Proveedor de metal para culatas de cilindros de aluminio y piezas automotrices a medida

Hoy en día, el aluminio es uno de los metales más utilizados en muchas industrias, incluidas la automotriz y la aeronáutica, y se utiliza a menudo porque es liviano. De hecho, en 1903, los hermanos Wright utilizaron un bloque de motor de aluminio en el Wright Flyer por este motivo específico. En ese momento, el hierro era el componente más utilizado para los bloques de motor; el aluminio rara vez se usaba.

Sin embargo, en la década de 1960, las estrictas normas ambientales para frenar las emisiones de carbono y el consumo de combustible inclinaron la balanza a favor del aluminio. Debido a que es más liviano que el hierro, los motores fabricados con aluminio queman menos combustible y tienen menos emisiones de carbono. Ahora, los motores de aluminio, en particular las culatas de aluminio hechas a medida, dominan el mercado.

En este artículo, discutimos los beneficios de usar culatas de cilindros de aluminio hechas a la medida y las ventajas del aluminio como material principal para otras partes usadas en automóviles.

Beneficios de las culatas de aluminio a medida

Las aleaciones de aluminio son las más adecuadas para culatas de cilindros de motores sometidas a grandes esfuerzos debido a su baja densidad y excelente conductividad térmica en el rango de temperatura crítica de 482-572 °F (50-300 °C). Esta combinación permite que las culatas de cilindros de aluminio liberen el calor generado por la combustión más rápidamente que las de hierro.

El aluminio también puede ser beneficioso cuando se usa en el puente de válvulas y en los componentes de la camisa de agua de una culata. Un puente de válvulas permite que un solo balancín accione varias válvulas, mientras que las camisas de agua son carcasas llenas de agua que rodean los dispositivos del motor que requieren refrigeración. El puente de válvulas experimenta una temperatura extrema de más de 572 °F (300 °C) durante el funcionamiento a plena carga y tiende a contraerse cuando el motor se enfría, lo que provoca fatiga de ciclo bajo (LCF). Mientras tanto, el lado de la camisa de agua de la cabeza está expuesto a fatiga de alto ciclo (HCF) cuando pasa por millones de ciclos de combustión. Como resultado, la cabeza desarrolla grietas alrededor de la camisa de agua. Esta grieta puede conducir a una falla total de la pieza.

El aluminio tiende a abordar estos dos problemas con facilidad. Su resistencia a altas temperaturas ofrece una excelente resistencia a la LCF y muestra un excelente rendimiento de resistencia a la fluencia frente a las grietas en el área del puente de la válvula. Sin embargo, la resistencia HCF del aluminio depende únicamente de la microestructura, la porosidad y la calidad de la superficie del aluminio utilizado.

El aluminio tiene una buena conductividad térmica de 118 BTU/(hr·ft⋅°F) en comparación con los 17 BTU/(hr·ft⋅°F) del acero, por lo que las culatas de cilindros hechas de aluminio contribuyen a prolongar la vida útil del motor. Las culatas absorben el calor del motor y del aceite durante los ciclos de combustión y ayudan a que el motor se enfríe con un radiador eficiente en acción.

Algunos de los motores de automóviles de pasajeros turbodiésel más populares con aluminio utilizado como material de cabeza y bloque incluyen los siguientes:

• BMW 2.0 turbodiésel
• Honda 2.2 i-CDTi
• Volkswagen 2.5 TDI
• Mazda 1.5 Skyactiv diésel
• Dodge 426 Hemi

El nuevo motor de aluminio 426 Hemi V-8 genera 590 caballos de fuerza y ​​es 100 libras más liviano que los modelos 392 de hierro fundido.

En este sentido, las culatas fabricadas con aleaciones de aluminio A356, 319 y A357 logran una mayor resistencia a la fluencia y una menor fatiga mecánica debido a la adición de formadores de dispersoides. Estas aleaciones reciben un tratamiento térmico T4, T5, T6 o T7 para lograr una mayor resistencia a la tracción.

Sin embargo, el aluminio 6061 es aún más fuerte, con una resistencia a la tracción de al menos 42 000 psi (290 MPa). Solo se utiliza para los bloques de motor de más alto nivel utilizados en los deportes de motor extremos.

Aluminio para otras aplicaciones automotrices

El aluminio no solo se usa en culatas de cilindros hechas a medida, sino que también tiene beneficios para otras aplicaciones automotrices, como en la gestión de choques, rotores de jaula de ardilla y electrodomésticos, como se describe a continuación.

Aplicaciones Estructurales

Además de las culatas de cilindros de aluminio hechas a medida, la industria automotriz considera las aleaciones de aluminio para aplicaciones de alto límite elástico y manejo de choques. Las aleaciones de aluminio de fundición a presión al vacío de alta presión (HPVDC) ofrecen la flexibilidad de diseño de fundición para producir estructuras delgadas y livianas con menos pasos de ensamblaje.

Las aplicaciones estructurales comunes del aluminio incluyen:

• Torres de choque.
• Placas de parachoques.
• Marcos espaciales.
• Amortiguadores de vibraciones.
• Cunas del motor.
• Cajas de toque.

Estas estructuras ocupan un lugar destacado en los parámetros de rendimiento de resistencia a los choques y exhiben una excelente resistencia a la corrosión sin ningún recubrimiento secundario.

Rotores de jaula de ardilla

Debido a su alta conductividad eléctrica y resistencia a la fluencia, se prefieren las aleaciones de aluminio para diseñar rotores de jaula de ardilla en motores de inducción de jaula de ardilla. Sin embargo, a menudo es un desafío lograr un equilibrio entre conductividad y colabilidad con aleaciones de aluminio. La pureza del aluminio es directamente proporcional a su conductividad eléctrica e indirectamente proporcional a su colabilidad.

Trabajar con un proveedor local de metales con conocimientos metalúrgicos para obtener aleaciones de aluminio con un estricto control de composición puede ayudar a garantizar la máxima colabilidad y alta conductividad eléctrica en cada nivel, lo que le permite crear rotores de aluminio fundido que pesan un 30 % menos pero ofrecen aproximadamente el 60 % de la conductividad de un cobre equivalente.

Electrodomésticos

Las aleaciones de aluminio de la serie 6000, mejor conocidas por su alta conductividad y resistencia a la fluencia, se utilizan para fabricar cables conductores. Si bien estos cables a menudo se fabrican con cobre, el aluminio es una mejor opción debido a su menor relación peso-rendimiento. Incluso es posible estirar cables hasta un diámetro de 0,2 mm con algunas formulaciones de aleación específicas.

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