Análisis del estado de desarrollo del proceso de fundición a presión de aleaciones de aluminio y la tecnología de moldes.

Después de la década de 1990, la industria de fundición a presión de China ha logrado un desarrollo sorprendente y se ha convertido en una industria emergente. En la actualidad, el proceso de fundición a presión de aleaciones de aluminio se ha convertido en uno de los procesos más utilizados en los procesos de formación de aleaciones de aluminio para automóviles, y representa el 49% de los diversos métodos de procesos de formación de automóviles.
Hay alrededor de 3.000 empresas de fundición a presión en China. La producción de piezas de fundición a presión aumentó de 266.000 toneladas en 1995 a 870.000 toneladas en 2005. La tasa de crecimiento anual se mantiene por encima del 20%. Entre ellos, las piezas de fundición a presión de aleación de aluminio representan 3/3 de toda la producción de piezas de fundición a presión. 4 o más. Los tipos de productos de fundición a presión en China están diversificados, incluidos automóviles, motocicletas, comunicaciones, electrodomésticos, productos de hardware, herramientas eléctricas, TI, iluminación, escalones de escaleras mecánicas, luces de juguete, etc. Con la mejora del nivel técnico y las capacidades de desarrollo de productos, los tipos y campos de aplicación de los productos de fundición a presión continúan expandiéndose, y sus equipos de fundición a presión, moldes de fundición a presión y procesos de fundición a presión han experimentado enormes cambios. Aleación de aluminio fundido a presión Desde su producción comercial en 1914, la aleación de aluminio fundido a presión se ha desarrollado rápidamente con el desarrollo de la industria del automóvil y la invención de la máquina de fundición a presión de cámara fría.

Las aleaciones de aluminio fundido a presión se dividen en dos tipos según sus propiedades: resistencia media y baja (como la Y102 de China) y alta resistencia (como la Y112 de China). En la actualidad, las aleaciones de aluminio fundido a presión utilizadas en la industria incluyen principalmente las siguientes series: Al-Si, Al-Mg, Al-Si-Cu, Al-Si-Mg, Al-Si-Cu-Mg, Al-Zn, etc. La mejora de las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio fundido a presión suele ir acompañada de una disminución en el rendimiento del proceso de fundición. Las características de alta presión y rápida solidificación de la fundición a presión hacen que esta contradicción sea más prominente en algunos aspectos. Por lo tanto, es difícil que las piezas de fundición a presión en general se sometan a un tratamiento térmico de solución, lo que restringe la mejora de las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio fundido a presión, aunque la fundición a presión oxigenada y la fundición a presión al vacío son formas efectivas de mejorar las propiedades mecánicas de las aleaciones, la adopción generalizada todavía es difícil, por lo que el desarrollo de nuevas aleaciones de aluminio fundido a presión ha estado en curso.
Tecnología avanzada de fundición a presión El proceso de fundición a presión de las primeras máquinas de fundición a presión horizontales con cámara fría tenía solo una velocidad para enviar el metal fundido al molde, y la velocidad de inyección era de solo 1 m-2 m/s. Al utilizar este proceso, había muchos poros dentro de la pieza fundida y la estructura estaba suelta. Pronto se mejoró a inyección de 2 etapas, que simplemente descomponía el proceso de inyección en dos etapas: velocidad lenta y velocidad rápida, pero la velocidad rápida era de solo 3 m/s. Posteriormente, para aumentar la densidad de las piezas fundidas a presión, se agrega una etapa de aumento de presión después de las velocidades lenta y rápida, convirtiéndose en tres etapas: inyección lenta, inyección rápida y presurización. Esta es la clásica inyección de tres etapas.

En comparación con el método de fundición a presión ordinario, el método de fundición a presión al vacío tiene las siguientes características:
01 La porosidad se reduce considerablemente
02 Las piezas fundidas a presión al vacío tienen alta dureza y microestructura fina.
03 Las piezas fundidas al vacío tienen propiedades mecánicas más altas

Recientemente, la fundición a presión al vacío se centra principalmente en extraer gas de la cavidad del molde, y existen dos formas principales:
① Extraer aire directamente del molde; ② Coloque el molde en una caja de vacío para evacuar el aire. Cuando se utiliza fundición a presión al vacío, el diseño de la posición del canal de escape y el área del canal de escape del molde es crucial.
Existe un "área crítica" en el conducto de escape, que está relacionada con la cantidad de gas extraído de la cavidad, el tiempo de escape y el tiempo de llenado. Durante el proceso de llenado de metal fundido, el metal fundido debe llenarse en un estado de pulverización dispersa. El tamaño de la corredera también influye en gran medida en el efecto de la fundición a presión oxigenada. El tamaño apropiado del corredor no sólo puede permitir que el metal fundido llene el molde en un flujo turbulento, sino también evitar que la temperatura del metal fundido baje demasiado rápido. La distribución altamente dispersa de óxidos no tendrá un efecto adverso en la pieza fundida, pero puede aumentar la dureza de la pieza y refinar la estructura después del tratamiento térmico. La fundición a presión con oxígeno se puede utilizar para aleaciones de Al, Mg y Zn que reaccionan con el oxígeno.
En la actualidad, la fundición a presión oxigenada se puede utilizar para producir diversas piezas fundidas de aleaciones de aluminio, tales como: carcasas de transmisión hidráulica, intercambiadores de calor para calentadores, cuerpos de válvulas de transmisión hidráulica, soportes de computadora, etc., que requieren tratamiento térmico o soldadura de ensamblaje y requieren una alta estanqueidad al aire. Para las piezas fundidas a presión utilizadas a temperaturas más altas, la fundición a presión oxigenada tiene ventajas técnicas y económicas. Tecnología de fundición a presión semisólida La fundición a presión semisólida es una tecnología que agita el metal líquido cuando se solidifica, obtiene una suspensión con un componente sólido de aproximadamente el 50% o incluso más a una determinada velocidad de enfriamiento y luego utiliza la suspensión para la fundición a presión.
La tecnología de fundición a presión de semisólidos tiene actualmente dos procesos de conformación: el proceso de conformación por flujo y el proceso de tixoconformación. El primero consiste en introducir metal líquido en un cilindro de moldeo por inyección especialmente diseñado, donde se aplica un cizallamiento mediante un dispositivo en espiral para enfriarlo y convertirlo en una suspensión semisólida, que luego se funde a presión. Este último consiste en introducir partículas o virutas de metal sólido en una máquina de moldeo por inyección en espiral y convertir las partículas de metal en una suspensión en condiciones de calentamiento y cizallamiento antes de la fundición a presión. La clave para el proceso de conformado de fundición a presión semisólida es la preparación efectiva de la suspensión de aleación semisólida, el control preciso de la proporción de componentes sólidos-líquidos y la investigación y el desarrollo del control automatizado del proceso de conformado de semisólidos.

Para realizar una producción automatizada de conformado semisólido, los científicos estadounidenses creen que es necesario desarrollar vigorosamente las siguientes tecnologías:
01 Transporte de barras adaptable y flexible
02 Lubricación y mantenimiento de fundición a presión de precisión
03 Sistema de enfriamiento de fundición controlable
04 Desgasificación y tratamiento del plasma

La fundición a baja presión con bomba electromagnética es un proceso de fundición a baja presión recientemente emergente. En comparación con la tecnología de fundición a baja presión basada en gas, es completamente diferente en términos de métodos de presurización. Utiliza fuerza electromagnética sin contacto para actuar directamente sobre el metal líquido, lo que reduce en gran medida los problemas de oxidación y aspiración causados ​​por el aire comprimido impuro y la presión parcial excesiva de oxígeno en el aire comprimido, y logra un transporte fluido de aluminio líquido. Y el llenado puede prevenir la contaminación secundaria causada por la turbulencia. Además, el sistema de bomba electromagnética está completamente controlado mediante control numérico por computadora, y la ejecución del proceso es muy precisa y repetible, lo que brinda a las piezas fundidas de aleación de aluminio ventajas obvias en términos de rendimiento, propiedades mecánicas, calidad de la superficie y utilización del metal. A medida que la investigación sobre esta tecnología continúa profundizándose, el proceso se vuelve cada vez más maduro.
Desarrollo de equipos de fundición a presión A través del desarrollo de los últimos años, el nivel de diseño, los parámetros técnicos, los indicadores de rendimiento, la estructura mecánica y la calidad de fabricación de las máquinas de fundición a presión de China se han mejorado en diversos grados. En particular, las máquinas de fundición a presión de cámara fría han evolucionado desde el mecanismo original totalmente hidráulico. Se cambió a un mecanismo de cierre tipo palanca y también se agregaron carga automática, pulverización automática, recogida automática, corte automático de bordes, etc. También se cambiaron los aparatos eléctricos del control de suministro de energía ordinario al control por computadora, y el nivel de control mejoró enormemente. Algunos han alcanzado o están cerca del nivel internacional y están avanzando hacia la automatización y unificación a gran escala.

Durante este período, han surgido una tras otra nuevas empresas nacionales de máquinas de fundición a presión, entre las cuales Hong Kong Lijin Company es un representante típico. La empresa ha desarrollado varios modelos de máquinas de fundición a presión líderes en el país. Por ejemplo, la máquina de fundición a presión de cámara fría horizontal tiene una velocidad máxima de inyección de presión de aire de 6 m/s (1997) y 8 m/s (principios de 2000), una máquina de fundición a presión de cámara caliente de aleación de magnesio (principios de 2000), un sistema de inyección uniformemente acelerado (2002), una velocidad máxima de inyección de aire de 10 m/s y un sistema de fundición a presión de etapas múltiples (junio de 2004), control en tiempo real del sistema de inyección (agosto). 2004) y una gran máquina de fundición a presión con una fuerza de sujeción de 30.000 kN (julio de 2004), etc.
Las máquinas de fundición a presión pequeñas y medianas siguen estando dominadas por equipos domésticos. La brecha entre las máquinas de fundición a presión nacionales y los equipos de fundición a presión avanzados extranjeros se refleja principalmente en los siguientes aspectos:
01 El diseño estructural general está al revés.
02 Fuga grave de aceite
03 La escasa fiabilidad es el defecto más destacado de las máquinas de fundición a presión domésticas.
04 Variedades y especificaciones incompletas, capacidades de soporte deficientes.

La industria del molde en China se ha desarrollado rápidamente. De 1996 a 2004, la tasa de crecimiento anual promedio de la producción de moldes fue del 14%. En 2003, el valor de producción de los moldes de fundición a presión fue de 3.800 millones de yuanes. En la actualidad, la tasa de satisfacción del mercado interno de moldes de China es sólo de alrededor del 80%, de los cuales los moldes de gama media y baja son los principales. Los moldes de precisión grandes y complejos no pueden satisfacer las necesidades del desarrollo económico nacional en términos de tecnología de producción, calidad y vida útil del molde y capacidad de producción. necesidad. Dirección de investigación y desarrollo El consumo de automóviles, industrias de motocicletas y accesorios para automóviles y la demanda de productos de apoyo proporcionan un amplio mercado para la producción de piezas de fundición a presión. La aplicación de aleaciones de aluminio para fundición a presión en automóviles también seguirá expandiéndose.
En el futuro, la investigación y el desarrollo de la tecnología de fundición a presión, la profundización de la fundición a presión de aleaciones de aluminio seguirá siendo una dirección principal para el desarrollo de la tecnología de fundición a presión. Para adaptarse a la demanda del mercado, en el futuro deberían resolverse los siguientes problemas:
01 Promover la aplicación de nuevas aleaciones de fundición a presión de alta resistencia y alta resistencia al desgaste, investigar aleaciones de fundición a presión coloreadas y nuevas aleaciones de fundición a presión para piezas fundidas con requisitos de seguridad especiales.
02 Desarrollar aleaciones de aluminio fundido a presión con un rendimiento estable y una composición fácil de controlar
03 Simplificar la composición de las aleaciones y reducir los grados de las aleaciones para proporcionar una base para la producción verde
04 Mejorar aún más los nuevos procesos de fundición a presión (fundición a presión al vacío, fundición a presión oxigenada, fundición a presión semisólida, fundición a presión, etc.)
05 Mejorar la capacidad de responder rápidamente al mercado e implementar tecnología de ingeniería concurrente (CE) y fabricación rápida de prototipos (RPM)
06 Realizar investigación y desarrollo de sistemas CAD/CAM/CAE
07 Desarrollar y aplicar más piezas automotrices de aleación de aluminio fundido a presión.

La aleación de aluminio fundido a presión es el cuerpo principal de la fundición a presión de aleaciones no ferrosas, y las aleaciones de la serie AI-Si son el cuerpo principal de la aleación de aluminio fundido a presión. El desarrollo de la industria de la fundición a presión aún tiene un largo camino por recorrer. Implica la investigación y el desarrollo de aleaciones de alto rendimiento y el desarrollo de métodos de proceso. La práctica ha demostrado que es una buena elección combinar empresas con universidades y unidades de investigación relevantes, y los resultados relevantes que hemos logrado se han confirmado.
Para lograr la revitalización de la industria de fundición a presión en general, también es muy importante mejorar el rendimiento de las máquinas de fundición a presión y, en consecuencia, mejorar el diseño y el nivel de fabricación de los moldes de fundición a presión. En particular, se introducen y aplican muchos software técnicos extranjeros. ¿Qué método se utiliza para verificarlos? Vale la pena seguir investigando.