Ligas de Alumínio Avançadas em Fundição Personalizada de Metais para Peças de Alto Desempenho

A Fundição Personalizada de Metal é um método bem estabelecido para produzir componentes metálicos leves, complexos e altamente precisos em quantidades de produção economicamente viáveis. No entanto, o desempenho dos componentes de fundição sob pressão depende de mais do que apenas a metodologia de fundição. O desempenho do sistema de metal fundido será afetado pela composição da liga, design dos componentes, design do chip, condições térmicas e de fluxo e pelo seu controlo, bem como pelas operações de pós-fundição.

À medida que os produtos automóveis, eletrónicos, automáticos e relacionados com energia se tornam mais compactos e funcionalmente integrados, os fabricantes estão a analisar ligas de alumínio que proporcionam um equilíbrio mais adequado entre resistência, calibrabilidade, desempenho térmico, resistência à corrosão e custo.

O que são ligas avançadas de fundição de alumínio?

"Liga de alumínio avançada" não se refere a um grau específico. Na Fundição Personalizada de Metais, geralmente descreve uma liga selecionada ou ajustada para um determinado requisito de desempenho.

• Maior resistência mecânica: Melhor para fabricar suportes, carcaças, suportes e outras peças sujeitas a cargas mecânicas.

• Condutividade térmica melhorada: Melhor para uso como dissipadores de calor, carcaças para LEDs e outras eletrónicas, componentes de gestão térmica e dentro de carcaças termicamente condutivas.

• Melhor resistência à corrosão: Melhores para uso em ambientes exteriores, húmidos e/ou quimicamente agressivos são as ligas de composição controlada e com baixo teor de cobre.

• Maior ductilidade: Melhor para peças que precisam de se deformar sem se partir.

• Melhor estanqueidade à pressão: Melhor para invólucros de bomba, carcaças para válvulas e outros componentes de controlo de fluidos que requerem uma superfície de vedação estável.

• Resistência ao desgaste melhorada: Melhores para uso em deslizamento, rotação ou aplicações onde se espera desgaste abrasivo são as ligas mais fortemente endurecidas.

O alumínio é o metal mais utilizado na fundição sob pressão devido à sua combinação de baixo peso, resistência à corrosão, boa condutividade e boa estabilidade dimensional.

Como os Elementos de Liga Afetam o Desempenho

Apesar de ser tão leve e condutor, o alumínio puro geralmente não é aplicável para fundição sob pressão padrão a altas pressões. A liga melhora a fluidez, resistência, dureza, capacidade e desempenho em serviço.

Silício

O silício melhora a fluidez, ajudando a Custom Metal Die Casting a preencher paredes finas e características complexas. Também pode reduzir a contração e a craqueamento a quente, embora a usinagem, ductilidade e desempenho térmico continuem a ser considerações importantes.

Cobre

O cobre pode melhorar a resistência, dureza e desempenho a altas temperaturas, mas níveis mais elevados podem reduzir a resistência à corrosão.

Magnésio

O magnésio aumenta a resistência e a dureza, enquanto quantidades excessivas podem reduzir a ductilidade.

Ferro e Manganês

O ferro pode reduzir a adesão do alumínio ao aço de matriz, enquanto o manganês ajuda a controlar as fases que contêm ferro. Ambos requerem composição controlada para manter a qualidade da fundição.

Comparação das Opções Comuns de Ligas de Alumínio

A tabela seguinte apresenta uma visão geral da seleção. As propriedades reais variam consoante limites de composição, parâmetros de fundição, geometria, porosidade, tratamentos térmicos e protocolos de teste.

De acordo com a NADCA, a A380 está listada como uma liga altamente utilizada. O A383 é geralmente utilizado para formas complexas, o A413 para componentes que requerem estanqueidade à pressão, e o A390 para aplicações que exigem resistência ao desgaste.

A Gestão Térmica é uma Consideração ao Nível do Sistema

Uma das aplicações crescentes da fundição sob pressão de metal personalizada é a Gestão Térmica para veículos elétricos e híbridos, telecomunicações, sistemas de dados, eletrónica de potência, iluminação LED e outras áreas relacionadas.

A Gestão Térmica é frequentemente o principal motor de design para a fundição de componentes. Uma liga termicamente condutora mais elevada não significa que o componente fundido será uma melhor peça de arrefecimento. Algumas das outras considerações de design são:

Design das aletas: A transferência de calor pode ser melhorada com aletas mais longas e finas.

• Espessura de parede constante: Manter a espessura da parede uniforme permite um melhor fluxo do metal e reduz a ocorrência de pontos quentes.

• Interfaces Planas: Os componentes que devem ser colocados em contacto próximo devem ter superfícies usinadas com precisão para proporcionar melhor contacto.

• Fluxo de ar: As aletas devem ser posicionadas para otimizar o método de arrefecimento preferido, natural ou forçado.

• Tratamentos de Superfície: Avaliar o revestimento quanto à sua capacidade de proteção contra corrosão e à sua capacidade de transferência térmica.

Com base nos documentos técnicos da NADCA, níveis mais baixos de silício podem aumentar o grau de enchimento e o nível de condutividade térmica, mas também podem afetar negativamente o enchimento de secções finas e intrincadas de fundição de alta pressão. É importante avaliar as características de um material e o design de um componente para determinar a funcionalidade da liga.

A Importância do Design de Bolores

A utilização de ligas de fundição de alta qualidade não garante a produção de fundições de qualidade se o design do molde for deficiente no controlo do enchimento, ventilação, arrefecimento e ejeção das fundições.

Considere o seguinte ao desenhar um molde:

• Desenho da comporta e do conduto: O metal deve fluir através da cavidade no tempo de enchimento desejado e com um fluxo controlado.

• Projeto de transbordo e ventilação: Deve existir uma rota de escape suficiente para o ar sair da cavidade.

• Arrefecimento equilibrado: O objetivo deve ser reduzir a diferença no tempo de solidificação entre secções finas e espessas.

• Colocação da linha de separação: A aparência da peça, bem como o grau de corte e de recorte serão afetados pela linha de separação. Além disso, a linha de separação afetará as dimensões da peça.

• Design de ejeção: O design deve permitir a ejeção da fundição sem distorção e sem danos evidentes de ejeção.

• Desenho da espessura da parede: Sempre que possível, o desenho deve incluir alterações graduais de espessura em vez de mudanças abruptas.

A North American Die Casting Association recomenda alterações graduais na espessura sempre que possível e o uso de alterações graduais de espessura para manter a espessura da parede o mais uniforme possível.

SunOn's Política de Design e Fabrico

Para projetos de fundição de alumínio, a SunOn suporta um fluxo de trabalho desde a revisão de desenhos até ao Design for Fabricability (DFM), análise de fluxo de molde, design de moldes, fabrico de ferramentas, montagem, ensaios T1, modificação de molde e início da produção. Para além do alumínio, a SunOn também oferece fundição de zinco para aplicações que requerem detalhes mais finos e paredes mais finas.

Para oProjeto de fundição sob pressão em metal personalizado, a SunOn pode construir os seguintes moldes:

• 8407 Aço: Quando as propriedades de ciclo térmico, polimento e resistência ao heat check são de principal interesse, pode ser utilizado este aço para ferramentas de trabalho quente.

• Aço H13: Este aço proporciona uma excelente combinação de resistência ao calor e tenacidade com resistência à fadiga térmica.

• 4Cr5MoSiV1: Este aço pode ser adequado para as partes externas do molde que podem subir altas temperaturas e pressão, e estar sujeitas a erosão.

• Inserções Berílio-Cobre: O uso de inserções localizadas pode acelerar a transferência de calor nas secções do molde onde o arrefecimento é relativamente lento.

A SunOn integra ainda a fundição sob pressão, fabrico de moldes, maquinagem CNC, desbarbação, acabamento de superfícies, montagem e embalagem. Os seus fluxos de processo incluem DFM, fabrico de ferramentas CNC/EDM, ensaios de molde e inspeções e ajustes T1 antes da produção.

Escolher uma liga para um novo projeto

Uma decisão bem informada sobre a Custom Metal Die Casting deve considerar todo o ambiente operacional e não apenas um valor.

Antes de a equipa do projeto poder determinar uma liga adequada, deve determinar o seguinte:

• Cargas Mecânicas: devem ser considerados diferentes tipos de requisitos, incluindo estática, impacto, vibração e fadiga.

• Temperatura de Operação: devem ser consideradas as temperaturas de funcionamento típicas e atípicas (pico).

• Exposição: considere exposição à humidade, sal, químicos e/ou exposição ao exterior.

• Térmico: Considere as considerações necessárias para a gestão térmica, por exemplo, a remoção de calor.

• Dimensão: considerar tanto tolerâncias funcionais como outras dimensões menos críticas.

• Acabamento: considerar tanto o tratamento superficial necessário como a sua compatibilidade com a liga.

• Volume: considere os custos de produção (ferramentas, ciclo e manutenção) e a vida útil esperada do molde.

Palavras finais

Selecionar uma liga de alumínio avançada para fundição sob pressão significa pesar a capacidade, resistência, ductilidade, resistência à corrosão e condutividade em relação ao custo e facilidade de acabamento.

O bem-sucedido design de peças requer coordenar a seleção de ligas, geometria da peça, design do molde e do sistema de portões, parâmetros de processo e inspeção, tudo como parte de um plano integrado. O alinhamento do projetista, fornecedor de materiais e fabricante da fundição sob pressão no início do processo de conceção ajudará na coordenação e na prevenção de alterações nas ferramentas.

Perguntas Frequentes

P1. As fundições de alumínio são resistentes à corrosão?

A maioria das ligas de alumínio tem algum grau de resistência à corrosão. No entanto, diferentes ligas experienciam diferentes níveis de desempenho.

P2. Porque é que as ligas de alumínio são preferidas para fundição sob pressão?

As ligas de alumínio são preferidas devido à combinação de baixa densidade, alta resistência, resistência à corrosão e boa condutividade térmica.

P3. Qual liga de alumínio é mais usada para fundição sob pressão?

O ADC12 é a liga mais comum para função, pois é uma das ligas mais equilibradas em termos de calibrabilidade, resistência e maquinabilidade.

P4. Qual é o papel do silício nas ligas de alumínio para fundição sob pressão?

O silício aumenta a fluidez do metal fundido e ajuda no preenchimento de secções finas e formas intrincadas.

P5. Que propriedades o cobre acrescenta às ligas de alumínio?

O cobre melhora a resistência e dureza da liga à temperatura ambiente e a temperaturas elevadas.