Existem várias maneiras de fabricar produtos de metal e ligas, e a escolha de uma depende do tipo de material e dos requisitos específicos de fabricação. Fundição vs Usinagem é frequentemente um grande debate entre engenheiros, designers e fabricantes ao decidir sobre a tecnologia de fabricação de metal.
A usinagem envolve a remoção de material para atingir o formato desejado, enquanto a fundição molda o metal fundido solidificando-o em uma matriz ou molde. Essas técnicas têm capacidades, benefícios e limitações distintas na produção.
Este artigo discutirá fundição e usinagem em detalhes, incluindo princípios de funcionamento, vantagens, desvantagens e principais diferenças.
O que é Casting?
Fundição refere-se à produção de peças metálicas 3D por fusão e moldagem em um formato pré-determinado de uma cavidade de matriz contendo um núcleo e inserto. Ela pode produzir vários formatos e tamanhos de peças e produtos para várias indústrias, usando metais ferrosos e não ferrosos.
A história da fundição pode ser rastreada até 4000 a.C. na velha Europa, embora os cientistas também acreditem em seu uso na antiga Mesopotâmia e nas civilizações chinesas. Então, ele está continuamente se desenvolvendo e se espalhando pelo mundo. Especialmente após a Revolução Industrial, essa tecnologia evoluiu rapidamente e se tornou uma parte essencial da manufatura moderna.
Como funciona o elenco?
O processo de fundição de metal começa com a fusão do metal bruto no forno (que pode ou não ser conectado diretamente à máquina de fundição). O metal líquido é então despejado em uma cavidade de matriz anualmente ou em sistemas automáticos. Dentro da matriz, a solidificação ocorre em múltiplas fases: nucleação, crescimento de cristal, formação de estrutura de grãos e solidificação direcional.
A nucleação é o estágio inicial da solidificação, onde pequenas partículas sólidas (núcleos) se formam no metal fundido à medida que ele esfria abaixo de sua temperatura liquidus. Uma vez que os núcleos estáveis se formam, eles crescem em cristais maiores (grãos) à medida que o metal continua a esfriar. O tamanho, a forma e a orientação dos grãos no metal solidificado dependem da taxa de resfriamento e da composição da liga. Após a solidificação, pinos ejetores ou outros mecanismos facilitam a ejeção segura das peças. Eles podem exigir pós-processamento e usinagem menor para atingir precisão e acabamento rigorosos.
Vantagens da fundição
- Simples para peças complexas: Usando uma configuração de matriz de crossposting, você pode fundir peças metálicas complexas com seções ocas e contornos irregulares.
- Diversidade de materiais: É possível usar sucata e metais/ligas de baixa qualidade para fundir componentes metálicos, desde que o ponto de fusão seja suportável pela matriz e pelo equipamento.
- Custo-benefício para grandes volumes: Depois de investir em uma matriz e ferramentas, você pode produzir até milhões de itens idênticos, reduzindo o custo por peça de fundição.
- Flexibilidade de tamanho: Técnicas como fundição em areia e fundição de investimento podem fundir peças de até alguns metros de tamanho, enquanto o método de fundição sob pressão é flexível até 300 x 650 mm ou mais.
- Incorporação de Inserções: Para fabricar peças com múltiplos materiais, insertos pré-fabricados podem ser moldados em peças fundidas, por exemplo, rolamentos bimetálicos.
Desvantagens da fundição
- Propenso a defeitos: Componentes de fundição são propensos a defeitos de porosidade, encolhimento, empenamento e rachaduras superficiais. Variáveis de processo incorretas e baixa qualidade de matérias-primas causam principalmente isso.
- Trabalho intensivo: Especialmente quando comparamos fundição e usinagem, as técnicas de fundição de metal exigem mais trabalho, desde o vazamento até a ejeção.
- Emissões prejudiciais: A fusão e o manuseio de resíduos produzem emissões nocivas como CO, COVs e vapores metálicos.
O que é Usinagem?
A usinagem envolve o uso de ferramentas de corte para remover o material do trabalho e moldá-lo na forma desejada. Ferramentas rotativas ou estacionárias alimentam o material da barra de trabalho em um caminho determinado até que o tamanho, formato, precisão e acabamento desejados sejam alcançados. Consequentemente, os programas de computador controlam todos esses processos em usinagem CNC.
Tornos CNC, fresas, furadeiras de bancada, retificadoras, máquinas EDM e muitos outros equipamentos realizam processos de usinagem. Tornos são para torneamento, fresas para fresamento, furadeiras de bancada para furos precisos e assim por diante.
Tecnologias avançadas são aplicáveis para componentes e protótipos de alta precisão. Em CNC, os códigos g e m ditam a ferramenta e o movimento de trabalho através do computador. Então, você pode obter peças de metal de usinagem CNC com as mesmas especificações exatas do seu modelo CAD.
O desenvolvimento da tecnologia de usinagem começou na século XIX, com grandes desenvolvimentos na década de 1950, incluindo a invenção do CNC. Então, ele está se tornando continuamente mais preciso e eficaz ao longo do tempo. A automação CNC integrada à IA é o que temos hoje.
Vantagens da Usinagem
- Alta precisão: As máquinas CNC multieixos podem oferecer tolerâncias tão rigorosas quanto ± 0.001”, mesmo para itens complexos como lâminas de turbina e componentes médicos.
- Rápido para pequenos lotes: Ao contrário da fundição, não necessita de ferramentas extensas, o que o torna mais simples e rápido para protótipos e volumes baixos.
- Excelente repetibilidade: Uma configuração CNC pode criar peças idênticas em termos de dimensões, acabamento e qualidade usando um modelo CAD e um programa CNC.
- Alta automação: O processo de usinagem CNC automatiza a produção, reduzindo erros humanos e custos de mão de obra. As máquinas operam 24/7 e aumentam a eficiência.
- Faixa de materiais: Além de metais, é adequado para plásticos, compósitos e cerâmicas.
Desvantagens da Usinagem
- Difícil para recursos internos: A usinagem é desafiadora para geometrias internas complexas, como cavidades e canais profundos.
- Restrição de tamanho: Peças e produtos grandes são desafiadores devido à limitação do movimento do fuso.
- Desperdício de materiais: O processo de remoção de material para atingir a geometria projetada gera resíduos de cavacos e poeira.
Usinagem vs Fundição: Tipos e Técnicas
Fundição e usinagem têm tipos e técnicas distintas que abrangem enormes possibilidades na fabricação; vamos discutir.
Tipos de Usinagem
Fresamento, torneamento, furação e retificação são as principais tipos de operações de usinagem. Elas diferem em termos de quais tipos de cortadores são compatíveis, o movimento do cortador e as preferências de aplicação.
fresagem
A fresagem envolve cortadores rotativos presos ao fuso, que se movem ao longo de vários eixos para moldar o material de trabalho. Esse tipo de usinagem é diverso e funciona com designs complexos. As máquinas de 4, 5 ou mais eixos são populares para chassis de automóveis, implantes ortopédicos e matrizes de moldagem por injeção.
Passando
No torneamento, a peça de trabalho gira a um RPM determinado, e a fresa alimenta o material para criar itens axialmente simétricos, como formas cilíndricas e cônicas. Tornos CNC são adequados para isso.
Perfuração
A perfuração é para criação de furos circulares onde uma broca helicoidal gira e alimenta material com múltiplas arestas de corte. O tamanho do furo (⌀) depende do diâmetro e comprimento da broca. Furação CNC é compatível com alumínio, aço inoxidável, cobre, plásticos e termofixos. Enquanto isso, perfurar materiais duros como ligas de titânio requer brocas de carboneto ou ligas de tungstênio.
Moagem:
A retificação refina a superfície de peças usinadas para atender à tolerância dimensional desejada e à qualidade de acabamento. A retificadora envolve uma roda abrasiva rotativa para remover material em pequenas quantidades. Além disso, a retificação CNC pode atingir níveis de rugosidade de 3.2 a 0.3 µm.
Tipos de Fundição
Você pode escolher entre diferentes tipos de fundição, que são classificados com base na estrutura do molde/matriz usado para fundir o metal.
Fundição de areia
Este método envolve um molde de sílica, areia verde ou outras areias finas que formam uma cavidade ao colocar o padrão, compactar areia ao redor do padrão e remover o padrão. Os moldes de fundição em areia são utilizáveis para ciclos únicos ou múltiplos, e funcionam com metais de alto ponto de fusão.
Fundição
A fundição sob pressão é um método avançado e popular para produção em grande volume de metais não ferrosos. A matriz é feita de material resistente e termicamente estável, como aço inoxidável. Enquanto isso, fresamento, torneamento, eletroerosão e outros usinagem CNC de precisão técnicas tornam as matrizes de fundição reutilizáveis.
Fundição de investimento
Este processo de fundição de metal envolve o uso de um padrão de cera com um revestimento de material refratário e ligante. Então, imediatamente após o vazamento do metal fundido, ele substitui a cera e molda as peças/produtos. A fundição de investimento faz réplicas grandes e complexas de padrões grandes e complexos, como peças de turbina. Posteriormente, isso é principalmente benéfico para prototipagem e produções de pequenos lotes.
Principais diferenças entre usinagem e fundição
Vamos fazer uma comparação direta entre fundição e usinagem com base em vários aspectos;
Ferramentas.
Os processos CNC usam ferramentas de corte como fresas de topo, brocas, fresas de face, fresas voadoras e fresas de engrenagem com base no tipo de design que você está usinando. Por outro lado, as técnicas de fundição exigem arranjos de ferramentas mais extensos, desde a criação de padrões até a fabricação de moldes ou matrizes.
Precisão e exatidão
Máquinas CNC produzem peças mais precisas do que peças fundidas, com tolerâncias tão apertadas quanto ± 0.0025 mm em alguns casos. Enquanto isso, a tolerância padrão para itens usinados é de ± 0.13 mm. Fundição sob pressão e outras técnicas precisas podem atingir tão baixo quanto ± 0.10 mm. Em grandes volumes, pode fornecer maior repetibilidade.
Compatibilidade de Material
As opções de material para fundição dependem de qual técnica você está usando. Por exemplo, o processo de fundição em areia é flexível com metais ferrosos com altos pontos de fusão, mas a fundição sob pressão funciona melhor com metais não ferrosos. Por outro lado, materiais não metálicos também são usináveis, incluindo termoplásticos, termofixos, compósitos e cerâmicas.
Complexidade e tamanho do design
Geometrias complexas com bordas afiadas, detalhes finos e contornos irregulares são melhores para serem trabalhadas com um torno ou fresadora, mas peças intrincadas com características internas são mais fáceis de fundir. Consequentemente, itens de grande porte são adequados para máquinas, enquanto há uma restrição no tamanho das peças usinadas com base na capacidade da máquina.
Volume e velocidade de produção
O volume de produção e a velocidade estão relacionados tanto na tecnologia de usinagem quanto na de fundição. Se os volumes de produção forem altos, a fundição oferece mais velocidade. Por outro lado, a integração CNC permite entrega mais rápida de pequenos volumes e protótipos.
Resistência das peças
Embora as peças usinadas por CNC sejam estruturalmente mais intactas e fortes, as peças fundidas também podem reter quase a mesma resistência original do metal por meio de processos controlados e solidificações direcionais. No entanto, o tratamento térmico de peças fundidas melhora significativamente sua resistência e outras propriedades mecânicas.
Adequação para Protótipos
Protótipos usinados são mais rápidos e simples do que fundidos. Um investimento mínimo em ferramentas é suficiente para fazer protótipos com equipamento CNC se você tiver um modelo CAD do item desejado. No entanto, técnicas especializadas como fundição de investimento podem igualar a velocidade da prototipagem CNC em alguns cenários.
Custo de produção
Os custos de ferramental e configuração inicial são maiores para peças fundidas, embora sejam rentáveis para produção em massa. Por outro lado, peças usinadas são menos custosas para volumes de produção de pequeno e médio porte.
Onde a fundição e a usinagem são usadas?
As preferências de aplicação em fundição vs usinagem são diferentes. É melhor fundir peças de metal se o tamanho for grande, o design for complexo e custar mais usar CNC ou outros processos. Da mesma forma, peças complexas e precisas que exigem tolerâncias apertadas são preferidas para produzir com usinagem.
| Expertise | Aplicações de fundição | Aplicações da Usinagem |
| Automotiva | Blocos de motor, cabeçotes de cilindro, aros de roda e peças de suspensão. | Engrenagens, pistões, virabrequins, discos de freio, etc. |
| Indústria aeroespacial | Carcaças de motor, pás de turbina, elementos estruturais. | Discos de turbina, fixadores e peças hidráulicas. |
| Produtos para uso Médico | Fundação para equipamentos médicos, armações, etc. | Itens cirúrgicos, implantes e peças de dispositivos médicos. |
| Maquinaria industrial | Corpos de válvulas, caixas de engrenagens e estruturas de equipamentos pesados. | Engrenagens, eixos, rolamentos e componentes de ferramentas de precisão. |
| Bens de consumo | Utensílios de cozinha e cozinha, produtos decorativos, maçanetas, etc. | Componentes de pequeno porte para diferentes dispositivos de consumo. |
| Expositores e Eletrónica | Dissipadores de calor, gabinetes e conectores (fundidos). | Conectores de precisão, microcomponentes e invólucros. |
| Construção | Tubos, conexões, vigas, barras e itens arquitetônicos. | Fixadores, suportes e ferramentas de construção de precisão |
Qual devo escolher? Usinagem ou Fundição
Decidir entre fundição ou usinagem para seus projetos de fabricação requer uma consideração cuidadosa das características do projeto e dos requisitos gerais.
Os seguintes são os principais fatores a serem considerados:
Volumes de produção
Um dos principais fatores é o tamanho do volume que você quer produzir e a possível escalabilidade. CNCs são mais adequados para um pequeno número de lotes de produção, mas é possível escalá-los com ajuste de design a um custo mínimo. Por outro lado, o processo de fundição de metal é ideal para grandes volumes.
Complexidade das Partes
Em seguida, considere o tamanho e as características complexas do projeto a ser fabricado, como pequenas características internas, curvaturas de perfil, etc. Projetos com geometrias internas de tamanho pequeno são melhores com CNC, pois microferramentas podem ser usadas.
Precisão e repetibilidade desejadas
Na produção em massa, itens de metal fundido são mais repetíveis, pois uma única configuração de matriz é usada para vários ciclos. Por outro lado, ferramentas controladas por computador produzem peças consistentes, mas não tão repetíveis quanto a fundição na fabricação em larga escala. No entanto, a usinagem é mais precisa e fornece tolerâncias apertadas. Portanto, considere qual nível de precisão e consistência sua peça precisa antes de decidir.
tipo de material
O material que você está usando na produção também importa. Menos opções de materiais estão disponíveis para fundição, enquanto a lista de materiais usináveis é mais diversa. É difícil fundir metais com altas temperaturas de fusão.
Desperdício de Material
O desperdício não só aumenta o custo dos materiais, mas também dificulta sua reciclagem. Então, determine quanto material será desperdiçado da peça de trabalho durante a usinagem. Por outro lado, há desperdício mínimo de material se você os fundir.
Velocidade de Produção
Considere o cronograma do projeto e compare-o com a velocidade de produção para verificar se é viável para você ou não. Para protótipos e pequenos lotes, as técnicas de usinagem são mais rápidas. Mas, os métodos de fundição de metal são rápidos para volumes médios a grandes.
Conclusão
No geral, escolher o método de fabricação certo entre fundição e usinagem é totalmente influenciado pelo design que você tem e pelos requisitos de desempenho, como resistência, precisão, qualidade de acabamento, etc. É recomendado escolher técnicas de usinagem para alta precisão, volumes baixos a médios e flexibilidade de material. Da mesma forma, a fundição é melhor se os designs tiverem formas intrincadas, cavidades e grandes dimensões com requisitos de produção.
Frequentemente, os fabricantes também aplicam uma combinação de ambas as técnicas, primeira fundição e processos CNC de precisão. Isso permite alavancar o benefício cumulativo para fazer peças de alta qualidade com formato próximo ao líquido.
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Perguntas
Embora parafusos possam ser fundidos, é preferível usiná-los para que você possa obter resistência e durabilidade precisas da rosca. Ferramentas de corte de rosca CNC podem fazer vários tamanhos de rosca. Até parafusos pequenos são possíveis de fazer com usinagem suíça.
As peças de alumínio usinadas mantêm as propriedades mecânicas e físicas originais das matérias-primas, enquanto a resistência do alumínio fundido depende da estrutura dos grãos.
O método de fundição sob pressão é adequado para grandes volumes e formas complexas, enquanto a usinagem é melhor para peças complexas com tolerâncias apertadas em volumes pequenos a médios.
