TL;DR

La fundició per injecció per a carcasos de transmissió és un procés de fabricació d'alta pressió essencial per a la indústria automobilística. Utilitza aliatges d'alumini específics, com ara A380 i ADC12, per crear components precisos, lleugers i estructuralment resistents. Aquest mètode aconsegueix una reducció de pes significativa en comparació amb materials tradicionals com el ferro colat, alhora que assegura l'alt rendiment, la gestió tèrmica i la durabilitat necessàries per als trens motrius dels vehicles moderns.

El procés de fundició per injecció d'alta pressió explicat

La col·locació a alta pressió és una tècnica de fabricació sofisticada en què es injecta metall fos en un motlle d'acer, conegut com a matriu, sota una força considerable. Aquest procés és ideal per produir geometries complexes d'una carcassa de transmissió amb una velocitat i precisió excepcionals. La peça solidificada, o colada, es desenmolda, retalla i acaba posteriorment. Aquest mètode és molt valorat per la seva capacitat per crear peces de forma final o gairebé final, minimitzant la necessitat de mecanitzats secundaris extensos i reduint els costos generals de producció en sèries altes.

El procés es pot classificar àmpliament en dos tipus: colada per motlles de cambra calenta i de cambra freda. Per a les carcasses de transmissió d'alumini, s'utilitza el procés de cambra freda. En aquest mètode, una quantitat precisa d'alumini fos es canalitza des d'un forn separat cap a una cambra d'injecció "freda" abans que un èmbol hidràulic l'impulsi cap al motlle. Aquesta separació evita que l'alumini fos estigui en contacte constant amb el mecanisme d'injecció, fet crucial per manipular metalls amb punts de fusió més elevats com l'alumini i prevenir la corrosió de l'equip.

El cicle de producció d'una carcassa de transmissió segueix diverses etapes clau:

1. Preparació del motlle: Les dues meitats del motlle d'acer es netegen i lubriquen per facilitar l'expulsió de la peça i allargar la vida útil de l'eina.
2. Injecció: L'aliatge d'alumini fos s'injecta a l'interior de la cavitat del motlle a alta velocitat i pressió, assegurant que el metall omple cada detall intrincat del disseny complex de la carcassa.
3. Solidificació: El metall es refreda i solidifica ràpidament dins la matriu refrigerada per aigua. Aquest temps de cicle breu és una gran avantatge de la col·locació en motlles.
4. Expulsió: Un cop solidificat, les dues meitats de la matriu s'obren i la peça colada és expulsada per agulles d'expulsió.
5. Acabat: A continuació, la peça colada es trasllada a una estació de desbarbatge on s'elimina el material sobrant (rebava, canals d'injecció, ports). Les operacions posteriors poden incloure projecció abrasiva, mecanitzat de superfícies clau i neteja.

Tanmateix, la producció de components tan complexos com els cossos de vàlvules de transmissió es considera un dels reptes més difícils en la col·locació en motlles d'alumini. Aquestes peces requereixen motlles intrincats amb components fràgils i interconnectats. Per assegurar la màxima qualitat i minimitzar defectes com la porositat, són essencials tècniques avançades. Els fabricants utilitzen programari sofisticat de simulació per optimitzar el flux del metall i sistemes amb assistència de buit per eliminar l'aire atrapat a la cambra del motlle, obtenint així peces colades més densos, resistents i fiables. Per obtenir més informació sobre components complexos, Blue Ridge Pressure Castings ofereix informació detallada sobre la fabricació de cossos de vàlvula i estators.

Selecció crítica de materials: aliatges d'alumini per a l'efectivitat

La selecció de l'aliatge d'alumini és una decisió fonamental que afecta directament el rendiment, la durabilitat i la relació qualitat-preu d'un contenidor de transmissió per gravat. L'alumini és el material triat gràcies a la seva excel·lent relació resistència-pes, conductivitat tèrmica i resistència a la corrosió. Els diferents aliatges ofereixen propietats úniques adaptades a requisits específics de rendiment, des de suportar càrregues elevades de parell fins a garantir l'estanquitat a pressió en sistemes hidràulics.

El procés de selecció implica equilibrar les propietats mecàniques, la capacitat de colada i les necessitats específiques de l'aplicació. Per exemple, les aliatges amb un contingut més alt de silici ofereixen una millor fluïdesa, fet que els fa adequats per omplir seccions primes i complexes d'una carcassa. En canvi, les aliatges amb un contingut més alt de coure proporcionen una resistència i una resistència a l'abrasió millorades. Segons una anàlisi realitzada per Autocast Inc. , s'utilitzen habitualment diversos aliatges per a aplicacions automotrius, cadascun amb avantatges diferents.

A continuació es mostra una comparació dels aliatges d'alumini més comuns utilitzats per a la colada a pressió de carcases de transmissió:

Finalment, l'aliaatge adequat depèn de les exigències específiques del sistema de propulsió. Els enginyers han de considerar factors com la temperatura de funcionament, l'esforç mecànic, l'exposició a fluids corrosius i els requisits d'usinatge per prendre una decisió informada que asseguri que el producte final compleixi les normes automotrius estrictes en quant al rendiment i la fiabilitat.

Beneficis clau de la col·laboració per injecció per a carcasses de transmissió

L'ús de la col·locació a pressió elevada per a carcasos de transmissió ofereix una sèrie d'avantatges tècnics i econòmics crucials per al competitiu mercat automobilístic. Aquest mètode de fabricació no només consisteix a crear una peça, sinó a optimitzar el rendiment, reduir el pes i permetre dissenys innovadors que serien difícils o massa costosos d'aconseguir amb altres mètodes.

Els beneficis principals inclouen:

• Reducció significativa del pes: Els carcasos d'alumini obtinguts per col·locació poden assolir una reducció de pes d'un 40% en comparació amb components tradicionals de ferro colat. Aquesta lleugeresa és fonamental per millorar l'eficiència del combustible del vehicle i la seva dinàmica de conducció.
• Complexitat i integració del disseny: El procés permet crear formes complexes i intrincades amb parets primes. Això permet als enginyers integrar característiques com canals de refrigeració, bosses de muntatge i nervis d'empotentament directament en la col·locació, reduint la necessitat de peces separades i operacions posteriors de muntatge.
• Alta precisió i consistència: La fundició permet assolir una precisió dimensional excepcional i una gran consistència entre peces. Els millors fabricants poden aconseguir toleràncies tan ajustades com ±0,05 mm, assegurant un ajust precís per a components interns com engranatges i rodaments.
• Excel·lent gestió tèrmica: Les aliatges d'alumini tenen una alta conductivitat tèrmica (aproximadament 150 W/m·K), la qual cosa els permet dissipar eficientment la calor generada per la transmissió. Això ajuda a mantenir temperatures òptimes de funcionament, millora la vida del lubricant i augmenta la fiabilitat general del grup motopropulsor.
• Acabat superior de superfície: El procés produeix un acabat superficial llis (sovint Ra ≤1,6 µm), el qual pot reduir o eliminar la necessitat d'operacions de finat segones en superfícies no crítiques.

Quan es compara la fundició en motlle amb altres mètodes de fabricació, especialment amb mecanitzat CNC, la diferència clau rau en l'escalabilitat i el cost per peça. Tot i que el mecanitzat CNC ofereix una gran precisió i és ideal per a prototipatge o producció de baix volum, la fundició en motlle és molt més econòmica per a grans sèries de producció. La inversió inicial en utillatges per a la fundició en motlle és elevada, però el baix cost per peça i els temps de cicle ràpids generen estalvis significatius a gran escala.

Assolir la qualitat: especificacions tècniques i inspecció

Per a un component crític com una carcassa de transmissió, la qualitat és imprescindible. Aquestes peces han de suportar temperatures extremes, altes càrregues de parell i vibracions constants sense fallar. Per tant, és essencial disposar d'un procés robust de control de qualitat durant tot el cicle de fabricació per fundició en motlle, des del disseny inicial fins a la inspecció final. Els fabricants líders segueixen normes estrictes per garantir que cada carcassa compleixi especificacions exigents.

Un dels reptes clau en la col·locació d’alumini és gestionar la porositat, que són petits buits o bombolles de gas atrapades dins el metall quan es solidifica. Una porositat excessiva pot comprometre la integritat estructural i l’estanquitat a pressió del contenidor. Per combatre això, els fabricants utilitzen tècniques avançades com la col·locació amb assistència de buit per extreure l’aire de la cambra del motlle abans de la injecció. A més, un disseny sofisticat del motlle i una anàlisi tèrmica ajuden a assegurar una solidificació controlada i direccional del metall, desplaçant cap a àrees no crítiques qualsevol porositat residual.

El procés de fabricació d’una transmissió completa implica més que només el contenidor. Tot i que la col·locació és ideal per a la forma complexa del contenidor, altres components interns sotmesos a alta tensió sovint requereixen processos especialitzats diferents. Per exemple, moltes rodes dentades i eixos depenen de la forja d’alta resistència per assolir la durabilitat i la resistència a la fatiga necessàries. Les empreses centrades en parts de forja automotiva , com ara Shaoyi (Ningbo) Metal Technology, proporcionen aquests components interns essencials, demostrant com es necessita una combinació de tècniques de fabricació avançades per construir una transmissió moderna.

Per verificar que cada carcassa acabada compleix les especificacions, s'emplea un procés d'inspecció en múltiples etapes:

• Inspecció dimensional: Les màquines de mesura per coordenades (CMM) s'utilitzen per verificar que totes les dimensions crítiques, com els forats dels coixinets i les superfícies de muntatge, estiguin dins dels ajustos estrets especificats (per exemple, ±0,05 mm).
• Prova d'integritat estructural: S'utilitzen mètodes no destructius com la inspecció per raigs X per detectar defectes interns com la porositat, assegurant que la peça colada sigui sòlida i exempta de defectes ocults. Alguns proveïdors tenen com a objectiu assolir nivells de porositat inferiors al 0,1%.
• Prova d'estanquitat: Les carcasses sovint es sotmeten a proves de pressió per garantir que estiguin perfectament segellades, fet vital per contenir el fluid de la transmissió.
• Anàlisi del material: S'utilitzen espectròmetres per confirmar la composició química de l'aliatge d'alumini, assegurant que compleixi la qualitat requerida.

Finalment, un indicador clau del compromís d'un proveïdor amb la qualitat és la certificació segons estàndards de la indústria automotriu. Una certificació IATF 16949, esmentada per proveïdors com Tecnologia EMP , demostra que el fabricant ha implementat un sistema de gestió de la qualitat rigorós dissenyat per complir els exigents requisits del sector automotriu.

Preguntes freqüents

1. Quina aliatge s'hauria d'utilitzar per a una injecció de metall d'una carcassa de transmissió?

Els aliatges d'alumini més comuns per a carcases de transmissió són l'A380 i l'ADC12. L'A380 ofereix un bon equilibri general entre resistència, capacitat d'injecció i propietats tèrmiques. L'ADC12 és conegut per la seva excel·lent fluïdesa, cosa que el fa adequat per a peces molt complexes. Altres aliatges com l'A413 s'utilitzen en components que requereixen una major estanqueïtat a pressió.

2. És més econòmic fer injecció de metall que CNC?

Per a grans volums de producció, la fundició en motlle és significativament més econòmica per peça que el mecanitzat CNC. Tot i que l'eina inicial (el motlle) és cara, l'alta velocitat del procés i el baix desperdici de material fan que els costos unitaris siguin més baixos. El CNC és més rendible per a prototips i petites sèries de producció on els costos d'eines serien prohibitius.

3. Quins són els dos tipus de fundició en motlle?

Els dos tipus principals de fundició en motlle són de cambra calenta i de cambra freda. La de cambra calenta s'utilitza per a metalls amb punts de fusió baixos (com el zinc), on el mecanisme d'injecció està submergit en el metall fos. La de cambra freda s'utilitza per a metalls amb punts de fusió alts (com l'alumini), on el metall fos es canalitza dins una cambra d'injecció en cada cicle, protegint així la maquinària.