El proceso de fabricación de motocicletas ha mejorado últimamente, sobre todo en lo que se refiere a la fabricación de piezas más ligeras y resistentes. Una de las formas más importantes de fabricar piezas en esta industria es mediante la fundición a presión, lo que significa que se puede moldear el metal para obtener piezas fuertes y precisas que se utilizan en las motocicletas actuales. Entre ellas, las piezas del motor de la motocicleta, los bastidores y las piezas de la carrocería que se fabrican con fundición de aluminio son populares porque son resistentes, están bien hechas y pueden soportar mucho calor. 

En este artículo se explica cómo se utiliza la fundición a presión para fabricar piezas de motocicletas, y se habla de aspectos como la temperatura adecuada, la cantidad de presión necesaria, la rapidez con la que se calientan o enfrían los materiales y la comprobación de que las piezas encajan correctamente y tienen el aspecto que deberían.

Tecnología de fundición a presión

La fundición a presión recibe su nombre porque el metal se introduce en un molde rápidamente y con mucha presión. Este método permite fabricar piezas pequeñas y detalladas que encajan muy bien y no necesitan mucho mecanizado para conseguir la forma adecuada.

La industria utiliza principalmente dos tipos diferentes de métodos de fundición a presión.

• Fundición a presión en cámara caliente
• Fundición a presión en cámara fría

La fundición a alta presión en cámara fría se utiliza a menudo para fabricar piezas de motores de motocicletas, ya que los materiales con los que se fabrican deben fundirse a una temperatura bastante elevada.

¿Por qué los fabricantes de motocicletas optan por la fundición a presión?

Los fabricantes de motocicletas recurren a menudo a la fundición a presión para fabricar piezas resistentes y capaces de soportar el uso rudo al que se someten las motos, además de permitirles fabricar piezas más rápido y a menor coste.

La fundición a presión es importante porque nos permite fabricar piezas para motocicletas que deben ser muy resistentes y pesadas.

• Elevada relación resistencia/peso
• Excelente acabado superficial
• Conductividad térmica para piezas sensibles al calor
• Gran precisión dimensional

Dado que la fundición a presión de aluminio es duradera y tiene una excelente resistencia a la corrosión, se utiliza para fabricar cárteres de embrague, cárteres de cigüeñal, culatas y tapas de engranajes.

Piezas de fundición inyectada en motocicletas

A. Componentes del motor

• Culata
• Cárter
• Carcasas de bombas de aceite
• Tapas de transmisión

Cuando la moto está en marcha, muchas de las piezas se calientan a altas temperaturas y se someten a mucha presión dentro del motor. Por lo tanto, normalmente se fabrican poniendo metal en un molde y ejerciendo mucha presión sobre él para que el metal se mantenga sólido y no tenga muchos agujeros de aire.

B. Piezas estructurales

• Abrazaderas de manillar
• Soportes de estriberas
• Cubos de rueda

Deben tener una precisión de una décima de milímetro y la misma resistencia que cualquier otra pieza de la estructura.

C. Partes estéticas y de apoyo

• Carcasas de espejos
• Soportes para indicadores
• Portamatrículas

A pesar de no tener que soportar una carga, estas piezas pueden fabricarse con una superficie sobresaliente, lo que hace menos probable la necesidad de más procesamiento.

Materiales y propiedades térmicas

La mayoría de las piezas de fundición a presión para motocicletas se crean utilizando aleaciones de aluminio (A380, ADC12 o LM6).

Propiedades clave de la aleación de aluminio A380:

Debido a su conductividad térmica, el calor puede disiparse libremente en las piezas del motor de las motocicletas, principalmente en los motores refrigerados por aire. 

Detallado: Piezas de fundición inyectada en motocicletas

La fundición a presión es una parte importante de la fabricación de motocicletas hoy en día porque permite a la empresa fabricar rápidamente piezas fuertes y exactas que son ligeras. El proceso funciona bien con metales como el aluminio, ya que estos materiales son buenos para estructuras y máquinas porque son fuertes pero ligeros, y también desprenden menos calor mientras se sueldan.

A continuación encontrará algunas de las piezas de fundición a presión más utilizadas en motocicletas, junto con su función, los materiales de los que suelen estar hechas, la fuerza que deben soportar y los tipos de moldes más adecuados para fabricarlas.

1. Cárter del motor

Función:

El cárter es donde se encuentra el cigüeñal, la transmisión y, a veces, un lugar de almacenamiento para el aceite del motor. Es una de las partes más difíciles de tratar porque puede calentarse mucho y causar altos niveles de estrés en un motor de motocicleta.

Material:

• Aleación de aluminio (A380 o ADC12)
• Conductividad térmica: ~96-105 W/m-K
• Punto de fusión: ~610°C
• Temperatura de funcionamiento: 80-120°C

Requisitos de reparto:

• Un grosor de 2,5 a 3 mm permite utilizar materiales más ligeros.
• Pasajes dentro del motor que ayudan a mover el aceite y mantener frías las piezas.
• Requiere el uso de prensas que trabajen a alta presión, junto con una máquina de vacío para ayudar a mantener el metal libre de agujeros.

Tolerancia dimensional:

• ±0,05 mm para las superficies que unen un rodamiento y un soporte

2. Cabeza de cilindro

Función:

La culata cierra la parte donde se quema el combustible y mantiene en su sitio las válvulas, las bujías y un árbol de levas.

Material:

• Aluminio LM6 o ADC12
• Debe soportar altas cargas térmicas (200-250°C)
• Buena maquinabilidad y resistencia a la corrosión

Consideraciones sobre el reparto:

• Se necesita una ventilación precisa del molde para evitar que el gas quede atrapado en el artículo moldeado.
• El mecanizado CNC posterior a la fundición ayuda a garantizar que las guías de válvula y los orificios del árbol de levas de las piezas de aluminio tengan un acabado uniforme y liso.
• Los tubos deben ser estancos a la presión (las pruebas de presión hidrostática se realizan hasta 5 bares).

3. Tapas de motor (embrague, magneto, caja de cambios)

Función:

Protege elementos como las bujías, las válvulas y los pistones del motor para que no se ensucien, se derrame el aceite o se dañen desde el exterior.

Material:

• Aluminio A360 o A380
• A menudo con recubrimiento en polvo o anodizado posterior a la fundición
• Grosor de la pared: 2,5-4 mm

Método de fundición:

La fundición a alta presión suele dar lugar a acabados superficiales lisos con pequeñas picaduras superficiales, lo que significa que la superficie es realmente lisa al tacto.

Importancia:

Permite que el coche mantenga la presión del aceite y un sistema de refrigeración eficaz. También ayuda a que tengan un buen aspecto y a que la gente reconozca la marca.

4. Soportes de manillar y abrazaderas triples

Función:

Estas piezas conectan la columna de dirección a las horquillas y ayudan a sostenerlas.

Material:

• Fundición a presión de aluminio (A356 o A380)
• Límite elástico: ~200-250 MPa
• La vida útil a la fatiga se probó hasta 100.000 veces pasando por diferentes cargas.

Detalles del reparto:

• Requieren una gran precisión dimensional
• Se puede realizar un tratamiento térmico después de la fundición para mejorar la ductilidad de la pieza
• Los cojinetes de dirección deben montarse con una tolerancia de 0,02 mm.

5. Carcasas de pinzas de freno

Función:

El pistón de rastrillo y los canales del líquido de frenos ayudan a accionar los frenos.

Material:

• Aluminio de alta resistencia (A413 o ADC12 modificado)
• Debe resistir la alta presión del agua (de 100 a 120 veces más que la presión normal del aire).
• Gran resistencia a la corrosión, ya que soporta el contacto con la basura de la carretera y la humedad.

Consideraciones sobre el reparto:

• Los canales internos de fluido no deben tener ningún defecto que pueda obstruir el flujo de fluido.
• Las pruebas de estanqueidad deben realizarse en cada lote de producto.
• La estanqueidad de los pistones depende en gran medida del acabado de la superficie.

6. Soportes de reposapiés y soportes laterales

Función:

Soportar el peso del conductor y hacer que la motocicleta esté estable cuando esté aparcada.

Material:

• Aleaciones que combinan aluminio y silicio para hacerlas más resistentes al desgaste.
• Resistencia a la tracción: ~180 MPa
• Dureza: ~80-100 HB

Método de fundición:

El moldeo por gravedad o moldeo a baja presión se utiliza cuando se necesita una superficie de mejor aspecto y con menos probabilidades de romperse.

7. Componentes del basculante (en algunos modelos)

Función:

Apoya la rueda trasera y ayuda a mantenerlo en movimiento hacia arriba y hacia abajo.

Material:

• A veces de aluminio resistente, fabricado con troqueles (A356-T6).
• Límite elástico tras el tratamiento: ~240 MPa
• Espesor de la pared: 4-6 mm, dependiendo de los recorridos de carga

Notas de casting:

• El AEF se utiliza para la distribución de tensiones
• Soldadura o mecanizado posterior para los rodamientos.

Tabla resumen de piezas clave de fundición a presión

Cada una de estas piezas de fundición es importante porque ayuda a garantizar que las motocicletas funcionen bien, sean seguras y no se averíen. Los ingenieros dedican mucho tiempo a asegurarse de que las piezas tengan la forma adecuada, sean muy ligeras pero lo suficientemente resistentes para el trabajo, y esto se consigue principalmente con la ayuda del resistente proceso de fundición a presión de aluminio.

Parámetros del proceso de fundición a presión

A. Presión de inyección

En la fundición a alta presión, la presión utilizada es de entre 200 y 1000 libras por pulgada cuadrada, lo que ayuda a que el metal se introduzca rápidamente en el molde y garantiza que no haya demasiadas burbujas de aire en la pieza.

B. Temperatura del molde

Las temperaturas típicas de los moldes suelen oscilar entre 180 y 300 grados Celsius, y se regulan mediante canales de refrigeración que ayudan a que el metal se enfríe y endurezca uniformemente.

C. Tiempo de llenado

Si se inyecta el molde en 0,1 segundos para piezas pequeñas, se evitan los cierres en frío y se alisa la superficie.

D. Tratamiento posterior

Tras la fundición, las piezas se someten a:

• Recorte de guías y rejillas de ventilación
• Granallado o volteo
• Mecanizado de dimensiones críticas
• Los tratamientos superficiales como el anodizado o el recubrimiento en polvo ayudan a proteger las piezas metálicas y también a mejorar su aspecto.

Estos pasos son importantes porque ayudan a asegurarse de que las piezas funcionan bien y encajan perfectamente en una moto de carreras.

Defectos comunes de la fundición y soluciones

A pesar de sus ventajas, la fundición a presión puede causar problemas en las piezas fundidas si no se cuida con esmero.

Defectos típicos:

Es importante garantizar el control de calidad de la fundición de automóviles para que su uso siga siendo seguro.

Ventajas de la fundición inyectada para motocicletas

• La precisión de las herramientas y las máquinas hace innecesario el tratamiento posterior.
• Es posible fabricar miles de piezas iguales utilizando una sola matriz para la producción en serie.
• La fundición a presión de aluminio ayuda a reducir el peso de los componentes.
• La buena conductividad térmica permite una mejor refrigeración del motor.
• Más rápido y menos costoso que producir piezas a partir de un tocho.

Estudio de caso: Fabricación de cárteres

El cárter es importante para cualquier motocicleta porque protege el cigüeñal y la transmisión. Por lo general, para fabricar un cárter estándar se utiliza fundición a alta presión.

• Temperatura de fusión: 675°C
• Temperatura del molde: 250°C
• Presión de inyección: 70 MPa
• Duración del ciclo: 60 segundos
• Tolerancia: ±0,05 mm
• Tratamiento térmico: T6 para mejorar las propiedades mecánicas

Los componentes de precisión aumentan el rendimiento del motor al tiempo que aligeran su carga y ahorran combustible.

Últimas tendencias en la fundición a presión de motocicletas

• Motos eléctricas: Cada vez más gente solicita fundas ligeras para baterías y motores.
• Aleaciones de magnesio: Aunque cuesta más, el magnesio pesa aún menos.
• Control de calidad automatizado: Las herramientas de IA se utilizan para detectar problemas de fundición en tiempo real.
• Troqueles impresos en 3D: Desarrollo más rápido de las muestras y menor tiempo de preparación de las herramientas.

La tecnología AW impulsará la eficacia y el diseño de los componentes de las motocicletas en el futuro.

Diseño de troqueles para piezas de motocicletas

El rendimiento y la duración de las piezas de fundición a presión dependen en gran medida del diseño de la matriz. En la fabricación de motocicletas, las matrices se construyen para las necesidades específicas de cada diseño.

Por ejemplo, podemos encontrarnos con geometrías complejas, como cárteres que tienen canales de aceite en su interior.

• Secciones de paredes finas (de 1,5 a 3 mm de grosor)
• El uso de venteos y compuertas para eliminar los defectos de fundición
• Los conductos de refrigeración de la matriz ayudan a regular la temperatura.

Fabricar un troquel para una culata de motocicleta suele costar entre $15.000 y $40.000, y se pueden producir más de 100.000 piezas antes de que la precisión de las piezas se vea reducida por el desgaste.

Uso de aleaciones tecnológicas en la fundición inyectada de aluminio

Las necesidades mecánicas y térmicas de las piezas de un motor de motocicleta deciden la elección de las aleaciones de aluminio utilizadas.

Aleaciones comunes:

Todos ellos presentan ciertas ventajas, como una gran conductividad térmica y resistencia a la fatiga. Por ejemplo, el A380 tiene una conductividad térmica de casi 96 W/m-K, lo que ayuda a eliminar rápidamente el calor del motor.

Trabajar con las herramientas y mantenerlas en buen estado en la fundición a presión

Viejas partes de motocicletas de fondo con la luz dura tono blanco y negro. reparación y mantenimiento de piezas viejas del motor

Dado el elevado número de piezas de fundición de automoción que se fabrican, debe prestarse especial atención al mantenimiento de las herramientas:

• Pulido del troquel cada 10.000 disparos
• Asegúrese de calentar las ollas a unos 200°C antes de empezar a utilizarlas para evitar cambios bruscos de temperatura.
• Compruebe regularmente si hay signos de daños, ya que pueden producir defectos como rebabas y piezas de molde desalineadas.

En la actualidad, las máquinas se encargan de la aplicación de agentes desmoldeantes y ayudan a controlar la temperatura de la matriz de un ciclo a otro, lo que redunda en una mayor uniformidad de los productos finales.

Impacto medioambiental y económico

Beneficios medioambientales:

• La fundición a presión de aluminio permite reciclar hasta 95% del material, lo que reduce las emisiones de carbono.
• Ayudan a ahorrar unos 30% en el uso de energía en comparación con los tipos de sistemas más antiguos.

Consideraciones económicas:

• Dado que las herramientas de fundición a presión son caras, la cantidad de piezas fabricadas hace que el coste de cada una sea muy bajo.
• La mayoría de las piezas de motores de motocicletas fabricadas con fundición a presión son hasta 40% más baratas que las fabricadas con mecanizado.
• Gracias a la fundición a presión, la fabricación moderna de motocicletas puede ser rentable y respetuosa con el medio ambiente.

Garantía de calidad en el proceso de fabricación

Los proveedores de piezas de motocicletas OEM deben aplicar las normas ISO 9001:2015 e IATF 16949. Entre los controles de calidad habituales se incluyen:

• La tecnología de rayos X se utiliza para comprobar si el interior del metal es poroso
• Confirme las medidas exactas de las piezas con máquinas de medición por coordenadas (MMC).
• Comprobar las zonas del motor que deben ser estancas
• Utilización de agua salada para comprobar la resistencia a la corrosión de las piezas de recambio de las motocicletas

El uso de normas garantiza que las piezas se ajusten tanto a las necesidades mecánicas requeridas como a la necesidad de seguridad en aplicaciones de alto rendimiento.

Capacidad para trabajar tanto con mecanizado CNC como con tratamientos superficiales.

Las piezas de fundición inyectada están casi listas, pero en algunos lugares (como los asientos de los rodamientos o los orificios de las roscas), aún es necesario el mecanizado CNC para garantizar su alta precisión.

Entre los pasos del postprocesamiento también se incluyen:

• Recubrimiento en polvo resistente al desgaste
• Anodizado anticorrosión
• La vibración y el volteo se utilizan para hacer la superficie más atractiva.

Como resultado, estas piezas son perfectas para su uso inmediato en las líneas de montaje de producción.

Papel en el rendimiento y la seguridad

La fundición a presión es esencial en muchas industrias.

• Reducir el peso: Los componentes fabricados con aluminio más ligero son mejores para el consumo de combustible y la maniobrabilidad del coche.
• Gestión del calor: Al proporcionar una mejor conductividad térmica, el calor se transfiere de forma eficiente desde su motor, eliminando las posibilidades de sobrecalentamiento.
• Seguridad estructural: Si la fundición del automóvil es perfecta, los soportes del manillar y de los reposapiés pueden ser más resistentes en caso de choque.

Aunque el alojamiento de la pinza de freno esté desajustado sólo 0,1 milímetros, puede provocar una fuga de líquido de frenos, lo que demuestra lo vital que es la buena calidad para la seguridad de la motocicleta.

Retos de la fundición a presión de motocicletas

Algunos retos del sector son:

• Reducción de los defectos de fundición en el proceso de prototipado rápido
• La subida de los precios del aluminio debido a la demanda mundial está provocando una escasez de suministros.
• Tratando de mantener la fuerza y al mismo tiempo mantener el cable ligero
• El agotamiento de las piezas por funcionar a temperaturas tan altas y ciclos tan rápidos.

Los expertos del sector están estudiando mejores materiales para las matrices, revestimientos avanzados (como la nitruración) y simulaciones de fundición asistidas por inteligencia artificial para resolver estos problemas.

El futuro: Fundiciones inteligentes e Industria 4.0

En el futuro, los aficionados a las motos verán probablemente estos elementos con:

• Los gemelos digitales pueden utilizarse para supervisar las condiciones del molde en cualquier momento.
• Uso de sensores que detectan y corrigen automáticamente los problemas de fundición
• La fabricación aditiva (impresión 3D) puede facilitar y agilizar la producción de troqueles complejos
• Incluir la energía verde en las fábricas de fundición de metales

El auge de los controles electrónicos y los motores alimentados por baterías en el diseño de motocicletas aumentará la necesidad de piezas de fundición a presión avanzadas en la industria.

Comparación: Fundición inyectada frente a otros métodos de fabricación

El éxito de las piezas del motor de una motocicleta depende en gran medida de la elección del método de fabricación adecuado. Veamos cómo se comparan las piezas de fundición a presión con otros procesos:

Vamos a establecer una comparación entre la fundición a presión y la fundición en arena.

Cuando se trata de prototipos y piezas grandes, la fundición en arena es menos cara; la fundición a alta presión es mejor para fabricar las mismas piezas varias veces para automóviles.

Fundición a presión frente a forja

Aunque las piezas forjadas son resistentes gracias a su estructura de flujo de grano, son menos complejas y ofrecen un acabado peor que la fundición a presión de aluminio. Para piezas que solo soportan una carga media, la fundición a presión es una opción mejor y más barata que otros métodos.

Optimización del diseño para la fundición de piezas de motocicletas

Los ingenieros emplean el análisis de elementos finitos (FEA) y la dinámica de fluidos computacional (CFD) durante el diseño para garantizar que una pieza sea resistente, ligera y asequible.

Las optimizaciones incluyen:

• Aumentar la fuerza gracias a las costillas, pero perder poca masa muscular.
• Espesor de pared uniforme (normalmente 2-3 mm)
• Permita de 0,5 a 2 grados de ángulo de inclinación para ayudar a liberar el troquel del juego de troqueles.
• También necesitarás salientes y almohadillas para los puntos de unión de las cargas con el remolque.
• Es muy importante diseñar los componentes con tanta precisión, especialmente en el caso de las motocicletas deportivas y de competición.

Enfriamiento en matrices de fundición a presión

Es importante regular la conductividad térmica de la matriz durante la colada para mantener la precisión en las dimensiones. Esto se consigue mediante:

• Hay canales de refrigeración conformados en la matriz.
• En las zonas calientes se utilizan pasadores térmicos (deflectores).
• La máquina pulveriza cada disparo para igualar el calentamiento.

Debe asegurarse de que la temperatura de la matriz oscila entre 180°C y 300°C. Si el metal se sobrecalienta, puede causar fatiga térmica y provocar defectos durante la fundición, como desgarros o soldaduras en caliente.

Ventajas e inconvenientes de la fundición a presión en la fabricación de motocicletas

Ahora, repasemos cuánto costaría fabricar un componente de motocicleta de tamaño medio, como una tapa lateral del motor (aproximadamente 1,2 kg de aluminio):

Compárelo con el mecanizado de barras ($8,50 por pieza), y podrá ver fácilmente por qué la fundición a presión puede ahorrarle dinero. Cualquier producción de más de 50.000 unidades de piezas de recambio para motocicletas encontrará en la fundición a presión el proceso más asequible.

Garantizar las certificaciones y la trazabilidad en la fundición a presión de motocicletas

Las piezas de fundición a presión deben ser trazables para todos los lotes manipulados por los proveedores OEM. Esto implica:

Serialización de piezas

• Administración de reactivos (sustancias, punto de fusión y todo lo que no esté limpio)
• Registro de temperatura y presión (fusión, inyección y matriz)
• Pruebas destructivas y no destructivas

Debe utilizar ISO 9001, TS 16949 y, en algunos casos, AS 9100 para las piezas que entran en el motor de la motocicleta, como las culatas y las tapas de transmisión.

Integración con otros procesos de fabricación

La fundición a presión no puede hacerse por sí sola. El proceso incluye iniciativas en la fabricación de motocicletas.

• Soldadura (por ejemplo, para soportes de montaje)
• Mecanizado (mandrinado, roscado, refrentado)
• Los usuarios pueden tratar las planchas con calor (exfor ample T6) para aumentar su resistencia.
• Líneas de montaje (robotizadas o manuales)

Un ejemplo automatizado podría ser una carcasa de engranaje fundida a presión:

• Fundición (aluminio A380)
• Mandrinado CNC (asiento de cojinete)
• El recubrimiento en polvo protege las piezas mecanizadas del desgaste y la corrosión.
• Los rodamientos de rodillos y los retenes de aceite se utilizan para el montaje.

Este método pone de relieve el papel que desempeña la fundición de automóviles en el conjunto de la industria.

Conclusión

Los motores y las piezas de recambio de motocicletas se forman mejor mediante fundición a presión que por otros métodos, debido a su gran precisión y al magnífico aspecto del producto final. Desde el uso de fundición de aluminio a presión, Los fabricantes obtienen altos niveles de precisión en las dimensiones, buena capacidad para transferir calor y gran resistencia en comparación con su peso. Aunque pueden producirse defectos de fundición, son fáciles de solucionar utilizando el control de procesos y técnicas avanzadas como la fundición a alta presión. El aumento de la demanda de motos de mejor rendimiento y menor consumo de combustible hará aún más importante que las piezas de fundición a presión ocupen un lugar destacado en la industria de la motocicleta de todo el mundo.

Preguntas frecuentes

¿Por qué las piezas producidas por fundición a presión de aluminio son especiales para motocicletas?

Las piezas fabricadas mediante fundición a presión de aluminio son ligeras, resistentes al calor y fuertes. Permite crear piezas complicadas que deben encajar estrechamente entre sí.

¿Qué piezas de las motocicletas se fabrican mediante el proceso de fundición a presión?

Entre los distintos productos de fundición a presión figuran cárteres, culatas, tapas de motor, pinzas de freno y piezas para soportes de manillar.

¿Qué estrategias se utilizan para garantizar la máxima calidad en algunas piezas de motocicletas?

Para garantizar la calidad, se utilizan la temperatura, la fundición en vacío e inspecciones que incluyen rayos X y mediciones de presión.

¿En qué se diferencia la fundición a presión de otros procesos?

Este método permite obtener una superficie más lisa, una mayor precisión, un trabajo más rápido y reduce el coste unitario cuando se producen muchas piezas iguales.