La pressofusione di alluminio è una tecnica comune per la realizzazione di alloggiamenti per motori. È abbastanza efficiente da battere qualsiasi livello di complessità del progetto. Il processo inizia riscaldando l'alluminio fino al suo punto di fusione e inserendolo nello stampo. Le carcasse dei motori realizzate in alluminio hanno un peso inferiore alla media, durano più a lungo e hanno un'eccellente conduttività termica.

Scopriamo come il processo di pressofusione realizza questo prodotto utilizzando leghe adeguate e le sue applicazioni e vantaggi.

Vantaggi della pressofusione di alluminio per le carcasse dei motori

La pressofusione di alluminio per gli alloggiamenti dei motori è il processo ideale. Questo perché conferisce al pezzo la forza e la durata necessarie per resistere al calore intenso.

Leghe come A380, ADC12 e A356 sono i materiali migliori da utilizzare per l'alloggiamento del motore. La lega A380 ha infatti una grande resistenza alla trazione, pari a 310 MPa. Ciò significa che può sopportare carichi pesanti.

Nel frattempo, l'ADC12 è un'altra delle opzioni preferite, perché contiene una conducibilità termica di 96-105 W/m-K. Questo di solito favorisce la dissipazione del calore.

Mentre l'A356 non solo offre la migliore qualità dei pezzi, ma può raggiungere un allungamento fino a 7%. Ciò significa che può resistere meglio agli urti. In qualche modo, l'allungamento dipende dalle condizioni di trattamento termico.

Tutte queste caratteristiche rendono l'alloggiamento in alluminio la scelta perfetta per le applicazioni automobilistiche, aerospaziali e industriali.

Metriche di prestazione

Leggero:

Quando si lavora con l'alluminio, i pezzi sono leggeri. Ad esempio, questi componenti sono 60% meno pesanti della ghisa. Ciò dimostra che è facile maneggiare gli alloggiamenti dei motori e trasportarli.

Alta precisione:

La pressofusione assume i profili dei prodotti in modo efficiente e non crea varianti. È quindi una buona opzione per ottenere tolleranze strette fino a +/- 0,05 mm.

Conduttività termica:

I motori generano un calore eccessivo durante il funzionamento. Per questo motivo l'alluminio è generalmente più indicato per l'alloggiamento del motore, grazie alla sua buona conduttività termica. Mantiene i componenti freddi. Ad esempio, la lega di alluminio A356 ha una conducibilità termica di 150 W/m-K.

Conducibilità elettrica:

Alcuni progetti di motori richiedono una buona conduttività elettrica. Quindi, l'alluminio è sufficiente anche per questa proprietà.

Resistenza alla fatica:

Il materiale degli alloggiamenti dei motori, tuttavia, deve sopportare sollecitazioni ripetute senza rompersi. A questo scopo, una lega come l'A380 è adatta perché offre la durata necessaria e dura più a lungo.

Analisi dei costi

Costo totale di gestione:

I costi iniziali di attrezzaggio della pressofusione diventano accessibili grazie al suo utilizzo a lungo termine. Inoltre, l'alluminio non è costoso come l'acciaio e il processo di fusione riduce gli scarti.

Confronto con altri metodi:

La semplicità del processo, che prevede un minor numero di fasi, lo rende meno costoso di altri metodi di fusione e lavorazione.

Impatto ambientale

Il processo di pressofusione trasforma il materiale in eccesso in progetti di riutilizzo. Perché l'alluminio è 100% riciclabile e non ha un grande impatto sull'ambiente. Inoltre, grazie alla sua leggerezza, consuma meno energia e consente di risparmiare 25% carburante.

Considerazioni sulla progettazione di alloggiamenti per motori in pressofusione di alluminio

FEA e simulazione

L'elaborazione dell'analisi agli elementi finiti si avvale di simulazioni al computer. Migliora i progetti e segnala i difetti imminenti prima della produzione. Ad esempio, punti di stress, flusso di calore, ecc. In modo che l'alloggiamento del motore funzioni in modo efficiente.

Analisi di sforzo/deformazione:

Nel caso della resistenza alle sollecitazioni, le simulazioni aiutano i produttori a identificare i punti deboli, anche le aree rinforzate soggette a cricche. Inoltre, l'utilizzo della lega A380 può aiutare a gestire sollecitazioni intorno ai 150-200 MPa. Di solito si tratta di un valore pari a quello delle parti del motore di un'automobile.

Analisi termica:

Le simulazioni determinano le capacità di movimento del calore durante la progettazione delle strutture di raffreddamento. Questo perché l'alloggiamento del motore deve rimanere sotto i 150°C senza rilasciare calore eccessivo.

Riduzione dei difetti:

Gli strumenti di simulazione aiutano a eliminare le possibilità di difetti, come la porosità dell'aria, di circa 30-50%.

Progettazione del sistema Gating e Runner

I sistemi di chiusura fungono da percorsi per il metallo fuso, facendolo fluire verso lo stampo. Le loro tecniche di posizionamento influenzano la qualità e la resistenza dei risultati.

Velocità di flusso:

Il riempimento dello stampo deve essere uniforme e non deve durare più di 2-5 secondi. Un tempo eccessivo aumenta le possibilità di intrappolamento dell'aria. Questo provoca porosità (piccoli fori)

Tipi di cancello:

• Porte a linguetta: Hanno uno spessore di 2-5 mm e sono adatte a pezzi grandi e pesanti.
• Porte a spillo: Hanno una larghezza di 1-3 mm. Si possono utilizzare per parti a parete sottile come i coperchi degli alloggiamenti dei motori.
• Cancelli di troppopieno: Possono catturare le impurità. Queste porte migliorano anche la finitura superficiale di 20%.

Controllo della turbolenza:

La progettazione dei canali di scorrimento in modo corretto consente di ottenere pezzi robusti e lisci. Riduce la porosità fino a 20-30%.

Dettagli sul design dello stampo

Lo stampo è un componente importante della pressofusione. Esso modella il metallo fuso nel pezzo finale. Le tecniche di progettazione hanno un impatto significativo sulla produzione. Ad esempio, le guide e le anime dello stampo producono caratteristiche dichiarate come le alette di raffreddamento. Ma in qualche modo, l'aggiunta di 3 o 5 strati fa aumentare i prezzi da 10 a 15%.

Allo stesso modo, posizionando i perni di espulsione a una distanza di 10-15 mm l'uno dall'altro, si evita che i pezzi si pieghino durante il processo.

Per quanto riguarda i canali di raffreddamento, devono essere larghi circa 5-10 mm. Questo perché una riduzione del tempo di raffreddamento accelera la velocità di produzione.

Gestione termica

Una gestione termica efficace è importante durante la fusione per evitare il surriscaldamento. Ad esempio, l'uso di dissipatori di calore e di alette nella progettazione degli stampi crea superfici sufficienti (50-70%) da cui può fuoriuscire il calore eccessivo nei pezzi.

Inoltre, è opportuno utilizzare canali di raffreddamento con temperature più basse (20-30°C).

Inoltre, gli stampi basati sul raffreddamento ad acqua si raffreddano rapidamente da 600°C a 200°C, in non più di 1-2 minuti. Ciò favorisce ulteriormente la ciclicità e l'efficienza della produzione.

Processo di produzione delle carcasse di motori in alluminio pressofuso

In un processo come pressofusione di alluminio I pezzi contengono finiture robuste e dichiarate. Questo è il risultato dell'uso dell'iniezione di lega fusa ad alta pressione.

Le macchine di colata introducono il metallo riscaldato nello stampo per mezzo di un pistone e di un manicotto. La piastra funge invece da strumento di supporto. Il morsetto a ginocchiera lo fissa saldamente.

Inoltre, i produttori forniscono alla colata la pressione necessaria tramite un accumulatore di gas/olio per rendere il processo più fluido.

Tipi di macchine per la pressofusione

Macchine a camera calda:

La pressofusione a camera calda si adatta bene alle leghe che non hanno un elevato punto di fusione. Ad esempio, zinco o piombo. Questo perché i metalli ad alto punto di fusione, come l'alluminio, possono danneggiare le attrezzature delle macchine.

Nel caso del processo a camera calda, i produttori mantengono il metallo in una camera riscaldata. In questo modo lo versano direttamente nello stampo.

Macchine a camera fredda:

Queste macchine sono ideali per la fusione di leghe con punto di fusione da moderato a elevato. Ad esempio, alluminio, rame, titanio, ecc. Durante questa tecnica, i produttori utilizzano camere separate per fondere la lega selezionata. Quindi la trasferiscono nello stampo utilizzando una siviera. La macchina lavora con una pressione di iniezione di 10-175 MPa. In questo modo il metallo liquido si distribuisce uniformemente all'interno delle aree.

Forza di serraggio e tempo di ciclo:

La macchina, tuttavia, utilizza una forza di chiusura di 1.000-5.000 kN per chiudere saldamente lo stampo. Ogni ciclo, che comprende l'iniezione, il raffreddamento e l'espulsione, è completo e non richiede più di 30-120 secondi. Ciò dipende dalle dimensioni e dalla complessità del pezzo.

Preparazione del metallo fuso

• Fusione: Questa fase consiste nel riscaldare l'alluminio a 680-750°C in un forno. La temperatura non deve essere modificata per evitare un'eccessiva ossidazione e mantenere la fluidità.
• Degassificazione: Questo processo è importante nel caso in cui la lega fusa smetta di assorbire idrogeno dall'aria. Di conseguenza, si verifica una porosità. Per questo motivo, il degasaggio rimuove principalmente l'idrogeno gassoso. Pertanto, previene la porosità e rende la colata più resistente.
• Filtrazione: Nel metallo sono presenti impurità, come ossidi e particelle non metalliche. Questo indebolisce la fusione. Queste possono essere rimosse con un filtro in ceramica. La rimozione delle impurità rende il metallo più puro (15-25%) e crea una finitura liscia.

Controllo della temperatura dello stampo

La gestione della temperatura dello stampo è necessaria per eliminare i difetti e produrre pezzi migliori. Ad esempio, i canali di raffreddamento all'interno dello stampo fanno circolare acqua o olio. Impedendo deformazioni e ritiri, raffreddano uniformemente il metallo.

Allo stesso modo, gli elementi riscaldanti soddisfano le esigenze di calore di alcuni stampi. In questo modo stabilizzano la temperatura ed evitano le crepe.

Inoltre, i sistemi di controllo della temperatura mantengono la temperatura dello stampo intorno ai 150-250°C. In questo modo si riducono le chiusure a freddo o gli eccessivi ritiri.

Automazione nella pressofusione

Manipolazione robotica:

L'integrazione dei robot contribuisce a ridurre il tempo di ciclo complessivo (10-20%). Perché gestiscono attività che vanno dalla fusione ai prodotti finali. Ciò significa che ci sono meno possibilità di errore e i risultati sono più efficienti.

Spruzzatura automatizzata degli stampi:

Per distribuire uniformemente i lubrificanti sullo stampo, è utile l'automazione. Spruzza le aree nascoste e prolunga la vita del pezzo 15-30%.

Controllo di qualità e collaudo delle carcasse di motori in alluminio pressofuso

Prove non distruttive (NDT)

Metodo dell'eco a impulsi:

Un trasduttore trasmette onde ultrasoniche nell'alloggiamento. Queste onde si riflettono sui difetti quando non li attraversano. Si concentra quasi sulle parti per indicare i difetti del metallo.

Attraverso il metodo di trasmissione:

Durante questa tecnica, il personale si occupa dei due trasduttori su entrambi i lati della colata. Se c'è un difetto, le onde non passano o si indeboliscono.

Tecniche di ispezione

Ispezione a raggi X:

Queste ispezioni analizzano i difetti interni della colata, come la porosità o il ritiro. Che potrebbero compromettere le prestazioni effettive. Ad esempio, l'analisi a ultrasuoni individua le crepe nascoste tramite onde sonore ad alta frequenza. L'ispezione con colorante penetrante, invece, individua i difetti superficiali con un determinato colorante.

Controllo statistico del processo (SPC)

I sensori di automazione collegati a macchine come SPC identificano in tempo reale pressione, calore, velocità di raffreddamento e tempi di ciclo. È possibile regolare immediatamente i parametri per ottenere una migliore produzione. Inoltre, aiutano a ridurre i difetti 20-40% e gli sprechi di materiale. Forniscono coerenza nella qualità di ogni lotto.

Valutazione metallurgica

• Analisi della microstruttura: Aiuta a riconoscere l'effettiva formazione dei grani e la distribuzione del metallo per la durata.
• Controlli di conformità: Questo processo assicura che l'alloggiamento sia conforme agli standard ASTM B85 per la resistenza meccanica.

Applicazioni e settori che utilizzano le custodie per motori in pressofusione di alluminio

Automobile:

Gli alloggiamenti dei motori in alluminio sono utilizzati nei motori dei veicoli elettrici (EV). Continuano a lavorare in modo efficiente, contenendo il peso. Inoltre, la gestione termica migliora e la batteria dura più a lungo.

Aerospaziale e droni:

L'alloggiamento nei sistemi di propulsione dei droni blocca le temperature estreme e le vibrazioni. Le operazioni si svolgono senza problemi.

Macchinari industriali:

Molti bracci robotici, nastri trasportatori e sistemi automatizzati utilizzano l'alloggiamento del motore. Questo perché garantisce l'integrità strutturale e dissipa il calore per garantire prestazioni costanti.

Energia rinnovabile:

In condizioni climatiche variabili, queste fusioni aiutano a mantenere l'efficienza dei motori delle turbine eoliche e dei sistemi di inseguimento solare.

Apparecchiature mediche:

L'alloggiamento del motore è sempre più richiesto nelle apparecchiature mediche. Questo grazie al suo design di precisione, alle dimensioni compatte e alla sua durata.

Conclusione:

Gli aspetti più importanti dell'alloggiamento del motore in alluminio pressofuso sono la resistenza, la durata e l'eccellente dissipazione del calore. Per questo motivo è l'opzione migliore per le parti del motore, dove la sua leggerezza migliora l'efficienza energetica. Inoltre, i miglioramenti apportati alle leghe e alle tecniche di lavorazione consentono di ottenere soluzioni più resistenti, efficienti ed ecologiche.