Fundição sob pressão automotiva de alumínio na China

A fundição de alumínio para automóveis na China tornou-se um processo essencial na cadeia de suprimentos automotiva internacional que contribui para a eficiência, a sustentabilidade e a inovação na produção de veículos. Leve e resistente, o alumínio proporciona um equilíbrio especial entre o desempenho mecânico e o consumo de combustível, o que os fabricantes de automóveis contemporâneos exigem. Por meio da minimização do peso do veículo, os componentes fundidos sob pressão de alumínio têm um impacto direto na redução do consumo de combustível, na maior autonomia da bateria em veículos elétricos (EVs) e nas emissões de carbono. Isso não apenas torna a tecnologia importante para os fabricantes, mas também para as regulamentações ambientais em todo o mundo.

Esse domínio no setor automotivo da China é uma extensão natural da fundição sob pressão de alumínio. Por ser o maior produtor, o país com enormes taxas de produção, com sua grande cadeia de suprimentos e o apoio do governo por meio da política industrial, a China já se estabeleceu como o maior produtor e um dos maiores inovadores na área. O setor de fundição sob pressão do país atende tanto às indústrias locais de fabricação de automóveis quanto às marcas estrangeiras, e fornece blocos de motor e carcaças de transmissão, bem como fundições de giga de alta tecnologia, aplicadas à carroceria de EVs.

O desenvolvimento de materiais leves e de tecnologias de produção mais ecológicas tem se tornado ainda mais rápido. Essa congruência entre a competência industrial e as metas mundiais de sustentabilidade manterá a China na linha de frente da tecnologia de fundição de alumínio, que é o futuro da engenharia automotiva.

O que é fundição sob pressão de alumínio?

A fundição de alumínio é a técnica de produção em que o alumínio fundido é pressurizado e injetado em um molde de aço de alta pressão (matriz). Após o resfriamento e a solidificação, o metal produz componentes complexos e precisos com relações de resistência e peso muito favoráveis. As peças automotivas comumente fabricadas são blocos de motor, caixas de transmissão, rodas, suportes e peças estruturais da carroceria.

Por que a China é líder em fundição sob pressão de alumínio?

1. Escala de fabricação - A China tem milhares de empresas de fundição sob pressão, pequenos fornecedores e empresas multinacionais de fundição sob pressão em joint venture.
2. Vantagem de custo Os custos de mão de obra e a ampla cadeia de suprimentos são competitivos, tornando a produção econômica.
3. Avanços tecnológicos - A maioria dos fabricantes chineses adotou a fundição sob pressão de alta pressão (HPDC), a fundição a vácuo e a fundição semissólida em um esforço para produzir produtos de melhor qualidade e menos produtos defeituosos.
4. Disposições governamentais - As políticas que promovem veículos leves e mobilidade elétrica aumentaram a demanda por peças fundidas de alumínio.

Processo de fundição sob pressão de alumínio

A fundição sob pressão de alumínio é uma das técnicas de fabricação mais especializadas que permite a criação de componentes automotivos complexos e precisos com excelentes propriedades mecânicas. Ela inclui várias fases bem reguladas, e cada uma delas pode ser vista como um passo em direção à qualidade, resistência e durabilidade de um produto final. A seguir, apresentamos uma discussão sobre cada um dos estágios:

1. Preparação do molde

O molde de aço, geralmente de aço endurecido para ferramentas, é completamente limpo e verificado antes do início da produção e deve estar livre de desgaste ou danos. Em seguida, o agente desmoldante ou lubrificante é aplicado à cavidade do molde, que tem várias finalidades importantes. Ele evita a aderência do alumínio fundido ao molde, proporciona uma ejeção suave da peça e ajuda a manter a temperatura do molde em ciclos sucessivos de fundição. É importante preparar o molde adequadamente, pois isso tem uma relação direta com a qualidade da superfície e a precisão dimensional do componente acabado.

2. Fusão e preparação de ligas

Começa com a fusão de lingotes de alumínio ou sucata reciclada em um forno de alta temperatura que pode ser alimentado por gás, eletricidade ou indução. Nessa fase, o alumínio derretido é observado atentamente para manter uma faixa de temperatura ideal de cerca de 660 a 700 °C para fornecer uma massa fluida e reduzir defeitos. Elementos como silício, magnésio e cobre são ligados para melhorar determinadas propriedades, como força, resistência à corrosão ou condutividade térmica. É importante manter a composição química precisa, pois uma pequena alteração nela pode afetar muito a funcionalidade dos elementos automotivos.

3. Fundição sob pressão (injeção)

Depois que o alumínio fundido atinge o estado desejado, ele é despejado no molde de fundição de aço preparado por uma máquina de fundição sob pressão de alta pressão (HPDC). A pressão de injeção geralmente fica entre 110 e 175 MPa, o que faz com que o metal líquido preencha com precisão até mesmo as cavidades de moldagem mais complexas. A alta pressão também ajuda a reduzir a porosidade e as falhas de contração para produzir peças densas e de alta resistência. Esse é considerado o ponto central do processo, pois determina a qualidade da fundição e se formas complicadas podem ser produzidas sem quebrar a integridade estrutural.

4. Resfriamento e solidificação

O alumínio fundido é então injetado e rapidamente resfria e endurece no molde de aço. A taxa de resfriamento é mantida durante todo o processo para garantir que a cristalização seja uniforme e que as tensões internas ou deformações sejam minimizadas. O tempo de resfriamento varia muito com a espessura e a complexidade do componente que está sendo fundido; um componente de parede fina pode ser solidificado em questão de segundos, enquanto uma peça mais complexa pode levar um ciclo mais longo para se solidificar. Circuitos de resfriamento bem organizados (canais de água ou circuitos de óleo embutidos na matriz) são comuns com o objetivo de garantir a consistência em toda a produção. É essencial atingir um equilíbrio de resistência, ductilidade e precisão dimensional por meio da solidificação adequada.

5. Ejeção

Após o endurecimento da peça, os pinos ejetores do molde forçam a fundição para fora. Nessa etapa, é necessária precisão para evitar queimar áreas sensíveis ou paredes finas da peça. A fabricação automotiva em larga escala geralmente depende de sistemas de ejeção automatizados, que garantem a consistência dos tempos de ciclo e minimizam o trabalho manual. O processo de ejeção pode parecer fácil, mas se for aplicado de forma inadequada, pode causar defeitos na superfície, rachaduras ou desalinhamento, o que afetará negativamente a usabilidade do produto final.

6. Corte e acabamento

A fundição bruta pode conter grandes quantidades de materiais estranhos, como rebarbas, canais ou até mesmo gates, após a ejeção, e isso precisa ser removido. Geralmente, uma prensa hidráulica ou uma máquina CNC é usada no corte para obter uma linha de borda precisa. Outros processos de acabamento, como jateamento, melhoram a textura da superfície, e a usinagem proporciona a alta tolerância dimensional necessária para os componentes do motor ou da transmissão. Eles podem ser tratados termicamente para aumentar a resistência e a dureza, e o revestimento ou a anodização podem aumentar a resistência à corrosão. Esses são os processos secundários necessários porque, por meio deles, a fundição bruta é levada ao próximo nível, onde é transformada em um componente automotivo funcional e confiável.

7. Inspeção e controle de qualidade

A última etapa é a inspeção intensiva, na qual todas as peças fundidas terão qualidade automotiva. As verificações dimensionais são inspecionadas com a ajuda de máquinas de medição por coordenadas (CMM), a porosidade e as falhas internas são reveladas com a ajuda da inspeção por raios X ou de meios de testes não destrutivos (NDT), como varreduras ultrassônicas. O acabamento da superfície e a resistência mecânica também são submetidos a testes para determinar a aderência às especificações. O controle estatístico de processos (SPC) e os modernos sistemas de monitoramento eletrônico também podem ser introduzidos na produção em larga escala para garantir a consistência da qualidade de milhares de materiais. Considerando a importância dessas peças para a segurança e o desempenho do veículo, elas precisam de um controle de qualidade rigoroso.

Fornecimento de materiais para uso em fundição sob pressão de alumínio automotivo

Na China, a fundição automotiva utiliza principalmente ligas de alumínio que são selecionadas devido à sua relação peso/resistência, corrosão e capacidade de reciclagem.

Ligas de alumínio comuns

ADC12 (liga de Al-Si-Cu)

• Peças automotivas grandes são comumente usadas na China devido à sua alta capacidade de fundição e resistência à corrosão.
• Usos: Bloco do motor, carcaças de caixas de câmbio, peças estruturais.

A380

• Boa força, condutividade térmica e resistência à corrosão.
• Usos: Carcaças de transmissão, suportes e sistemas de gerenciamento de calor.

AlSi9Cu3

• Os componentes de paredes finas podem ser usados com alta fluidez e estanqueidade à pressão.
• Usos: (em motores) Tampas de motor, cabeçotes.

AlSi10Mg

• Boas propriedades mecânicas em tratamento térmico.
• Usos: Componentes estruturais EV de importância para a segurança.

Principais considerações sobre o material

1. Controle de impurezas: A quantidade de ferro deve estar em uma escala pequena para evitar a fragilidade.
2. Reciclabilidade: O alumínio secundário (reciclado) é amplamente aplicado para economizar dinheiro e energia.
3. Requisito de desempenho: As ligas são selecionadas de acordo com os requisitos mecânicos (resistência à tração, resistência à fadiga, condutividade térmica).
4. Compatibilidade de tratamento de superfície: Os materiais devem ser compatíveis com anodização, revestimento em pó ou galvanização para resistência à corrosão.

Aplicações no setor automotivo

Veículos elétricos (EVs)

Os componentes leves de alumínio fundido sob pressão são agora inestimáveis no setor de veículos elétricos, onde a redução geral do peso do veículo é diretamente proporcional à eficiência energética e à autonomia do veículo. Carcaças de bateria, gabinetes de motor e componentes grandes de carroceria em branco estão sendo cada vez mais fabricados por fundição sob pressão de alta pressão. O uso do alumínio não apenas maximiza a segurança devido à sua integridade estrutural, mas também permite que os fabricantes de automóveis otimizem o desempenho térmico das baterias, pois ele é essencial para o desempenho e os ciclos de vida. A fundição sob pressão é uma tecnologia fundamental da rápida mudança para a mobilidade limpa em todo o país na China, onde a fabricação de veículos elétricos é a líder de sua categoria em todo o mundo.

Motor e transmissão

A fundição sob pressão de alumínio é comumente aplicada na fabricação de carcaças, cabeçotes de cilindros e carcaças de caixas de câmbio em veículos tradicionais com motor de combustão interna (ICE). Todas essas peças precisam suportar altas temperaturas, vibrações e estresse mecânico, e é por isso que a relação peso/resistência do alumínio é um ponto forte. Com a substituição do ferro fundido mais pesado pelo alumínio, os fabricantes de automóveis podem obter mudanças significativas na massa total do veículo sem comprometer a longevidade. Isso ajudará a obter uma maior economia de combustível e uma redução das emissões. As fundições chinesas também estão fornecendo aos produtores de veículos híbridos peças de motor e transmissão mais leves, porém de alto desempenho, para preencher a lacuna entre a mobilidade tradicional e a elétrica.

Peças estruturais

Há uma crescente substituição de conjuntos de aço com várias soldas ou parafusos por grandes componentes de alumínio fundido sob pressão. Essa mudança torna a montagem de um veículo mais simples, minimiza o número de peças e aumenta a rigidez estrutural. As características de absorção de energia de impacto do alumínio o tornam especialmente interessante para aplicações relevantes em caso de colisões, como torres de amortecedores, subquadros e travessas. Para fabricar carrocerias traseiras ou dianteiras completas do veículo em uma única peça de alumínio, alguns fabricantes chineses estão usando a tecnologia de giga casting. Isso melhora não apenas a resistência a colisões, mas também reduz o custo de produção e montagem, e está alinhado com a tendência global de criar carros leves, seguros e eficientes.

Sistemas de gerenciamento de calor

A condutividade térmica do alumínio é melhor e, portanto, é o material preferido para sistemas de gerenciamento em um veículo convencional e em um veículo elétrico. Os radiadores, as carcaças do intercooler e os compartimentos da bateria dependem de uma fundição de alumínio para proporcionar a regulação térmica adequada. No caso dos EVs, as temperaturas ideais da bateria são importantes para o desempenho, a taxa de carregamento e a segurança. Com as carcaças de alumínio fundido, os fabricantes de automóveis podem produzir um compromisso entre o design leve e o alto desempenho térmico. Os fabricantes chineses também estão fazendo grandes investimentos em fundição de precisão para atender à crescente demanda por soluções de gerenciamento térmico de alta qualidade no mercado de veículos elétricos em rápido crescimento.

Desafios e tendências

Padrões de qualidade

A rigorosa certificação internacional de qualidade, como a IATF 16949 e a ISO 9001, é um pré-requisito para os fornecedores que desejam competir nos mercados automotivos mundiais. Esses padrões se aplicam a todos os níveis de produção, desde o fornecimento de matérias-primas até a inspeção final, o que torna as peças confiáveis e uniformes. No caso das empresas chinesas de fundição sob pressão, esses padrões não são apenas um pré-requisito para poder exportar para a Europa e a América do Norte, mas também um caminho para ganhar a confiança dos fabricantes de automóveis locais. As tecnologias de inspeção de alto nível, o controle estatístico de processos e o monitoramento automatizado da qualidade estão ganhando amplo uso para atender a esses requisitos desafiadores.

Pressão ambiental

O processo de fundição sob pressão de alumínio consome muita energia, especialmente na fundição e na fusão. Como as preocupações com o meio ambiente e as regulamentações governamentais se tornaram mais rígidas, os fabricantes na China estão sob maior pressão para serem mais ecológicos. Eles estão introduzindo fornos com eficiência energética, recuperação de calor residual e integração de energia renovável para reduzir as emissões de carbono. Além disso, o esforço para atingir as metas de pico de carbono até 2030 e neutralidade de carbono até 2060, conforme proposto nas metas da China conhecidas como carbono duplo, aumentou a taxa de investimento em tecnologias de fundição sustentáveis. As empresas que não se adaptarem poderão não ser competitivas o suficiente porque os fabricantes globais de automóveis prestam mais atenção à cadeia de suprimentos ambientalmente responsável.

Unidade de inovação

Com a introdução da Tesla Giga Casting, o setor de fundição de automóveis foi redefinido, pois provou que um carro pode ser fundido em um único bloco grande e que um veículo inteiro pode ser produzido. A inovação reduz o número de peças, a montagem e o custo de produção, além de aumentar a rigidez dos veículos. As empresas chinesas não ficaram para trás e estão investindo em equipamentos ultragrandes de fundição sob pressão com mais de 10.000 toneladas de força de fixação. Atualmente, empresas como a LK Group e a Yizumi estão projetando e comercializando essas máquinas, que colocam a China na liderança da competição mundial de megacundição. Essa tendência é uma transição entre a fundição tradicional de componentes e a inovação de fabricação em massa e em nível estrutural.

Sustentabilidade

Uma das tendências mais significativas na fundição sob pressão de alumínio é a sustentabilidade. A reciclagem de alumínio é economicamente atraente e também consome menos energia, até 95% da produção de alumínio primário. As capacidades de reciclagem dos fabricantes chineses também estão aumentando rapidamente, para que haja um fornecimento constante de alumínio secundário para uso na fundição sob pressão. Os fabricantes de automóveis também estão colaborando mais com os fornecedores de fundição para obter uma reciclagem de ciclo fechado, em que a sucata de fabricação é coletada e refundida para ser usada novamente. Essa mudança para uma economia circular não apenas reduz os custos, mas também ajuda as empresas a reduzir sua pegada de carbono, satisfazendo não apenas os requisitos regulatórios, mas também as demandas dos clientes por um carro mais ecológico.

Tamanho e crescimento do mercado

A China contribui com mais de 50% de toda a fabricação de alumínio fundido no mundo, sendo, portanto, a maior potência regional de fabricação. O setor projeta que o mercado chinês de fundição sob pressão de alumínio atingirá US$ 25 bilhões e crescerá de 7 a 9% ao ano até 2030. O aumento da produção de veículos elétricos, a necessidade cada vez maior de soluções automotivas leves para atender às regulamentações de combustível e emissões e a proliferação de montadoras chinesas em todo o mundo são os fatores que impulsionam esse crescimento.

Principais regiões de fabricação na China

Algumas das províncias dominam a fundição sob pressão de alumínio automotivo. A província de Guangdong emergiu como um grande centro que lida com fundição sob pressão automotiva e eletrônica com uma forte rede de exportação. A província de Zhejiang é a região que se tornou conhecida em termos de fundição de precisão e tem relações estreitas com fabricantes de automóveis estrangeiros. Enquanto isso, Shandong e Jiangsu concentram grandes unidades de fundições de alta capacidade que atendem não apenas aos fabricantes locais, mas também aos mercados estrangeiros, o que se torna ainda mais forte porque a China é o principal produtor mundial de fundição sob pressão.

Inovações tecnológicas

As empresas chinesas de fundição sob pressão estão adotando novas tecnologias em um esforço para permanecerem competitivas:

• Giga Casting: Para seguir a Tesla, algumas empresas como a LK Group e a Yizumi estão fabricando unidades de fundição sob pressão de mais de 10.000 toneladas de componentes grandes de carroceria em branco (BIW).
• Fundição sob pressão a vácuo: Os poros nas peças de alumínio são minimizados, e os metais são então usados em peças relacionadas à segurança do automóvel.
• Automação e robótica: Braços robóticos usados para pulverizar, extrair e aparar para aumentar a regularidade e a otimização.
• Software de simulação: Essa é a análise avançada do fluxo do molde que ajudará a minimizar os defeitos antes da produção.

Papel na fabricação de veículos elétricos

O mercado de carros elétricos é uma das principais áreas de crescimento do setor de fundição de alumínio na China. O alumínio fundido sob pressão é comum em carcaças de baterias, carcaças de motores e chassis, e melhora o desempenho térmico, a resistência e a eficiência. O alumínio facilita uma longa autonomia de direção e a redução de custos, diminuindo o peso e o número de peças de qualquer veículo. Como a China fabrica mais de 60% dos veículos elétricos do mundo, a demanda ainda está crescendo.

Sustentabilidade/ Reciclagem

A maior parte da fundição sob pressão de alumínio na China se tornou mais sustentável, com o alumínio reciclado assumindo o papel central. Ele consome apenas um quarto da energia necessária para produzir a fundição primária e reduz os custos e as emissões. As fundições estão se tornando cada vez mais parceiras dos fabricantes de automóveis para facilitar os modelos de economia circular. Seguindo os princípios das metas chinesas de carbono duplo, a reciclagem e os processos mais limpos oferecem benefícios de longo prazo aos fabricantes que desejam alcançar competitividade e confiança internacional.

Cenário competitivo

O setor de fundição sob pressão de alumínio na China é bastante competitivo, e os principais participantes operam no setor, atendendo aos mercados doméstico e internacional. O Ningbo Tuopu Group é especializado no fornecimento de peças estruturais para montadoras internacionais, e a Dynacast tem fábricas de precisão na China. A Guangdong Hongtu Technology é especializada em componentes de baterias para veículos elétricos, enquanto o Wencan Group é especializado em peças leves para automóveis europeus. As empresas destacam a crescente liderança da China no campo da fundição sob pressão avançada.

Perspectivas futuras

A tecnologia e as mudanças internacionais nos setores automotivos terão uma forte conexão com o futuro da fundição de alumínio para automóveis na China. Entre as maiores mudanças está a adoção do uso da inteligência artificial (IA) e da manufatura inteligente nos processos de fundição. Por meio de manutenção preditiva baseada em IA, detecção de defeitos e monitoramento em tempo real, os fabricantes poderão minimizar o tempo de inatividade, melhorar a qualidade e maximizar a eficiência, o que torna a produção mais previsível e econômica.

A outra tendência é o crescimento das empresas chinesas de fundição sob pressão em redes de fornecimento internacionais. Há uma tendência de muitas empresas saírem dos mercados domésticos para se tornarem fornecedores de nível 1 dos principais fabricantes de equipamentos originais (OEMs) da Europa e da América do Norte. Isso é um indicativo da crescente capacidade técnica dos fornecedores chineses e da crescente dependência das montadoras mundiais da competitiva capacidade de produção chinesa.

O setor também está assumindo uma nova forma devido à mudança para a mega fundição. Seguindo o conceito de giga casting desenvolvido pela Tesla, os fabricantes chineses estão investindo em máquinas ultragrandes de fundição sob pressão que podem fundir partes das carrocerias dos veículos em uma única peça. A inovação produziu uma redução na complexidade da montagem, um aumento na integridade estrutural e baixos custos de produção, o que a torna muito desejável em futuras plataformas de veículos, especialmente veículos elétricos.

Por fim, a liderança em sustentabilidade está se tornando um indicador de competitividade de longo prazo. As empresas que praticarem tecnologias de reciclagem, usarem alumínio secundário e investirem em métodos de fundição de baixa emissão serão beneficiadas econômica e ambientalmente. Com a China em seu caminho para alcançar a neutralidade de carbono, as empresas de fundição sob pressão que se encaixarem na agenda estarão em uma posição melhor para cumprir as regulamentações, atender às demandas do mercado internacional e conduzir o setor a um futuro verde.

Conclusão

O indústria de fundição de alumínio para automóveis na China está em um estágio de alto crescimento, influenciado pela demanda mundial para encontrar um meio de transporte leve, eficiente e ecologicamente correto. Com os fabricantes de automóveis se movendo em direção à produção de veículos elétricos, a demanda por produtos à base de alumínio ou compartimentos de bateria, carcaças de motor e peças estruturais também está se acelerando. Essa tendência ressalta a importância da tecnologia de fundição sob pressão para minimizar o peso do veículo, aumentar a eficiência e cumprir as rígidas normas ambientais. Os fabricantes chineses também estão investindo em processos modernos, incluindo fundição sob pressão de alta pressão, fundição a vácuo e giga casting, permanecendo assim competitivos em nível internacional. Simultaneamente, uma transição gradual em direção ao alumínio reciclado e à produção ecológica torna o setor consistente com os níveis nacionais de redução de carbono. A China está consolidando seu papel como o maior fabricante automotivo do mundo, bem como líder em tecnologia na fundição sob pressão de alumínio global.