O processo de fabricação de motocicletas tem melhorado ultimamente, especialmente no que se refere à fabricação de peças mais leves e resistentes. Uma das maneiras mais importantes de fabricar peças nesse setor é usar a fundição sob pressão, o que significa que você pode moldar o metal para obter peças fortes e precisas que são usadas nas motocicletas atuais. Entre elas, peças como peças de motor de motocicleta, quadros de bicicleta e peças de carroceria feitas com fundição de alumínio são populares porque são resistentes, bem feitas e podem suportar muito calor. 

Este artigo aborda como a fundição sob pressão é usada para fabricar peças de motocicletas, falando sobre coisas como a temperatura certa, a quantidade de pressão necessária, a rapidez com que os materiais aquecem ou esfriam e a verificação de que as peças se encaixam corretamente e têm a aparência que deveriam.

Entendendo a tecnologia de fundição sob pressão

A fundição sob pressão recebe esse nome porque o metal é empurrado para dentro de um molde rapidamente e sob muita pressão. Esse método permite a fabricação de peças pequenas e detalhadas que se encaixam muito bem e não precisam de muita usinagem para obter a forma correta.

O setor usa principalmente dois tipos diferentes de métodos de fundição sob pressão.

• Fundição sob pressão em câmara quente
• Fundição sob pressão em câmara fria

A fundição sob pressão de alta pressão em câmara fria é frequentemente usada para fabricar peças de motores de motocicletas porque os materiais usados para fabricá-las precisam ser derretidos a uma temperatura bastante alta.

Por que os fabricantes de motocicletas escolhem a fundição sob pressão?

A fundição sob pressão é usada com frequência pelos fabricantes de motocicletas porque produz peças resistentes e capazes de suportar o uso severo a que as motos são submetidas, além de permitir a fabricação de peças mais rapidamente e a um custo menor.

A fundição sob pressão é importante porque nos permite fabricar peças para motocicletas que precisam ser bastante resistentes e pesadas.

• Alta relação resistência/peso
• Excelente acabamento de superfície
• Condutividade térmica para peças sensíveis ao calor
• Precisão dimensional rigorosa

Como a fundição sob pressão de alumínio é durável e tem excelente resistência à corrosão, ela é usada para produzir carcaças de embreagem, cárteres, cabeçotes e tampas de engrenagens.

Peças de fundição sob pressão em motocicletas

A. Componentes do motor

• Cabeçote do cilindro
• Cárter
• Carcaças da bomba de óleo
• Tampas de transmissão

Quando a motocicleta está funcionando, muitas das peças são aquecidas a altas temperaturas e submetidas a muita pressão dentro do motor. Portanto, elas geralmente são fabricadas colocando metal em um molde e exercendo muita pressão sobre ele para que o metal permaneça sólido e não tenha muitos orifícios de ar.

B. Peças estruturais

• Grampos do guidão
• Suportes para os pés
• Cubos de roda

Elas precisam ser precisas, com precisão de um décimo de milímetro, e devem ter a mesma resistência de todas as outras peças da estrutura.

C. Peças estéticas e de apoio

• Carcaças de espelhos
• Suportes de indicadores
• Suportes para placas de identificação

Apesar de não precisarem suportar uma carga, essas peças podem ser fabricadas com uma superfície excelente, o que torna menos provável a necessidade de mais processamento.

Materiais e propriedades térmicas

A maioria das peças fundidas para motocicletas é criada usando ligas de alumínio (A380, ADC12 ou LM6).

Principais propriedades da liga de alumínio do A380:

Devido à sua condutividade térmica, o calor é capaz de se dissipar livremente nas peças do motor das motocicletas, principalmente nos motores refrigerados a ar. 

Detalhado: Peças de fundição sob pressão em motocicletas

A fundição sob pressão é uma parte importante da fabricação de motocicletas atualmente, pois permite que a empresa produza rapidamente peças fortes e exatas que são leves. O processo funciona bem com metais como o alumínio, já que esses materiais são bons para estruturas e máquinas porque são fortes, porém leves, e também emitem menos calor quando estão sendo soldados.

Abaixo, você encontrará algumas das peças de fundição sob pressão mais comumente usadas em motocicletas, juntamente com o que elas fazem, de que materiais geralmente são feitas, quanta força precisam suportar e que tipos de moldes são melhores para fabricá-las.

1. Cárter do motor

Função:

O cárter é onde se encontram o virabrequim, a transmissão e, às vezes, um local de armazenamento para o óleo do motor. É uma das partes mais difíceis de lidar, pois pode ficar muito quente e causar altos níveis de estresse em um motor de motocicleta.

Material:

• Liga de alumínio (A380 ou ADC12)
• Condutividade térmica: ~96-105 W/m-K
• Ponto de fusão: ~610°C
• Temperatura operacional: 80-120°C

Requisitos de fundição:

• Uma espessura de 2,5 a 3 mm permite materiais mais leves.
• Passagens dentro do motor que ajudam a mover o óleo e a manter as peças resfriadas
• Requer o uso de prensas que trabalham em alta pressão, juntamente com uma máquina a vácuo para ajudar a manter o metal livre de furos.

Tolerância dimensional:

• ±0,05 mm para superfícies que unem um rolamento e um alojamento

2. Cabeçote do cilindro

Função:

O cabeçote do cilindro fecha a parte em que o combustível é queimado e mantém as válvulas, as velas de ignição e o eixo de comando de válvulas no lugar.

Material:

• Alumínio LM6 ou ADC12
• Deve suportar altas cargas térmicas (200-250°C)
• Boa usinabilidade e resistência à corrosão

Considerações sobre o elenco:

• É necessária uma ventilação precisa do molde para evitar que o gás fique preso no item moldado.
• A usinagem CNC pós-fundição ajuda a garantir que as guias de válvulas e os furos do eixo de comando de válvulas nas peças de alumínio tenham um acabamento uniforme e suave.
• A tubulação precisa ser estanque à pressão (o teste de pressão hidrostática é realizado em até 5 bar).

3. Tampas do motor (embreagem, magneto, caixa de câmbio)

Função:

Proteja itens como as velas de ignição, as válvulas e os pistões do motor contra sujeira, vazamento de óleo ou danos externos.

Material:

• Alumínio A360 ou A380
• Geralmente com revestimento em pó ou anodizado após a fundição
• Espessura da parede: 2,5 a 4 mm

Método de fundição:

A fundição sob pressão de alta pressão geralmente resulta em acabamentos de superfície lisos com pequenos buracos na superfície, o que significa que a superfície é realmente lisa ao toque.

Importância:

Permite que o carro mantenha a pressão do óleo e um sistema de resfriamento eficiente. Também ajuda a dar uma boa aparência e a fazer com que as pessoas reconheçam a marca.

4. Suportes de guidão e braçadeiras triplas

Função:

As peças conectam a coluna de direção aos garfos e ajudam a sustentá-los.

Material:

• Fundição sob pressão de alumínio (A356 ou A380)
• Força de rendimento: ~200-250 MPa
• A vida útil da fadiga foi testada até 100.000 vezes, passando por diferentes cargas.

Detalhes do elenco:

• Exigir alta precisão dimensional
• O tratamento térmico pode ser feito após a fundição para melhorar a ductilidade da peça
• Os rolamentos de direção devem ser instalados com tolerâncias de 0,02 mm

5. Alojamentos da pinça de freio

Função:

O pistão do rake e os canais de fluido de freio ajudam a acionar os freios.

Material:

• Alumínio de alta resistência (A413 ou ADC12 modificado)
• Deve resistir à alta pressão da água (100 a 120 vezes mais que a pressão normal do ar).
• Alta resistência à corrosão porque pode suportar o contato com o lixo na estrada e a umidade.

Considerações sobre o elenco:

• Os canais internos de fluido não devem ter nenhum defeito que possa obstruir o fluxo de fluido.
• O teste de vazamento deve ser feito em cada lote de produto.
• A vedação nos pistões depende muito do acabamento da superfície.

6. Suportes de apoio para os pés e suportes laterais

Função:

Suportar o peso do motociclista e manter a motocicleta estável quando estacionada.

Material:

• Ligas que combinam alumínio e silício para torná-las mais resistentes ao desgaste
• Resistência à tração: ~180 MPa
• Dureza: ~80-100 HB

Método de fundição:

A fundição por gravidade ou fundição de baixa pressão é usada quando você precisa de uma superfície de melhor aparência e com menor probabilidade de quebrar.

7. Componentes do braço oscilante (em alguns modelos)

Função:

Suporta o roda traseira e ajuda a mantê-lo em movimento para cima e para baixo.

Material:

• Às vezes, é feito de alumínio resistente, usando matrizes (A356-T6).
• Resistência ao rendimento após o tratamento: ~240 MPa
• Espessura da parede: 4-6 mm, dependendo dos caminhos de carga

Notas sobre o elenco:

• O FEA é usado para a distribuição de tensão
• Soldagem ou usinagem pós-fundição para os rolamentos.

Tabela de resumo das principais peças de fundição sob pressão

Cada uma dessas peças de fundição é importante porque ajuda a garantir que as motocicletas funcionem bem, permaneçam seguras e não quebrem. Os engenheiros passam muito tempo certificando-se de que as peças tenham o formato certo, sejam muito leves, mas ainda assim resistentes o suficiente para o trabalho, e isso é feito principalmente com a ajuda do forte processo de fundição de alumínio.

Parâmetros do processo de fundição sob pressão

A. Pressão de injeção

Na fundição sob pressão, a quantidade de pressão usada é de cerca de 200 a 1.000 libras por polegada quadrada, o que ajuda o metal a se mover rapidamente para dentro do molde e garante que não haja muitas bolhas de ar na peça.

B. Temperatura do molde

As temperaturas típicas do molde estão normalmente entre 180 e 300 graus Celsius e são reguladas por canais de resfriamento para ajudar a garantir que o metal esfrie e endureça uniformemente.

C. Tempo de preenchimento

Se você injetar o molde em 0,1 segundo para peças pequenas, isso evitará o fechamento a frio e alisará a superfície.

D. Pós-processamento

Após a fundição, as peças são submetidas:

• Corte de corredores e aberturas
• Jateamento ou tombamento
• Usinagem de dimensões críticas
• Tratamentos de superfície, como anodização ou revestimento em pó, ajudam a proteger as peças metálicas e também as tornam mais bonitas.

Essas etapas são importantes porque ajudam a garantir que as peças estejam funcionando bem e se encaixem perfeitamente em uma bicicleta de corrida.

Defeitos comuns de fundição e soluções

Apesar das vantagens, a fundição sob pressão pode causar problemas com as peças fundidas se não for cuidadosamente cuidada.

Defeitos típicos:

É importante garantir o controle de qualidade da fundição automotiva para que seu uso permaneça seguro.

Vantagens de usar a fundição sob pressão para motocicletas

• Ferramentas e máquinas precisas significam que não há necessidade de tanto pós-processamento.
• É possível fabricar milhares das mesmas peças usando apenas uma matriz para produção em massa.
• A fundição de alumínio ajuda a reduzir o peso dos componentes.
• A boa condutividade térmica permite um melhor resfriamento do motor.
• Mais rápido e mais barato do que produzir peças a partir de um tarugo.

Estudo de caso: Fabricação de cárteres

O cárter é importante para qualquer motocicleta porque protege o virabrequim e a transmissão. Geralmente, a fundição de alta pressão é usada para produzir um cárter padrão.

• Temperatura de derretimento: 675°C
• Temperatura do molde: 250°C
• Pressão de injeção: 70 MPa
• Tempo de ciclo: 60 segundos
• Tolerância: ±0,05 mm
• Tratamento térmico: T6 para melhorar as propriedades mecânicas

Os componentes de precisão aumentam o desempenho do motor e, ao mesmo tempo, aliviam sua carga e economizam combustível.

Últimas tendências em fundição sob pressão para motocicletas

• Motocicletas elétricas: Mais pessoas estão solicitando capas leves para baterias e motores.
• Ligas de magnésio: Embora seja mais caro, o magnésio pesa ainda menos.
• Controle de qualidade automatizado: As ferramentas de IA são usadas para identificar problemas de fundição à medida que eles ocorrem em tempo real.
• Matrizes impressas em 3D: Desenvolvimento mais rápido de amostras e menor tempo de preparação de ferramentas.

A tecnologia AW impulsionará a eficácia e o design dos componentes de motocicletas no futuro.

Projeto de matrizes para peças de motocicletas

O desempenho e a durabilidade das peças fundidas sob pressão dependem muito do projeto da matriz. Na fabricação de motocicletas, as matrizes são construídas de acordo com as necessidades específicas de cada projeto.

Por exemplo, é possível encontrar geometrias complexas, como cárteres que têm canais de óleo em seu interior.

• Seções de paredes finas (variando de 1,5 a 3 mm de espessura)
• O uso de ventilação e vedação para se livrar de defeitos de fundição
• As linhas de resfriamento na matriz ajudam a regular a temperatura.

Normalmente, custa entre $15.000 e $40.000 para fazer uma matriz para um cabeçote de cilindro de motocicleta, e é possível produzir mais de 100.000 peças antes que a precisão das peças seja reduzida pelo desgaste.

Uso de ligas tecnológicas na fundição sob pressão de alumínio

As necessidades mecânicas e térmicas das peças em um motor de motocicleta decidem a escolha das ligas de alumínio utilizadas.

Ligas comuns:

Todos eles têm certos benefícios, incluindo forte condutividade térmica e resistência à fadiga. Por exemplo, o A380 tem uma condutividade térmica de quase 96 W/m-K, o que ajuda a eliminar rapidamente o calor do motor.

Trabalhando com as ferramentas e mantendo sua manutenção na fundição sob pressão

Fundo de peças antigas de motocicletas com luz forte em preto e branco. reparo e manutenção de peças antigas do motor

Com um grande número de peças de fundição automotivas produzidas, é necessário dar atenção especial à manutenção das ferramentas:

• Polimento do molde a cada 10.000 disparos
• Certifique-se de aquecer as panelas a cerca de 200 °C antes de começar a usá-las para evitar mudanças bruscas de temperatura.
• Verifique regularmente se há sinais de danos, pois eles podem resultar em falhas, como flashes e peças de molde desalinhadas.

Atualmente, as máquinas lidam com a aplicação de agentes de liberação de mofo e ajudam a controlar a temperatura da matriz de ciclo a ciclo, o que leva a uma melhor consistência nos produtos finais.

Impacto ambiental e econômico

Benefícios ambientais:

• A fundição de alumínio permite que até 95% do material seja reciclado, o que reduz as emissões de carbono.
• Eles ajudam a economizar cerca de 30% no uso de energia quando comparados aos tipos de sistemas mais antigos.

Considerações econômicas:

• Como as ferramentas de fundição sob pressão são caras, a quantidade de peças produzidas leva a um custo muito baixo para cada uma delas.
• A maioria das peças de motor de motocicleta fabricadas com fundição sob pressão é até 40% mais barata do que as fabricadas com usinagem.
• Ao usar a fundição sob pressão, a fabricação moderna de motocicletas pode ser econômica e ecologicamente correta.

Garantia de qualidade no processo de fabricação

Os fornecedores de peças para motocicletas OEM devem implementar as normas ISO 9001:2015 e IATF 16949. As verificações de qualidade comuns incluem:

• A tecnologia de raios X é usada para verificar se o interior do metal é poroso
• Confirmar as medidas precisas das peças com máquinas de medição por coordenadas (CMM).
• Teste as áreas do motor que precisam ser à prova de vazamentos
• Uso de água salgada para verificar as propriedades de resistência à corrosão das peças de reposição de motocicletas

O uso de padrões garante que as peças atendam tanto às necessidades mecânicas exigidas quanto à necessidade de segurança em aplicações de alto desempenho.

Capacidade de trabalhar com usinagem CNC e tratamentos de superfície

As peças fundidas sob pressão estão praticamente prontas, mas em determinados locais (como assentos de rolamentos ou furos de rosca), a usinagem CNC ainda é necessária para garantir a alta precisão.

As etapas de pós-processamento também incluem:

• Revestimento em pó para resistência ao desgaste
• Anodização para proteção contra corrosão
• A vibração e o tombamento são usados para tornar a superfície mais atraente

Como resultado, essas peças são perfeitas para uso imediato nas linhas de montagem da produção.

Papel no desempenho e na segurança

A fundição sob pressão é essencial em muitos setores.

• Redução de peso: Os componentes feitos de alumínio mais leve são melhores para o uso de combustível e para o manuseio do carro.
• Gerenciamento de calor: Ao proporcionar melhor condutividade térmica, o calor é transferido com eficiência do motor, eliminando as chances de superaquecimento.
• Segurança estrutural: Se a fundição automotiva for perfeita, os suportes do guidão e do apoio para os pés podem ser mais fortes durante as colisões.

Mesmo que a carcaça da pinça de freio esteja com apenas 0,1 milímetro de folga, isso pode causar um vazamento de fluido de freio, o que prova como a boa qualidade é vital para a segurança da motocicleta.

Desafios na fundição sob pressão de motocicletas

Alguns desafios do setor incluem:

• Redução de falhas de fundição no processo de prototipagem rápida
• O aumento dos preços do alumínio devido à demanda mundial está levando a uma escassez de suprimentos.
• Tentar manter a força e, ao mesmo tempo, manter o fio leve
• A exaustão das peças devido ao funcionamento em temperaturas tão altas e ciclos rápidos

Os especialistas do setor estão procurando melhores materiais para matrizes, revestimentos avançados (como nitretação) e simulações de fundição auxiliadas por IA para lidar com esses problemas.

O futuro: Fundições inteligentes e Indústria 4.0

No futuro, os fãs de motocicletas provavelmente verão esses elementos com:

• Os gêmeos digitais podem ser usados para supervisionar as condições do molde a qualquer momento.
• Uso de sensores que detectam e corrigem problemas de fundição automaticamente
• A manufatura aditiva (impressão 3D) pode facilitar e agilizar a produção de inserções de matrizes complexas
• Inclusão de energia verde em fábricas de fundição de metais

O aumento dos controles eletrônicos e dos motores movidos a bateria no design de motocicletas aumentará a necessidade de peças fundidas sob pressão avançadas no setor

Comparação: Fundição sob pressão vs. outros métodos de fabricação

O sucesso das peças do motor da motocicleta depende muito da escolha do método de fabricação adequado. Vamos ver como as peças fundidas sob pressão se comparam a outros processos:

Faremos uma comparação entre a fundição sob pressão e a fundição em areia.

Quando se trata de protótipos e fundição de peças grandes, a fundição em areia é mais barata; a fundição em alta pressão é melhor para a fabricação das mesmas peças várias vezes para automóveis.

Fundição sob pressão vs. forjamento

Embora os forjados forneçam peças resistentes graças à sua estrutura de fluxo de grãos, eles são menos complexos e oferecem um acabamento inferior ao que a fundição de alumínio pode oferecer. Para peças que suportam apenas uma carga média, a fundição sob pressão é uma opção melhor e mais barata do que outros métodos.

Otimização do projeto para fundição de peças de motocicleta

Os engenheiros utilizam a Análise de Elementos Finitos (FEA) e a Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) durante o projeto para garantir que uma peça seja resistente, leve e econômica.

As otimizações incluem:

• Aumento da força por meio de nervuras, mas perda de pouca massa muscular
• Espessura uniforme da parede (normalmente de 2 a 3 mm)
• Deixe de 0,5 a 2 graus de ângulo de inclinação para ajudar a liberar a matriz do conjunto de matrizes.
• Você também precisará de ressaltos e coxins para o local onde as cargas se juntam ao reboque.
• É muito importante projetar componentes com tanta precisão, especialmente para motocicletas esportivas e de corrida.

Resfriamento em matrizes de fundição sob pressão

É importante regular a condutividade térmica da matriz durante a fundição para manter a precisão das dimensões. Isso é conseguido por meio de:

• Há canais de resfriamento conformes na matriz.
• Os pinos térmicos (defletores) são usados em zonas quentes.
• Cada dose é pulverizada pela máquina para uniformizar o aquecimento.

Você deve garantir que a temperatura da matriz esteja entre 180°C e 300°C. Se o metal superaquecer, poderá causar fadiga térmica e resultar em defeitos durante a fundição, como rasgos a quente ou soldas.

Os prós e contras da fundição sob pressão usada na fabricação de motocicletas

Agora, vamos analisar quanto custaria fabricar um componente de motocicleta de tamanho médio, como uma tampa lateral do motor (aproximadamente 1,2 kg de alumínio):

Compare isso com a usinagem de estoque de barras ($8,50 por peça) e você poderá ver facilmente por que a fundição sob pressão pode economizar dinheiro. Qualquer produção de mais de 50.000 unidades de peças sobressalentes para motocicletas verá que a fundição sob pressão é o processo mais econômico.

Garantia de certificações e rastreabilidade na fundição sob pressão de motocicletas

As peças de fundição sob pressão devem ser rastreáveis para todos os lotes manuseados pelos fornecedores OEM. Isso envolve:

Serialização de peças

• Administração de reagentes (substâncias, ponto de fusão e qualquer coisa impura)
• Registro de temperatura e pressão (fusão, injeção e matriz)
• Testes destrutivos e não destrutivos

Você deve usar ISO 9001, TS 16949 e, em alguns casos, AS 9100 para peças que entram no motor da motocicleta, como cabeçotes e tampas de transmissão.

Integração com outros processos de fabricação

A fundição sob pressão não pode ser feita por si só. O processo inclui iniciativas na fabricação de motocicletas.

• Soldagem (por exemplo, para suportes de montagem)
• Usinagem (mandrilamento, rosqueamento, faceamento)
• Os usuários podem tratar as chapas com calor (exfor ample T6) para aumentar sua resistência.
• Linhas de montagem (assistidas por robôs ou manuais)

Um exemplo automatizado poderia ser uma carcaça de engrenagem fundida:

• Fundição (alumínio A380)
• Mandrilamento CNC (assento do rolamento)
• O revestimento em pó protege as peças usinadas contra o desgaste e a corrosão.
• Os rolamentos de rolos e as vedações de óleo são usados para a montagem.

Esse método destaca o papel que a fundição automotiva desempenha no setor como um todo.

Conclusão

Os motores e as peças de reposição de motocicletas são mais bem formados por meio de fundição sob pressão do que por outros métodos, devido à sua alta precisão e à excelente aparência do produto final. A partir do uso de fundição sob pressão de alumínio, Os fabricantes obtêm altos níveis de precisão nas dimensões, boa capacidade de transferência de calor e alta resistência em relação ao seu peso. Embora possam ocorrer defeitos de fundição, eles são fáceis de corrigir com o uso de controle de processo e técnicas avançadas, como a fundição de alta pressão. O aumento da demanda por motos de melhor desempenho e com baixo consumo de combustível fará com que seja ainda mais importante que as peças fundidas sob pressão se tornem proeminentes no setor de motocicletas em todo o mundo.

Perguntas frequentes

Por que as peças produzidas por fundição sob pressão de alumínio são especiais para motocicletas?

As peças produzidas por meio de fundição sob pressão de alumínio são leves, resistentes ao calor e fortes. Ela permite a criação de peças complicadas que devem se encaixar perfeitamente.

Quais peças das motocicletas são fabricadas pelo processo de fundição sob pressão?

Os diferentes produtos fundidos sob pressão incluem cárteres, cabeçotes, tampas de motor, pinças de freio e peças para suportes de guidão.

Que estratégias são usadas para garantir a qualidade superior de algumas peças de motocicletas?

A temperatura, a fundição a vácuo e as inspeções que incluem raios X e medições de pressão são usadas para garantir a qualidade.

Como a fundição sob pressão se sai melhor do que outros processos?

Esse método resulta em uma superfície mais lisa, maior precisão, trabalho mais rápido e reduz o custo unitário ao produzir muitas peças iguais.