carcasa del motor funcione con eficacia.

Análisis de tensión/deformación:

En el caso de la resistencia a la tensión, las simulaciones ayudan a los fabricantes a identificar los puntos débiles, incluso las zonas reforzadas propensas a las grietas. Además, el uso de la aleación A380 puede ayudar a soportar tensiones en torno a 150-200 MPa. Eso suele equivaler a las piezas de los motores de los coches.

Análisis térmico:

Las simulaciones calculan la capacidad de movimiento del calor al diseñar las estructuras de refrigeración. Esto se debe a que la carcasa del motor debe permanecer por debajo de 150 °C sin desprender un calor excesivo.

Reducción de defectos:

Las herramientas de simulación ayudan a eliminar las posibilidades de defectos, como la porosidad del aire, en torno a un 30-50%.

Diseño de sistemas de compuerta y corredera

Los sistemas de compuertas sirven de vías para el metal fundido, haciéndolo fluir hacia el molde. Sus técnicas de colocación influyen en la calidad y resistencia de los productos.

Velocidad de flujo:

El molde debe llenarse uniformemente, sin tardar más de 2 a 5 segundos. Un tiempo excesivo aumenta las posibilidades de que quede aire atrapado. Eso provoca porosidad (pequeños agujeros)

Tipos de puerta:

• Puertas de pestaña: Tienen un grosor de 2-5 mm y son adecuadas para piezas grandes y pesadas.
• Puertas de pasador: Tienen de 1 a 3 mm de ancho. Se pueden utilizar para piezas de paredes finas, como cubiertas de carcasas de motores.
• Compuertas de rebose: Pueden capturar impurezas. Estas compuertas también mejoran el acabado superficial 20%.

Control de turbulencias:

El buen diseño de los canales proporciona piezas resistentes y lisas. Reduce la porosidad hasta 20-30%.

Detalles del diseño del troquel

El molde es un componente importante en la fundición a presión. Da forma de metal fundido a la pieza final. Sus técnicas de diseño tienen realmente un impacto significativo en el resultado. Por ejemplo, las correderas y los núcleos de la matriz hacen que se declaren características como las aletas de refrigeración. Pero de alguna manera, su adición de 3 a 5 capas eleva los precios de 10 a 15%.

Del mismo modo, la colocación de pasadores de expulsión, separándolos entre 10 y 15 mm, evita que las piezas se doblen durante el proceso.

En cuanto a los canales de refrigeración, deben tener entre 5 y 10 mm de ancho. Esto se debe a que la reducción del tiempo de refrigeración acelera la velocidad de producción.

Gestión térmica

Una gestión térmica eficaz es importante durante la fundición para detener el sobrecalentamiento. Por ejemplo, el uso de disipadores térmicos y aletas en el diseño de las matrices crea suficientes superficies (50-70%) por las que puede escapar el calor excesivo de las piezas.

Además, deben utilizarse canales de refrigeración que tengan temperaturas más bajas (20-30°C).

Además, las matrices que se basan en la refrigeración por agua se enfrían rápidamente de 600°C a 200°C, sin tardar más de 1-2 minutos. Esto contribuye aún más a la eficiencia de los ciclos y la producción.

Proceso de fabricación de carcasas de aluminio fundido a presión para motores

En un proceso como fundición de aluminio carcasa del motor, las piezas presentan un acabado resistente y declarado. Ese es el resultado de utilizar inyección de aleación fundida a alta presión.

Las máquinas de fundición introducen el metal calentado en la matriz mediante un pistón y un casquillo de inyección. Mientras que la platina funciona como herramienta de sujeción. La abrazadera de palanca la sujeta firmemente.

Además, los fabricantes dan a la fundición la presión necesaria mediante un acumulador de gas/aceite para que el proceso sea más suave.

Tipos de máquinas de fundición a presión

Máquinas de cámara caliente:

La fundición a presión en cámara caliente se adapta bien a las aleaciones que no tienen puntos de fusión elevados. Por ejemplo, el zinc o el plomo. Esto se debe a que los metales de alto punto de fusión, como el aluminio, pueden dañar los equipos de las máquinas.

En el caso del proceso de cámara caliente, los fabricantes mantienen el metal en una cámara calentada. En ella lo vierten directamente en el molde.

Máquinas de cámara fría:

Estas máquinas son ideales para la fundición de aleaciones de punto de fusión moderado a alto. Por ejemplo, aluminio, cobre, titanio, etc. Durante esta técnica, los fabricantes utilizan cámaras separadas para fundir la aleación seleccionada. A continuación, la transfieren al molde mediante una cuchara. La máquina trabaja a una presión de inyección de 10-175 MPa. De este modo, el metal líquido se extiende uniformemente por el interior de las zonas.

Fuerza de sujeción y duración del ciclo:

Sin embargo, la máquina utiliza una fuerza de cierre de entre 1.000 y 5.000 kN para cerrar el molde herméticamente. Cada ciclo, que incluye la inyección, el enfriamiento y la expulsión, es completo y no dura más de 30-120 segundos. Eso depende del tamaño y la complejidad de la pieza.

Preparación del metal fundido

• Fusión: Este paso consiste en calentar el aluminio a 680-750°C en un horno. La temperatura no debe desviarse para evitar una oxidación excesiva y mantener la fluidez.
• Desgasificación: Este proceso es importante en caso de detener la aleación fundida para absorber el hidrógeno del aire. Como resultado se produce la porosidad. Para ello, la desgasificación elimina principalmente el gas hidrógeno. Por lo tanto, evita la porosidad y refuerza la fundición.
• Filtrado: Hay impurezas en el metal, como óxidos y partículas no metálicas. Eso debilita la fundición. Estas impurezas pueden eliminarse con un filtro cerámico. La eliminación de impurezas hace que el metal sea más puro (15-25%) y crea un acabado liso.

Control de la temperatura de la matriz

La gestión de la temperatura de la matriz es necesaria para eliminar defectos y fabricar mejores piezas. Por ejemplo, los canales de refrigeración del interior de la matriz hacen circular agua o aceite. Evitan el alabeo y la contracción y enfrían el metal de manera uniforme.

Del mismo modo, los elementos calefactores responden a las necesidades de ciertos moldes de estar calientes. Así estabilizan la temperatura y evitan las grietas.

Además, los sistemas de control de temperatura mantienen la temperatura de la matriz en torno a 150-250°C. Reducen los cierres en frío o la contracción excesiva.

Automatización de la fundición a presión

Manipulación robotizada:

La integración de robots ayuda a reducir el tiempo total del ciclo (10-20%). Porque se encargan de tareas que van desde la fusión hasta los productos finales. Esto significa que hay menos posibilidades de error y los resultados son más eficientes.

Pulverización automatizada de troqueles:

Para distribuir uniformemente los lubricantes en el troquel, resulta útil la automatización. Pulveriza las zonas ocultas y prolonga la vida útil pieza por 15-30%.

Control de calidad y pruebas de carcasas de motores de fundición a presión de aluminio

Ensayos no destructivos (END)

Método pulso-eco:

Un transductor transmite ondas ultrasónicas a la carcasa. Estas ondas se reflejan en los defectos cuando no los atraviesan. Se centra en las piezas casi para indicar defectos en el metal.

A través del método de transmisión:

Durante esta técnica, el personal en los dos transductores a ambos lados de la pieza fundida. Si hay un defecto, las ondas no pasan o se debilitan.

Técnicas de inspección

Inspección por rayos X:

Estas inspecciones analizan los defectos internos de la fundición, como la porosidad o la contracción. Que podrían comprometer el rendimiento real. Por ejemplo, los ensayos por ultrasonidos detectan grietas ocultas mediante ondas sonoras de alta frecuencia. Por su parte, la inspección por líquidos penetrantes ayuda a localizar defectos superficiales con un colorante determinado.

Control estadístico de procesos (CEP)

Los sensores de automatización conectados en máquinas como SPC identifican la presión, el calor, las velocidades de enfriamiento y los tiempos de ciclo en tiempo real. Puede ajustar inmediatamente los parámetros para obtener un mejor rendimiento. Además, ayudan a reducir los defectos en 20-40% y el desperdicio de material. Proporcionan consistencia en la calidad de cada lote.

Evaluación metalúrgica

• Análisis de microestructuras: Ayuda a reconocer la formación real del grano y la distribución del metal para una mayor durabilidad.
• Comprobaciones de conformidad: Este proceso garantiza que la carcasa cumple las normas ASTM B85 de resistencia mecánica.

Aplicaciones e industrias que utilizan carcasas de motor de fundición inyectada de aluminio

Automóvil:

Las carcasas de aluminio se utilizan en motores de vehículos eléctricos (VE). Siguen funcionando con eficacia y contienen menos peso. Además, mejoran la gestión térmica y la batería dura más.

Aeroespacial y drones:

La carcasa de los sistemas de propulsión de drones detiene el impacto de las temperaturas extremas y las vibraciones. Realiza operaciones sin problemas.

Maquinaria industrial:

Muchos brazos robóticos, cintas transportadoras y sistemas automatizados utilizan carcasas de motor. Esto se debe a que proporciona integridad estructural y disipa el calor para un rendimiento constante.

Energías renovables:

En condiciones meteorológicas variables, estas piezas moldeadas ayudan a mantener la eficiencia de los motores de turbinas eólicas y sistemas de seguimiento solar.

Equipos médicos:

La carcasa del motor es cada vez más demandada en equipos médicos. Esto se debe a su diseño de precisión, tamaño compacto y durabilidad.

Conclusión:

Lo más importante de la carcasa del motor de fundición a presión de aluminio es su resistencia, durabilidad y excelente disipación del calor. Por eso es la mejor opción para piezas de motor, donde su ligereza mejora la eficiencia energética. Además, las mejoras en aleaciones y técnicas lo llevan hacia soluciones más resistentes, eficientes y ecológicas.