A fundição sob pressão é excelente em formas complexas e de grande volume, mas tem menor precisão. A usinagem CNC é precisa e versátil para protótipos e volumes menores. A fundição sob pressão usa metal fundido em moldes, enquanto o CNC subtrai material de blocos sólidos.  Escolha fundição sob pressão para produção em massa, CNC para precisão e flexibilidade.

Ao comparar os dois procedimentos com seus parâmetros fundamentais, você pode encontrar a melhor opção. Portanto, este artigo fornece detalhes aprofundados sobre fundição sob pressão versus usinagem CNC.

Fundição sob pressão: Visão geral e benefícios

Os fabricantes fundem metais selecionados de acordo com sua temperatura de fusão. Por exemplo, eles fundem o zinco a 385°C e o alumínio a 660°C. Em seguida, ocorre a próxima etapa, a fundição sob pressão.

Esse método alimenta o metal fundido em um molde permanente sob pressão de 10 a 175 MPa. Os canais escoam esse metal, e os risers coletam seus resíduos.

O metal derretido se solidifica, levando de 5 a 30 segundos e permitindo a ejeção a 200-300°C. Você deve saber que cada ciclo é concluído em 15 a 60 segundos.

Considerando sua capacidade de produção rápida, é possível concluir grandes lotes com fundição sob pressão até 10 a 100 vezes mais rápido do que com a usinagem CNC.

Aplicações da fundição sob pressão

A fundição sob pressão ajuda a produzir peças complexas. Por exemplo, ele pode fabricar blocos de motor de alumínio com paredes de 1,5 mm. Além disso, esse método oferece durabilidade e resistência ao calor.

As peças eletrônicas fundem zinco para tornar seu invólucro de paredes finas muito mais leve. Além disso, as aplicações aeroespaciais usam magnésio com o objetivo de reduzir o peso em torno de 30% e aumentar a eficiência do combustível.

Processos de fundição sob pressão

1. Fundição sob pressão de alta pressão (HPDC):

Em geral, o HPDC trabalha com pressão de 10 a 175 MPa. Ele injeta metal a uma velocidade de 10-50 m/s. Esse processo produz com perfeição peças de alumínio para eletrônicos ou automóveis. Ele pode adicionar paredes finas (1,5 a 5 mm).

2. Fundição sob pressão de baixa pressão (LPDC):

Os fabricantes usam pressão de 0,3 a 1,5 MPa ao operar o LPDC. Nesse processo, o processo de preenchimento do molde é muito lento para evitar defeitos. Ele funciona melhor para peças com grande profundidade, em torno de 5 a 15 mm (cubos de roda). Eles também oferecem certa resistência e durabilidade.

3. Fundição sob pressão por gravidade:

O método emprega a gravidade para preencher o molde, que é pré-aquecido a 150-300°C. Ele pode produzir peças de alumínio muito simples com superfícies finas a preços acessíveis.

Tipos de ligas e propriedades

Processo de ferramental de fundição sob pressão

Os fabricantes criam matrizes que são 10 vezes mais fortes usando aço (grau H13) para resistir ao efeito de 50.000 a 1.000.000 de ciclos. Elas podem custar de 10.000 a 200.000, dependendo do projeto, da liga ou de outros fatores. Além disso, seus principais aspectos incluem:

• Eles usam uma força de fixação de cerca de 100 a 5.000 toneladas (de acordo com o tamanho da peça).
• Cada ciclo leva de 15 a 60 segundos (dependendo do resfriamento da peça).
• Sua força de ejeção pode ser de cerca de 5-20% da força de fixação.

Limitações da fundição sob pressão

• É necessária uma inspeção por raios X para verificar a porosidade, pois podem se formar bolsas de ar de até 1 a 2 mm de profundidade.
• Use ângulos de inclinação de 1 a 3° para a remoção de peças.
• O tamanho máximo da peça pode ser de até 600 mm devido aos custos da matriz.

Usinagem CNC: Visão geral e benefícios

Usos da usinagem CNC (Controle Numérico Computadorizado) técnicas auxiliadas por computador. Essa tecnologia recebe orientação de computadores para cortar formas e converter metal bruto em peças bem definidas.

Você sabe que, na fundição sob pressão, o metal quente entra e uma forma sólida sai. Por outro lado, a usinagem CNC usa ferramentas de corte para remover o material (metais, plásticos e compostos) camada por camada.

No entanto, esse procedimento é adequado para um número menor de peças personalizadas, protótipos e pedidos de baixo a médio porte (1 a 1.000 unidades)

Processo de programação CNC

A usinagem CNC usa uma ferramenta que é mantida por um eixo. Essa ferramenta corta a matéria-prima na mesa de trabalho. O motor de acionamento recebe os sinais da MCU e move o fuso de acordo. Enquanto isso, o dispositivo de feedback confirma a correção.

Operações de usinagem CNC

As máquinas CNC executam três tarefas comuns:

• Fresagem
• Giro
• Perfuração

Fresagem

Os fabricantes usam ferramentas giratórias (500-15.000 RPM) no fresamento. Elas cortam formas planas e curvas. Por exemplo, eles usam uma fresa de topo de carboneto de 10 mm. Isso ajuda a cortar ligas de alumínio a 2.000 RPM para fazer suportes de motor.

Giro

Um fuso rotativo fixa a peça de trabalho onde ela gira até 3.000 RPM). Enquanto isso, as ferramentas de corte ou estacionárias giram ao longo do eixo do fuso e dão um formato cilíndrico (parafuso ou tubo) ao material.

Perfuração

O processo de perfuração precisa fazer furos nas peças. Normalmente, os fabricantes usam Brocas (1-25 mm de diâmetro) a velocidades de 500-1.500 RPM. Por exemplo, eles fazem furos em caixas de plástico usando bits de 5 mm.

Exemplos de peças usinadas em CNC

A usinagem CNC leva 3 horas para produzir um protótipo de uma junta de robô de alumínio de 100 mm. Essa peça pode fornecer precisão de até 0,02 mm.

Nos implantes médicos, os fabricantes polem as próteses de joelho de cobalto-cromo até Ra 0,4 µm. Isso permite que ela se mova suavemente.

As lâminas de turbina de titânio aeroespacial resistem a 800°C. Essas peças são fabricadas usando fresas CNC de 5 eixos com precisão de 0,01 mm.

Tipos de máquinas CNC e recursos

Moinhos CNC de 3 eixos

Ele contém três eixos principais (X, Y, Z). Ele se move da esquerda para a direita, da frente para trás e de cima para baixo. Apesar de suas capacidades limitadas de movimento, ele pode gerenciar peças com cerca de 600 mm de comprimento. Os 3 eixos criam formas 3D para peças como caixas de engrenagens com precisão de ±0,05 mm.

Moinhos CNC de 5 eixos

Essa máquina inclina e gira as ferramentas. Essas ferramentas podem cortar formas muito difíceis (por exemplo, lâminas de turbina) em uma única configuração. Você pode obter peças com precisão de ±0,02 mm.

Tornos CNC

Esse tipo de máquina CNC é especializado em peças redondas. Ela pode segurar materiais de até 300 mm de largura. Com ela, é possível cortar roscas com passo de 0,5 mm.

Ferramental em usinagem CNC

Os fabricantes produzem ferramentas de corte CNC, geralmente de metal duro (dura de 200 a 400 minutos). O outro material da ferramenta pode ser aço de alta velocidade (HSS, 100-200 minutos) ou cerâmica (para alto calor).

Além disso, você pode aumentar a vida útil dessas ferramentas usando vários revestimentos, como nitreto de titânio (TiN). As camadas de revestimento tornam a ferramenta 50% mais rápida e não a deixam se desgastar. Por exemplo, as brocas revestidas são capazes de fazer 500 furos em aço inoxidável a 0,2 mm por rotação.

Os porta-ferramentas usam força hidráulica (até 200 bar). Essa força prende as ferramentas com firmeza, minimizando as vibrações durante o corte.

Materiais para usinagem CNC

Limitações da usinagem CNC:

• A usinagem CNC remove o material lentamente.
• Suas taxas de avanço normalmente variam de 0,1 a 0,5 mm/dente, o que é, portanto, ineficiente para pedidos grandes.
• O corte de materiais em alta velocidade causa desgaste da ferramenta.
• Pode ser um desafio para o CNC obter geometrias complexas com recursos profundos (por exemplo, relações profundidade/largura >5:1).

Comparação entre fundição sob pressão e usinagem CNC

1. Comparação de propriedades de materiais

Como descobrimos, tanto a técnica de fundição sob pressão quanto a CNC usam materiais diferentes. Isso significa que eles têm propriedades exclusivas. Por exemplo, uma liga comum de fundição sob pressão é o alumínio A380. Essa liga tem uma resistência à tração de cerca de 310 MPa e uma resistência ao escoamento de até 159 MPa.

Da mesma forma, as máquinas CNC utilizam o alumínio 6061. Ele oferece 310 MPa de resistência à tração e 276 MPa de resistência ao escoamento.

2. Comparação de tolerância

É possível obter tolerâncias em torno de 0,1 mm (0,004 polegadas) para peças pequenas por meio de fundição sob pressão. No entanto, a contração do material e os efeitos do resfriamento aumentam as tolerâncias com o tamanho da peça.

Por outro lado, a usinagem CNC oferece tolerâncias muito estreitas, geralmente abaixo de 0,001 polegadas (0,025 mm). Isso significa que ela pode funcionar bem quando estiver estritamente em conformidade com um padrão.

No entanto, obter resultados precisos exige custos mais altos. Se você quiser obter uma tolerância de 0,003 polegada (0,075 mm), isso pode custar 100 unidades. Enquanto isso, uma tolerância de 0,0005 polegada (0,012 mm) pode triplicar o custo. Isso se deve ao aumento do tempo de usinagem, ao desgaste da ferramenta e às medidas de controle de qualidade.

3. Análise de custos

A fundição sob pressão inclui as configurações iniciais e o ferramental. É por isso que custa em torno de $5.000-$50.000. No entanto, reduz o custo de cada unidade ($1-$5 por peça) para um pedido grande.

A usinagem CNC não exige custos de ferramentas. Seu custo de produção depende da seleção do material e do nível de complexidade do projeto.

4. Comparação do tempo de espera

A configuração das ferramentas de fundição sob pressão leva de 4 a 8 semanas antes de iniciar o processo. Entretanto, uma vez que essas ferramentas estejam prontas, elas podem produzir grandes lotes rapidamente.

Não há atraso de ferramental na usinagem CNC. Esse processo pode produzir protótipos em 1 a 3 dias. Além disso, a produção em lote leva de 5 a 10 dias, de acordo com a complexidade do projeto.

5. Complexidades das peças

A fundição sob pressão pode lidar com projetos de níveis simples a moderados de complexidade. Ele suporta paredes finas e recursos integrados, como nervuras. Esse processo tem dificuldades para fazer cortes profundos, cantos internos afiados e peças longas e definidas.

As máquinas CNC podem trabalhar em projetos mais profundos e geometrias complexas. Esse processo é mais lento e, por isso, aumenta o custo de grandes lotes.

6. Comparação do impacto ambiental

Há menos desperdício de material durante as operações de fundição, mas o material restante nem sempre é 100% reciclável. Isso se deve à oxidação e às impurezas. Além disso, a fabricação de moldes consome muita energia.

O processo de usinagem CNC produz mais sucata. Em particular, você pode reutilizar os cavacos de metal. No entanto, seu agente de resfriamento causa impacto no meio ambiente. Isso pode ser reduzido em até 50% usando sistemas de filtragem modernos.

Matriz de decisão para a escolha do processo correto

Considerações sobre o projeto para fundição sob pressão e usinagem CNC

Regras de projeto para fundição sob pressão

A fundição sob pressão precisa de ângulos de inclinação. Esses ângulos tornam o processo de ejeção mais suave. Você pode calcular o ângulo de inclinação usando fórmulas.

As fórmulas incorporam constantes específicas da liga, normalmente de 1° a 3° por lado. Seu cálculo também é afetado pela complexidade do material e da peça.

Além disso, a espessura da parede também pode variar. Por exemplo, o alumínio pode ser usado de 1 a 1,5 mm, e o zinco pode ser usado de 0,5 a 1 mm. A espessura confirma o fluxo adequado e repele defeitos.

Além disso, a principal função dos filetes e raios é reduzir a concentração de tensão e aumentar a vida útil do molde.

Considerações sobre o projeto para usinagem CNC

Em geral, os projetos de usinagem CNC não precisam de ângulos de inclinação. Eles podem fazer cantos internos agudos e paredes verticais. Sua opção de projeto pode incluir ranhuras em T, caudas de andorinha e bolsos profundos. Que contêm relações mais altas de profundidade e largura.

Considere o acesso à ferramenta, pois as cavidades profundas precisam de ferramentas mais longas. Isso também pode aumentar a vibração e não fornecer resultados precisos. Além disso, a fixação apoia a estabilidade durante a usinagem.

Uso de software de simulação

Você pode usar ferramentas de simulação para aprimorar ainda mais o desempenho do projeto. Essas ferramentas tornam o fluxo do molde de fundição sob pressão e os caminhos da ferramenta CNC tão funcionais quanto possível. Elas também ajudam a identificar defeitos como porosidade na fundição sob pressão e vibração na usinagem.

Colaboração entre designers e engenheiros

Tente se comunicar com os projetistas com antecedência. Confirme seus requisitos para produzir peças econômicas e fabricáveis. Essa etapa também evita várias modificações e problemas de produção.

Conclusão:

A opção de fundição sob pressão é boa para ser usada em grandes produções. Ela produz peças mais rapidamente em uma taxa baixa, mas não é eficiente para resultados de precisão. Por outro lado, a usinagem CNC usa vários materiais e oferece alta precisão. Entretanto, essa técnica é lenta e cara.

Ambos os processos têm diferentes prós e contras. A seleção depende totalmente dos tipos de materiais ou produtos que você está produzindo.