Ao fabricar peças de metal, os projetistas de produtos podem ter vários métodos de fabricação para escolher. Duas opções comumente usadas são fundição e usinagem CNC. No entanto, como você determina qual é o mais adequado para sua aplicação específica? Quais fatores você deve considerar ao tomar uma decisão sábia?
Este artigo descreve dois métodos de fabricação de metal: usinagem CNC e fundição de metal. Ele discute as vantagens e desvantagens de cada método, fornece orientação sobre a escolha do método certo com base em fatores-chave e resume as diferenças entre os dois métodos.
L O que é Casting?
L O que é usinagem CNC?
L Fundição vs. Usinagem CNC: Como escolher o método certo?
L Conclusão
L Usando HHC para projetos de usinagem ou fundição CNC
A fundição é um processo de fabricação que envolve o uso de moldes para produzir peças. Existem vários tipos de métodos de fundição para escolher, e eles podem ser empregados com diferentes materiais. No entanto, este artigo se concentra especificamente na fundição de metal e não cobre outros materiais, como resina epóxi que pode ser usada para aplicações como fundição de vários componentes.
Na fundição de metal, o processo envolve o vazamento ou injeção de metal fundido em moldes pré-fabricados (às vezes chamados de matrizes). Se geometrias internas complexas ou cavidades forem necessárias, núcleos ou inserções são usados. Uma vez que a peça tenha esfriado e solidificado, a limpeza e a usinagem são realizadas para obter o acabamento superficial desejado. Em certos casos, a usinagem CNC adicional pode ser realizada como uma operação secundária para refinar ainda mais o componente de metal fundido e obter tolerâncias mais rígidas.
Existem várias tecnologias de fundição de metal para escolher, e a seleção é baseada em fatores como o material escolhido, o tamanho e a forma da fundição e outros atributos específicos. Alguns métodos de fundição populares incluem fundição sob pressão, fundição em areia, fundição de investimento e fundição de cera perdida.
A fundição pode ser empregada para produzir uma variedade de peças, como pás de turbina, rodas de trem, pedais de carro e blocos de cilindro de motor. As peças fundidas encontram aplicações em vários setores, incluindo aeroespacial, automotivo, bens de consumo e dispositivos médicos.
Prós
A fundição oferece uma ampla gama de possibilidades de design, permitindo a criação de formas complexas e únicas, incluindo cavidades internas intrincadas.
Para produção em grande escala, a fundição é mais econômica em comparação com a usinagem. Além disso, o tempo de produção para fundição é mais rápido.
O uso de moldes reutilizáveis na fundição garante um alto nível de repetibilidade, pois cópias de peças idênticas podem ser criadas de forma consistente.
A fundição é altamente eficiente no uso de metais. Praticamente todos os metais usados no processo tornam-se parte do produto final. Qualquer excesso de metal ou peças descartadas geradas durante o processo de fundição podem ser facilmente derretidas e recicladas.
Contras
Embora tecnologias como fundição sob pressão e fundição de investimento de precisão possam fornecer alta precisão, a usinagem CNC costuma ser uma escolha melhor para obter precisão e tolerâncias rígidas.
Para quantidades de produção menores, o custo por peça na fundição é normalmente maior em comparação com a usinagem.
A produção de peças fundidas geralmente leva mais tempo devido aos requisitos de projeto e aquisição de moldes.
A fundição tem limitações na seleção de materiais metálicos disponíveis em comparação com a usinagem CNC.
As peças fundidas normalmente requerem etapas adicionais de pós-processamento, como remover o excesso de material de fundição ou usar jato de areia para eliminar rebarbas.
A usinagem CNC é um método de fabricação que envolve o uso de cuttiNg ferramentas para remover o material e alcançar as formas desejadas. Para controlar o processo de usinagem, programas de computador com instruções de código G são comumente usados para guiar máquinas CNC, como moinhos, tornos e outros equipamentos. A usinagem CNC abrange vários tipos de processos, incluindo fresagem, torneamento, perfuração e perfuração, dependendo de requisitos específicos.
As peças usinadas em CNC encontram aplicações generalizadas em diferentes indústrias. Eles são cruciais para a fabricação de invólucros de laptop de metal, pequenos componentes em smartphones e elementos essenciais usados em peças aeroespaciais e automotivas. Além disso, a usinagem CNC desempenha um papel vital na produção de acessórios, gabaritos e até mesmo moldes de fundição.
Prós
A usinagem CNC pode produzir peças de alta precisão que atendem aos rígidos requisitos de qualidade, com dimensões precisas e superfícies lisas.
Ao usinar quantidades únicas ou pequenas de peças, geralmente é mais rápido do que o processo de fundição.
Para produção de pequenos lotes e prototipagem rápida, a usinagem CNC normalmente tem custos mais baixos por peça.
A usinagem CNC é compatível com uma variedade de metais, tornando-se um processo versátil.
Contras
A usinagem CNC é menos adequada para criar cavidades internas dentro das peças e é mais voltada para a modelagem de geometrias externas.
É caro para produção em grande escala, mas o custo por peça permanece relativamente estável, independentemente do tamanho do lote em comparação com a fundição.
Certas peças com projetos complexos ou materiais específicos podem exigir tempos de usinagem mais longos, tornando a usinagem CNC menos econômica para produção em grande escala.
A usinagem CNC gera mais resíduos de metal em comparação com a fundição, e o processo de reciclagem pode ser mais trabalhoso. Normalmente, os resíduos precisam ser transportados para fora do local para reciclagem adequada.
Os requisitos específicos de uma peça, como sua forma, tamanho e geometria, influenciam a escolha do processo de fabricação. Cada usinagem e fundição CNC têm vantagens para diferentes geometrias, então como decidimos qual usar? Ao determinar o método de fabricação apropriado para uma determinada peça, vários fatores precisam ser considerados:
Em alguns casos, a escolha do processo de fabricação pode ser simples. Se você precisa de uma grande quantidade de peças, na casa das dezenas de milhares ou mais, os métodos de fundição costumam ser mais econômicos. Embora a criação do molde inicial leve tempo, cada fundição pode ser produzida rapidamente e os custos adicionais são relativamente baixos.
Por outro lado, a usinagem CNC pode produzir as primeiras peças de forma mais rápida e econômica. No entanto, como o volume de produção excede um certo ponto, a relação custo-eficácia diminui.
Portanto, a principal consideração ao escolher um método de fabricação é o volume de produção necessário. Se você precisar de dezenas de peças para prototipagem ou algumas centenas a alguns milhares de peças para produção de pequenos lotes, a usinagem CNC deve ser considerada. Para quantidades de 10.000 ou mais, a fundição em areia ou a fundição em matriz seriam mais adequadas. No entanto, para volumes entre esses extremos, vários fatores entram em jogo, influenciando a escolha ideal do método de fabricação.
Mudar da usinagem para a fundição pode economizar tempo e reduzir o desperdício. No entanto, o elenco também tem algumas desvantagens, incluindo:
Flash: Após a fundição, o excesso de material (conhecido como flash) pode precisar ser removido.
Porosidade: as peças grossas às vezes podem exibir pequenas bolsas de ar (porosidade) que podem se tornar visíveis durante a usinagem. O pós-processamento pode ser necessário.
Padrões de fluxo e fragilidade: O fluxo de material fundido durante a fundição pode levar a padrões visíveis na superfície, e preencher as extremidades pode resultar em áreas mais frias que são mais propensas a fragilidade.
Em certos casos, mesmo com uma quantidade de 10.000 peças fundidas, certas peças ainda podem exigir usinagem adicional devido a requisitos específicos. Isso pode aumentar o custo geral das peças, mas às vezes os requisitos de desempenho superam as considerações de custo.
A usinagem CNC tem uma vantagem significativa quando o tempoÉ crucial. As peças usinadas podem ser produzidas poucas horas após a criação do modelo CAD. Por outro lado, a fundição leva mais tempo, pois envolve a criação de moldes e a configuração do processo de fundição. Mesmo que a produção final seja feita por meio de fundição, a usinagem oferece uma alternativa mais rápida. Ele permite modelagem, usinagem e teste de peças a um custo muito menor em comparação com a fundição de alguns protótipos. Isso pode ser especialmente valioso para iterar e ajustar peças com base nos resultados do teste, o que pode ser feito várias vezes sem incorrer em custos mais altos e atrasos mais longos associados aos moldes de produção e acessórios necessários.
O volume de produção de protótipos pode variar, desde peças únicas usadas para testes de laboratório até grandes quantidades para testes beta ou testes para fins de marketing.
Ao considerar a técnica de fabricação apropriada, a forma geométrica da peça é crucial. Por exemplo, um projeto que requer a remoção de uma grande quantidade de material pode ser demorado e resultar em desperdício excessivo. Em tais casos, a fundição é muitas vezes uma escolha adequada. Isso é particularmente verdadeiro para peças ocas com paredes finas, grandes espaços internos e geometrias complexas que seriam demoradas para a máquina.
A fabricação de cavidades internas por meio de usinagem CNC, especialmente aquelas que requerem montagem adicional ou processos de junção de metal para caixas seladas, costuma ser mais desafiadora. Em contraste, a fundição pode simplificar o design, eliminando a necessidade de montar várias peças pequenas. Em vez disso, toda a parte pode ser lançada como uma única entidade.
No entanto, usar o casting para criar certos recursos funcionais pode ser um desafio. Por exemplo, recursos como cortes inferiores ou formas internas complexas requerem moldes intrincados e componentes adicionais, como núcleos e inserções. Bordas ou cantos afiados são menos adequados para fundição e todas as superfícies das peças fundidas precisam ser elaboradas. Além disso, peças de paredes espessas grandes ou de formato irregular são melhor produzidas usando usinagem CNC, pois essas formas são difíceis de preencher e resfriar uniformemente durante o processo de fundição.
Na fundição de metal, vários métodos podem ser empregados para produzir peças de uso final, como fundição sob pressão e fundição em areia:
Die casting é um processo semelhante à moldagem por injeção. Envolve a injeção de metal fundido (como alumínio, cobre, zinco ou suas ligas) em moldes de aço, permitindo então resfriar e solidificar. A usinagem adicional pode ser necessária às vezes para adicionar roscas, melhorar as superfícies de vedação ou refinar detalhes específicos. A usinagem serve como uma etapa de precisão, oferecendo flexibilidade para criar várias variantes a partir de uma única peça fundida.
Em comparação com a fundição sob pressão, a fundição em areia é um processo menos refinado. O acabamento superficial das peças fundidas em areia tende a ser mais áspero e pode haver variações sutis entre as duas metades do molde e as inserções usadas, necessitando de usinagem adicional. A fundição em areia é normalmente empregada para peças que não requerem uma aparência lisa e polida, como blocos de motores automotivos. Em aplicações mais complexas, como criar passagens de refrigerante ao redor dos cilindros do motor, usinagem adicional pode ser necessária para atingir a forma final desejada. Alguns recursos de design exclusivos da fundição em areia não podem ser replicados por meio de fundição sob pressão ou usinagem CNC.
A usinagem CNC é frequentemente usada para a produção de pequenas quantidades de peças, variando de dezenas a vários milhares. É um processo rápido e eficiente que não requer as mesmas ferramentas de configuração que os métodos de fundição. Além da produção em pequenos lotes, a usinagem CNC também pode ser utilizada para criar protótipos de peças que eventualmente serão submetidas a fundição sob pressão ou fundição em areia, permitindo testes e refinamento do projeto. Também pode ser empregado para ferramentas de ponte, o que significa que durante o desenvolvimento de moldes para produção em massa, a usinagem CNC é usada para fabricar temporariamente peças de produção.
Em comparação com a usinagem CNC, a fundição gera menos resíduos. No processo de fundição, apenas o material necessário para a peça final é usado, com o mínimo de metal adicional fluindo através de canais como sprues, corredores e portões. Remover o excesso de material e derretê-lo para reutilização em outros componentes é simples.
No entanto, em contraste com a usinagem CNC, a fundição fornece uma seleção mais limitada de materiais. Quase todas as ligas são compatíveis com a usinagem CNC, enquanto a gama de ligas metálicas adequadas para fundição é mais restrita.
O processo de fundição normalmente leva várias semanas do início ao fim. Uma vez que os moldes são preparados, o próprio processo de fundição é relativamente rápido, tornando-o adequado para a produção de grandes quantidades de peças. No entanto, o design do molde e a usinagem exigem algum tempo de espera. Embora certos métodos de fundição usem moldes descartáveis, esses moldes ainda precisam de verificação e manutenção de qualidade. Por outro lado, a fundição sob pressão emprega moldes permanentes e, à medida que o volume da peça aumenta, o tempo e o custo por peça diminuem.
Em contraste, a usinagem CNC oferece uma velocidade de produção mais rápida, acelerando o retorno para peças de pequenos lotes. Não há necessidade de esperar pela fabricação de moldes-apenas um modelo CAD, programa CAM, uma máquina CNC e experiência no início da produção de peças são necessários.
A repetição desempenha um papel crucial na fabricação, e o processo de fundição se destaca na produção de peças consistentes. Uma vez que os moldes e processos são ajustados, cada parte pode ser fabricada de forma idêntica. Por exemplo, ao fundir alumínio, as tolerâncias podem ser mantidas dentro de/-0,25 milímetros (até 25,4 milímetros). Para fundição de precisão, as tolerâncias de fundição padrão podem ser tão pequenas quanto 0,01 polegadas (até 1 polegada) e ainda menores com 0,002 polegadas. A precisão alcançada pode variar com base no material usado. Por exemplo, as tolerâncias de fundição de alumínio para peças fundidas podem ser menores em comparação com as peças de alumínio usinadas. No entanto, a fundição de zinco pode alcançar tolerâncias mais apertadas. Você pode consultar nosso post para obter mais informações sobre as diferenças entre alumínio fundido e alumínio de usinagem.
A usinagem CNC de metal também é um processo altamente repetível e preciso, capaz de alcançar tolerâncias mais rígidas do que a fundição. Para usinagem de metal padrão, as tolerâncias esperadas razoáveis são de 0,025 milímetros (0,001 polegadas). A usinagem de precisão pode produzir peças com tolerâncias tão pequenas quanto/-0,0002 polegadas por meio dos processos específicos da Runsom Precision.
Variabilidade na demanda também é uma consideração significativa. Se a demanda flutua ou você só precisa ocasionalmente produzir peças adicionais, a usinagem CNC geralmente é a melhor escolha. A usinagem CNC permite uma produção mais rápida e fabricação sob demanda, especialmente com os avanços provocados pela transformação digital na fabricação. Através da usinagem CNC, você pode encomendar peças conforme necessário, evitando os riscos de superprodução e excesso de estoque.
Em contraste, se você antecipar uma grande demanda e estiver se preparando para a produção, o elenco se torna uma opção viável. A fundição é adequada para peças de alto volume e oferece um processo de produção geral mais rápido.
Se você está atualmente na fase de protótipo do processo de design, a fundição geralmente não é recomendada. Isso ocorre porque, a cada mudança de design, você incorre na despesa de recriar ou ajustar os moldes caros. Isso aumenta significativamente o tempo de espera e os custos. Na verdade, os custos de fundição de protótipo podem ser altos. Embora a fundição em areia seja normalmente mais barata, não há uma vantagem significativa na fabricação de protótipos.
Por outro lado, a usinagem CNC, devido à sua flexibilidade na adaptação às mudanças de design, é uma escolha melhor para a produção de protótipos. Quando seu design ainda está evoluindo, tudo que você precisa fazer é modificar o modelo e atualizar o programa CAM-não há necessidade de criar novos moldes ou modificar os existentes. Isso pode economizar tempo e recursos no processo de produção do protótipo.
Então, quando escolher fundição em vez de usinagem CNC, ou vice-versa? A decisão depende de vários fatores cruciais: em que estágio você está no processo de desenvolvimento, quantas peças você precisa, como a demanda pode flutuar e a forma específica das peças.
No final, o processo de fabricação ideal depende das especificidades da sua situação. Você pode ter uma combinação única de requisitos que exigem a resolução criativa de problemas para encontrar a melhor solução.
Conforme discutido neste artigo, cada método de fabricação tem suas próprias vantagens e desvantagens. Ao considerar fatores como forma da peça, quantidade necessária, padrões de qualidade e cronogramas do projeto, você pode tomar decisões informadas para o seu projeto. Na verdade, seu projeto pode até se beneficiar de uma combinação de fundição, usinagem CNC e tecnologias de usinagem de precisão!
Se você tiver incertezas ou dificuldades na tomada de decisões, recomendamos entrar em contato com nossa equipe de engenharia qualificada na HHC CNC Machining. Nós fornecemos serviços profissionais confiáveis para usinagem CNC e vários processos de fundição, como fundição,Fundição em areia, fundição de investimento e opções de usinagem secundária. Nosso objetivo é sempre ajudá-lo a produzir com eficiência produtos de alta qualidade a um preço acessível.
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