A indústria de manufatura moderna utiliza o alumínio em praticamente todas as aplicações. Ele é empregado na indústria automotiva, em eletrônicos, peças de máquinas, caixilhos de janelas, dissipadores de calor, caixas de proteção, utensílios de cozinha e muito mais. Isso frequentemente leva a uma pergunta simples: qual é a diferença entre alumínio e alumínio fundido? A resposta é que o alumínio é o metal, e o alumínio fundido é o alumínio moldado por meio de um processo específico de fundição.
Nem todos os produtos de alumínio têm a mesma composição ou propriedades. Como o alumínio é macio, os fabricantes misturam vários elementos ao alumínio puro para produzir diferentes ligas. Em seguida, submetem as ligas a diversas operações de fabricação, como laminação, extrusão, forjamento, usinagem, fundição em areia e fundição sob pressão.
Portanto, se uma peça for feita de alumínio, saber apenas essa informação não é suficiente para determinar como ela foi moldada. Por isso, é mais comum comparar o alumínio forjado com o alumínio fundido sob pressão. O alumínio forjado é alumínio maciço que é moldado por meios mecânicos. Alumínio fundido sob pressão é produzido por meio da injeção de liga fundida a alta pressão em uma matriz metálica. Essas diferenças afetam a resistência, a forma, o acabamento superficial, o custo de fabricação, as tolerâncias e a adequação a diferentes aplicações.
O que é o alumínio?
O alumínio é leve e apresenta boa resistência à corrosão, boa condutividade térmica e boa condutividade elétrica. A maioria dos produtos de engenharia utiliza ligas de alumínio, pois o alumínio puro é relativamente macio. As ligas são compostas por alumínio misturado com outros elementos, o que altera as propriedades do metal.
Por exemplo, a liga 6061 contém magnésio e silício e é utilizada em peças estruturais, estruturas, maquinário e peças usinadas. A liga 6063 é utilizada para perfis extrudados e produtos arquitetônicos, em parte devido ao seu bom acabamento superficial. A liga 7075 é uma liga de alta resistência que contém zinco, magnésio e cobre.
O método de fabricação também influencia as propriedades finais
Um bom lingote de alumínio poderia ser:
- Laminado em chapa ou placa
- Extrudado em um perfil
- Forjado para formar um componente de alta resistência
- Usinado para se tornar uma peça precisa
- Fundido em um molde
Todos esses processos têm como matéria-prima o alumínio, mas os produtos são diferentes.
· Alumínio forjado
O alumínio forjado é uma liga moldada na forma de um material sólido. Os processos comuns incluem laminação, extrusão e forjamento. Nesses processos, o metal sofre uma deformação controlada. À medida que o material se forma, sua estrutura de grãos se altera, o que pode melhorar a resistência e a ductilidade das ligas forjadas.
O alumínio extrudado é utilizado na fabricação de produtos longos com seções transversais uniformes, incluindo caixilhos de janela, perfis estruturais, canais, tubos e trilhos. O alumínio forjado oferece resistência mecânica e resistência a cargas repetidas. Forjamento a quente de alumínio, por exemplo, consiste em aquecer e comprimir o material em estado líquido sob alta pressão, em vez de despejá-lo em um molde para dar-lhe forma.
· Alumínio fundido
Os produtos de fundição de alumínio são peças de liga de alumínio formadas por meio do derramamento ou injeção de liga de alumínio fundida. Existem várias formas de fundição. A fundição de alumínio inclui a fundição em areia, a fundição por gravidade, a fundição em molde permanente, a fundição por cera perdida e a fundição sob pressão fundição sob pressão.
A escolha depende da geometria da peça, do volume de produção, das propriedades desejadas, do custo das ferramentas e das especificações de superfície. A fundição sob pressão é um tipo específico de fundição. Sob alta pressão, a liga de alumínio fundida é injetada na cavidade de um molde metálico e a preenche rapidamente. À medida que o metal esfria, o molde se abre e os operários retiram a peça.
O que é alumínio fundido sob pressão?
O alumínio fundido sob alta pressão é uma liga de alumínio produzida por meio de alta pressão fundição sob pressão. O processo começa com lingotes de liga de alumínio ou outra matéria-prima adequada. A liga é fundida e mantida a uma temperatura controlada. Em seguida, uma máquina de fundição injeta o metal fundido em um molde de aço em alta velocidade e pressão. O molde contém a cavidade para a peça acabada.
Depois que o metal preenche a cavidade, a peça começa a se solidificar. A matriz se abre e os operários removem a peça fundida. Os operários removem o material excedente dos canais de alimentação, dos pontos de injeção e das rebarbas.
A molde para fundição sob pressão é projetado com base na geometria da peça, no fluxo do material, nos requisitos de resfriamento, no sistema de ejeção e no volume de produção previsto. Esse processo é especialmente útil para a produção de grandes quantidades de peças com dimensões repetidas e formas complexas.
Entre as ligas comuns utilizadas na fundição sob pressão estão a ADC12, a A380, a A360 e várias outras ligas à base de alumínio. Essas ligas contêm mais elementos de liga do que muitos tipos comuns de alumínio forjado. O silício é especialmente útil, pois melhora a fluidez e ajuda o metal fundido a preencher seções finas e com detalhes.
Alumínio x alumínio fundido: qual é a principal diferença?
A maior diferença não está simplesmente na palavra “alumínio”. A verdadeira diferença está na forma como a liga de alumínio é processada e moldada. O alumínio forjado parte de uma peça sólida e é moldado mecanicamente. O alumínio fundido sob pressão parte de uma liga fundida e é injetado em uma cavidade metálica.
Essa diferença afeta a estrutura granular, os formatos disponíveis, as propriedades mecânicas, a velocidade de produção e o custo.
| Fator | Alumínio | Alumínio fundido sob pressão |
| Formulário inicial | Qualquer peça de lingote maciço, chapa, placa, barra ou extrusão | Liga de alumínio fundida |
| Principais processos | Laminagem, extrusão, forjamento, usinagem | Fundição sob pressão de alta pressão |
| Ligas comuns | 6061, 6063, 6082, 7075 | ADC12, A380, A360 |
| Gama de formatos | Ideal para perfis, chapas, tubos e peças usinadas | Ideal para peças 3D complexas |
| Paredes finas | É possível, dependendo do processo | Ideal para seções finas |
| Volume de produção | Do menor para o maior | Mais adequado para volumes médios e altos |
| Ferramentas | Geralmente menor para formas simples | Custo inicial mais elevado com ferramentas |
| Porosidade | Material forjado com ruído muito baixo | Existe algum risco de porosidade decorrente da fundição |
| Usinagem secundária | Frequentemente mais alto | Geralmente mais baixo |
| Produtos típicos | Estruturas, eixos, placas, suportes | Carcaças, tampas, suportes, peças de motor |
Por que a fundição sob pressão é utilizada para peças complexas
A principal vantagem da fundição sob pressão é sua capacidade de produzir formas complexas. A fabricação da peça a partir de um bloco sólido de alumínio pode exigir vários processos de fabricação, como a adição de saliências, nervuras, elementos de montagem, superfícies curvas e paredes finas.
Um único ciclo de produção permite obter a mesma geometria básica em uma máquina de fundição sob pressão. Isso economiza material e reduz o tempo de usinagem.
A fundição sob pressão também oferece boa repetibilidade. Uma vez definidos o molde e o processo, um fabricante pode produzir inúmeros componentes semelhantes, de tamanho comparável. Isso a torna útil na indústria automotiva para a fabricação de componentes, caixas de equipamentos eletrônicos, corpos de iluminação, caixas de motores, equipamentos industriais e produtos de consumo.
· É aí que entram as ferramentas
Um dos maiores custos iniciais na fundição sob pressão é o das ferramentas de aço. Um molde de fundição sob pressão é composto por uma cavidade, canais de distribuição, portas de injeção, canais de resfriamento, corrediças, um sistema ejetor e outros elementos necessários para a fabricação da peça.
Antes da fabricação, a matriz deve ser cuidadosamente projetada para garantir que seja adequada. A matriz deve ser projetada com cuidado antes da fabricação. A espessura da parede, as linhas de divisão, as nervuras, os ressaltos, os recortes, o fluxo do metal e os ângulos de inclinação influenciam o produto final. Um projeto inadequado da matriz pode causar preenchimento insuficiente, porosidade, rebarbas, distorção, desgaste da matriz e dificuldades de ejeção.
Os fabricantes costumam realizar uma análise do projeto com foco na fabricação antes de fabricar as ferramentas, a fim de garantir que possam produzir o produto.
Qual é a resistência do alumínio fundido?
Essa questão requer um pouco de cuidado, pois o termo “alumínio” se refere a diversas ligas e processos. Nem todas as peças de alumínio fundidas sob pressão são necessariamente mais frágeis do que todas as peças de alumínio forjado. Essa comparação depende da liga, do estado de endurecimento, do processo de fundição, do tratamento térmico, do formato da peça e das condições de carga.
O limite de escoamento e o alongamento de ligas forjadas, como a 6061-T6, podem exceder os de algumas ligas comuns para fundição sob pressão, como a ADC12 ou a A380. As ligas fundidas sob pressão, no entanto, são adequadas para carcaças, suportes, tampas, peças de motor, dissipadores de calor e muitas outras peças que exigem boa resistência.
· O que é porosidade?
A porosidade consiste nos pequenos orifícios presentes em uma peça fundida. O ar ou o gás podem ficar retidos no metal fundido durante a injeção rápida e a solidificação. O encolhimento durante a solidificação também pode causar vazios internos.
Nem todas as peças porosas são necessariamente inutilizáveis. O controle do processo, a seleção adequada da liga, a fundição assistida a vácuo, a espessura de parede apropriada e um bom projeto das ferramentas podem minimizar esse problema. Se as peças precisarem ser estanques à pressão ou apresentarem alto desempenho estrutural, opte por um método de fundição que atenda a esses requisitos.
Uma aplicação em que a redução do gás retido é importante é a fundição sob vácuo.
Como se comparam os acabamentos de superfície?
As superfícies de alumínio fundido sob pressão são relativamente lisas, pois o metal fundido se adapta ao formato da matriz de aço. A aparência final depende da superfície da matriz, da liga, dos parâmetros de fundição, do corte de sobras e de quaisquer operações de acabamento.
Outra vantagem do alumínio são os bons acabamentos superficiais, especialmente quando extrudado e usinado. Existem várias opções de acabamento disponíveis para ambos os tipos de produtos de alumínio. As opções mais comuns incluem:
- Anodização
- Revestimento em pó
- Pintura
- Polimento
- Jateamento
- Usinagem CNC
- Revestimento
Cada liga fundida por injeção se comportará de maneira diferente quando submetida a diversos tipos de acabamento. A composição da liga é importante.
Qual deles custa menos?
Não há uma resposta única, já que o cálculo varia de acordo com o volume de produção. Para protótipos, pequenas quantidades, formas simples e peças já disponíveis como perfis ou chapas padrão, o alumínio costuma ser uma boa opção.
Os custos iniciais com ferramentas são elevados na fundição sob pressão. No entanto, o custo por peça geralmente diminui à medida que o volume de produção aumenta, uma vez que a ferramenta esteja pronta. Ao produzir milhares ou centenas de milhares de peças iguais, a fundição sob pressão pode ser mais econômica.
| Necessidade de produção | A escolha certa |
| Protótipo único | Alumínio usinado |
| Lote pequeno | Alumínio usinado ou fundido por gravidade |
| Perfil longo simples | Alumínio extrudado |
| Peça estrutural de alta resistência | Alumínio forjado ou forjamento |
| Conjunto habitacional | Alumínio fundido sob pressão |
| Suportes para grandes volumes | Alumínio fundido sob pressão |
| Peça fundida grande e simples | Fundição em areia ou por gravidade |
| Dimensões locais restritas | Dimensões locais restritas |
A escolha deve se basear na peça e não apenas no nome do material.
Aplicações comuns do alumínio
O alumínio forjado é utilizado em produtos nos quais a resistência, o baixo peso, a resistência à corrosão ou um perfil específico são fatores importantes.
Entre os exemplos típicos estão:
- Molduras de janelas e portas
- Perfis estruturais
- Componentes de aeronaves
- Quadros de bicicletas
- Trocadores de calor
- Peças de máquinas
- Componentes de suspensão automotiva
- Eixos e suportes
- Placas e painéis
A liga exata varia de acordo com a aplicação.
Por exemplo, o 6061 é utilizado para peças estruturais em geral e peças usinadas, enquanto o 7075 é utilizado para aplicações que exigem maior resistência.
Aplicações comuns do alumínio fundido sob pressão
Produtos com geometria complexa e produzidos em grande escala são geralmente fabricados em alumínio fundido sob pressão.
Entre as aplicações típicas estão:
- Carcaças automotivas
- Tampas de transmissão
- Carcaças de motor
- Caixas de câmbio
- Caixas de luz LED
- Caixas para equipamentos eletrônicos
- Dissipadores de calor
- Caixas para equipamentos industriais
- Corpos de bomba
- Suportes
- Componentes de eletrodomésticos
O processo também se aplica quando vários elementos são integrados em uma única peça.
Por exemplo, uma carcaça pode ter saliências de fixação, nervuras, orifícios para parafusos, aberturas para cabos e aletas de resfriamento, todos fundidos em uma única peça.
O que os fabricantes devem escolher?
Primeiro, defina os requisitos da peça.
Quando a peça é simples e requer um perfil longo e uniforme, a extrusão pode ser a opção mais adequada. Uma liga forjada ou uma peça forjada pode ser mais adequada se a peça precisar suportar cargas repetidas e exigir alta resistência.
Quanto mais características o projeto incorporar e quanto maior for o volume de produção, mais atraente se torna a fundição sob pressão.
As perguntas a seguir ajudam a refinar o processo:
· Qual é o grau de complexidade da peça?
O alumínio costuma ser mais fácil de ser moldado em chapas, barras, tubos e perfis simples. Carcaças e suportes complexos são bons candidatos à fundição sob pressão.
· Quantas peças são necessárias?
Às vezes, algumas dezenas de peças não justificam o investimento em matrizes de fundição sob pressão. Na produção de grandes quantidades, é mais fácil dividir o custo da matriz entre os componentes individuais.
· Quanta força é necessária?
Para aplicações que envolvam altas cargas, impacto, fadiga ou questões de segurança, os engenheiros devem utilizar dados reais sobre ligas e processos, em vez do termo genérico “alumínio”.”
· Essa peça precisa ser estanque à pressão?
Se o componente contiver fluido ou gás, preste muita atenção à porosidade. Pode ser necessário recorrer à fundição sob vácuo, à composição adequada da liga e a testes de estanqueidade.
· Qual é o nível aceitável de usinagem?
A fundição sob pressão produz um produto quase acabado, mas orifícios, superfícies de vedação, roscas e tolerâncias estreitas geralmente exigem usinagem CNC posteriormente. Ao utilizar uma placa, barra ou lingote de alumínio, também é necessário usinar o material.
Conclusão
O alumínio e o alumínio fundido sob alta pressão não são dois metais completamente diferentes. O alumínio é o metal base e o nome dado a uma grande família de ligas. O alumínio fundido sob alta pressão refere-se às ligas de alumínio fundidas sob alta pressão. Quando a resistência e a ductilidade são importantes, o alumínio é um bom material para perfis, chapas, peças usinadas e componentes. O alumínio fundido sob pressão é utilizado para formas complexas, paredes finas, características integradas e produção em grande volume.
Para os fabricantes, trata-se de uma escolha de peças, e não de nomes de materiais. A extrusão pode ser o melhor método para criar um perfil simples. Um componente sujeito a altas cargas pode ser mais adequado para forjamento ou outros processos de conformação. A fundição sob pressão pode ser uma opção melhor para um invólucro eletrônico complexo. Antes da produção, analise o projeto quanto à espessura da parede, inclinação, linhas de divisão, requisitos de usinagem, seleção da liga, tolerâncias e quantidades de produção. Um projeto bem elaborado molde para fundição sob pressão e, em seguida, ajuda a transformar o projeto aprovado em peças de produção padronizadas.
As etapas típicas para empresas que estão passando de arquivos CAD ou amostras físicas para a produção incluem: Análise de DFM, Projeto de Ferramentas, Fabricação de Moldes, Aprovação de Amostras, Produção, Acabamento, Inspeção e Montagem. Tomar as decisões corretas antes do início da fabricação das ferramentas economizará os custos de alterações posteriores.