O processo de fundição em molde permanente é a reutilização dos moldes para fazer peças, enquanto a fundição em molde descartável usa moldes descartáveis. Embora o alumínio fundido seja o material inicial dos dois métodos, as diferenças na forma e na remodelagem do material, a resistência do produto no final e as implicações de custo são drásticas. 

Entre os vários setores que utilizam o alumínio como um dos materiais mais versáteis, deve-se observar que isso se deve à sua relação resistência-peso, à sua não corrosividade e à sua condutividade. No caso de o alumínio assumir a forma de peças e componentes, há dois processos principais que são usados, a saber, Fundição em molde permanente e Fundição em molde descartável. O procedimento envolvido em ambos os processos não é o mesmo, e o produto final tem suas próprias características mecânicas, uso e necessidades de produção.

Esse guia deve incluir a solicitação de diferenças no processo, na propriedade mecânica, no custo, nas aplicações e nos impactos ambientais, a fim de tomar uma decisão informada sobre o próximo projeto que você estiver realizando.

Comparação e contraste entre a fundição de molde permanente e a fundição de molde descartável

O que são moldes de fundição permanentes?

A fundição com molde permanente refere-se ao processo de derramar alumínio fundido em um molde de metal, que pode ser usado para criar muitas peças. Ela é adequada para a fabricação de peças que precisam de alta resistência e precisão dimensional. O material do molde geralmente é ferro fundido ou aço, para que a substância possa ser submetida ao calor do alumínio fundido durante um grande número de ciclos. O processo é ideal para a produção em massa de componentes de médio a alto volume.

A característica da fundição de molde permanente é:

• Há moldes reutilizáveis: Os moldes de metal são reutilizáveis e, portanto, é econômico usá-los para produção em massa.
• Dimensões exatas: Os moldes oferecem dimensões de alta qualidade.
• Força: As peças são mais resistentes em comparação com as criadas por meio de outros procedimentos de fundição.
• Acabamento da superfície: Isso resulta em acabamentos de superfície de alta qualidade, e os pós-processamentos são reduzidos ao mínimo.

Aplicativos comuns:

• Autopeças como blocos, carcaças e suportes.
• Partes estruturais de espaços aéreos.
• Peças industriais de alta ou média resistência.

O que é fundição em molde descartável?

Fundição de molde descartável implica a produção de um molde que é destruído após apenas uma aplicação. Os mais populares são a fundição em areia, a fundição por cera perdida e a moldagem em casca. O processo pode ser usado com frequência no desenvolvimento de peças complexas ou feitas sob medida, que não precisam de grandes quantidades. Há uma grande liberdade de projeto e variabilidade de material nos moldes descartáveis.

Alguns dos principais atributos do Expendable Mould Casting:

• Moldes de uso único: Os moldes são descartados depois que a fundição é concluída, o que aumenta o preço por unidade.
• Geometria complexa: Eles são adequados quando se trata de fabricar peças com geometria complexa ou internamente.
• Redução das despesas com materiais: Os moldes podem ser preparados na forma de vários tipos de materiais, ou seja, areia ou cerâmica.
• Acabamento da superfície: O acabamento da superfície pode precisar de pós-processamento adicional.

Aplicativos comuns:

• Peças e protótipos OEM e personalizados.
• Componentes feitos para o setor aeroespacial e de defesa.
• Escultura, arte e itens de decoração.

Processos de fabricação

Processo de fundição permanente:

• A fusão do alumínio: O alumínio é derretido em um forno até o estado líquido.
• Colocação em moldes: O alumínio líquido é despejado no molde de metal permanente.
• Resfriamento e solidificação: O alumínio esfria e se solidifica dentro da cavidade.
• Remoção de mofo: O molde é removido e o molde, que foi moldado de acordo com a durabilidade da peça durante o processo de fundição e de modo algum o ponto mais fraco, é removido.
• Pós-processamento de fundição: A fundição pode ser queimada, usinada ou refinada conforme necessário.

Principais características:

• Ideal para atender a projetos complexos.
• Alta taxa de produção.
• Economia de dinheiro para grandes quantidades.

O processo de fundição de moldes vem com o Expendable:

• Preparação do molde: O molde descartável é feito com alguns materiais, como areia, cerâmica ou concha.
• Indução de fusão e derramamento: o alumínio fundido é despejado no molde.
• Resfriamento e solidificação: A peça pode esfriar e solidificar.
• Destruição de mofo: Para ejetar a peça acabada, o molde é destruído.
• Pós-processamento: Pode haver uma usinagem/acabamento adicional.

Principais características:

• Mais adequado para a fabricação de peças personalizadas ou de baixo volume.
• Ser capaz de oferecer designs e recursos complexos.
• Aumentar o custo por unidade.

Microestrutura e propriedades mecânicas

A microestrutura, bem como as propriedades mecânicas do alumínio, dependem muito do processo de fabricação.

Estrutura do grão

• Fundição de molde permanente: Os grãos nos moldes permanentes são muito finos e regulares, e isso é atribuído à natureza de resfriamento controlado dos moldes de metal. Isso melhora a resistência e as propriedades mecânicas.
• Fundição de molde descartável: Em uma fundição de molde descartável, a tendência do grão é menos uniforme, o grão é maior e, portanto, há menos resistência e ductilidade.

Porosidade e defeitos

• Fundição de molde permanente: Os moldes de metal são usados para diminuir os poros internos e os defeitos internos na fundição, tornando-a forte e confiável.
• Fundição de molde descartável: Eles têm um molde descartável que é poroso e, como tal, pode permitir defeitos internos, como porosidade de gás ou cavidade de contração na peça, fazendo com que ela tenha um desempenho ruim sob tensão.

Desempenho mecânico

Tabela 1: Desempenho mecânico

Materiais dos robôs de fundição de moldes permanentes

Moldes de metal

Os moldes de fundição de molde permanente normalmente são baseados em aço, ferro fundido ou aços-liga. Eles são selecionados em combinação com esses materiais resistentes a ciclos e a altas temperaturas. Os moldes de aço são especificamente preferidos devido à sua durabilidade e resistência, enquanto os moldes de ferro fundido proporcionam boa condução térmica.

Metals – the casting

Os metais mais comumente usados para produzir fundição nos moldes permanentes são:

• Alumínio: É macio, leve e tem propriedades resistentes à corrosão, o que é perfeito para aplicações de alta resistência.
• Magnésio: Classificado como um metal leve, mas forte, popular no setor aeroespacial e até mesmo no setor automotivo.
• Zinco: Ele tem boa resistência/ductilidade e é frequentemente aplicado em fundição sob pressão de alto volume.
• Esses metais, combinados com moldes duráveis, resultam em peças fundidas fortes, precisas e consistentes.

Matérias-primas em fundição com molde descartável

Materiais do molde

Na fundição com molde descartável, os moldes são sacrificados toda vez que o molde é usado. Eles podem consistir em muitos tipos de moldes, de modo que a técnica de fundição varia:

• Areia: O uso mais predominante da areia é durante a fundição em areia, em que uma mistura de areia de sílica e aglutinantes é usada para fazer o molde.
• Cerâmica: Aplicado na aplicação de fundição de investimento, e pós finos de cerâmica são fabricados em conchas para fundir metal com alta precisão.
• Gesso e conchas: Eles são aplicados ao processo de fundição por cera perdida e ao procedimento de moldagem de cascas na produção de peças com detalhes finos e tolerância rígida.

Metals – the casting

A fundição de molde descartável tem um amplo espectro de metais que podem ser usados à vontade, incluindo

• Alumínio: O alumínio, conhecido por sua leveza e versatilidade, é comumente usado em materiais industriais em partes da indústria automobilística e em itens de consumo.
• Aço e ferro: Eles são amplamente empregados no processo de fundição em areia e de revestimento em termos de máquinas industriais, ferramentas e peças estruturais.
• Latão e bronze: Ideal para a fundição de peças complexas, como itens decorativos, válvulas e acessórios.
• Titânio: O titânio é mais caro, mas encontra aplicações para fins especiais, como aeroespacial e dispositivos médicos implantáveis, pois é forte e resistente à corrosão.
• Requisitos: Os moldes descartáveis devem ser feitos de um material adequado à complexidade da peça e do metal que está sendo fundido, bem como aos requisitos da produção.

Tipos de formas de fundição de molde permanente

1. Fundição de molde permanente por gravidade

Na fundição de molde permanente por gravidade, o metal fundido é derramado em uma cavidade de molde reutilizável com referência à gravidade. Ela está sendo empregada para fabricar peças simples e de alta qualidade com bom acabamento superficial. Ela é adequada para metais como alumínio e magnésio e é comumente aplicável quando se deseja fazer um trabalho detalhado e de resistência moderada.

2. molde permanente de baixa pressão (LOPRVM)

Baixa pressão. O metal fundido na fundição de molde permanente de baixa pressão é injetado em um molde a uma baixa pressão, o que facilita o preenchimento da cavidade de formas complexas com um acabamento de superfície suave. O processo é comumente aplicado a ligas de alumínio e ligas de magnésio e é adequado quando as peças têm um alto nível de propriedades mecânicas e tolerâncias estreitas.

3. Fundição de molde permanente de alta pressão (HPDC)

Essa abordagem envolve a injeção sob pressão de metal fundido em um molde, formando um preenchimento rápido e um processo altamente eficiente. Ele encontra ampla aplicação na fabricação em larga escala de peças, como autopeças e peças em que há necessidade de precisão, resistência e superfície de acabamento lisa.

4. Fundição sob pressão

A fundição sob pressão é uma fundição de molde permanente; depois que o molde é preenchido com o metal fundido, esse metal é forçado a sair, ou espremido, do molde. É usado principalmente na fabricação de alto volume de peças com formas complexas, por exemplo, peças automotivas, e os metais comumente fundidos incluem alumínio, zinco e magnésio.

Tipos de fundição de molde descartável

1. Fundição em areia

Um dos processos de fundição de moldes descartáveis mais amplamente utilizados e universais é a fundição em areia. Ele envolve a formação de um molde feito de uma mistura de areia, argila e água. Após a preparação do molde, o metal derretido é despejado em um molde. A fundição de peças grandes por meio de fundição em areia é perfeita e é amplamente aplicada em metais como alumínio, ferro e aço. É aplicável em produção de baixo/médio volume.

2. Fundição por revestimento (fundição por cera perdida)

Aplica-se uma fundição de investimento, que é feita na forma de um padrão de concha de cerâmica separado de um padrão de cera. Depois que o padrão é removido após o derretimento, o metal derretido é despejado no molde. Esse método é melhor aplicado quando as peças são muito detalhadas e se aplica bem em setores que produzem produtos aeronáuticos, equipamentos médicos e joias. A fundição por cera perdida é capaz de processar alta precisão e geometria complexa.

3. Fundição de molde de concha

A fundição em molde de concha refere-se ao processo de aplicação de um molde de paredes extremamente finas a um invólucro moldado pelo revestimento de um processo chamado padrão, que é uma fina camada de areia e adesivo. Depois que o molde é fundido, o padrão é retirado e a cavidade é preenchida com metal fundido. É comumente aplicado a peças menores e detalhadas e tem acabamentos de produto superiores em relação a fundição em areia. Ele é aplicado principalmente em ligas de alumínio, latão e aço.

4. Fundição de espuma perdida

Quando um padrão de espuma é o molde, isso é chamado de fundição de espuma perdida. O padrão de espuma é revestido de cerâmica e, quando o metal derretido é despejado no molde, a espuma derrete e evapora. Isso é feito principalmente quando se trata de fundições de formas complexas e os setores mais comuns com esse tipo de fundição são os setores automotivo e aeroespacial.

5. Fundição centrífuga

Fundição centrífuga O processo de fundição centrífuga consiste em despejar o metal fundido em um molde rotativo. A força centrífuga arremessa o metal para o lado externo do molde, o que cria uma fundição compacta e forte. Essa técnica se aplica à fabricação de itens cilíndricos, como canos, tubos e buchas, especialmente em ferro fundido, aço e bronze.

Aplicativos

Usos da fundição de molde permanente:

As peças fabricadas com fundição de molde permanente são apropriadas para uso onde são necessárias alta resistência, precisão e durabilidade. Elas são adequadas para operações de fabricação de médio e alto volume, por exemplo, na fabricação de máquinas automotivas, aeroespaciais e industriais.

Aplicativos comuns:

• Blocos de motores automotivos:  O projeto do bloco do veículo de um motor com uma geometria interna complicada.
• Componentes aeroespaciais: Peças estruturais que são leves e têm grande resistência.
• Equipamentos industriais: Componentes de ótimo desempenho, como bombas e carcaças de bombas, além de suportes.

Usos da fundição com molde descartável:

A fundição em molde descartável tem sido a escolha ideal quando projetos de baixo volume, personalizados ou protótipos estão sendo desenvolvidos e a flexibilidade do projeto é vital. Ela se tornou comum em setores como o aeroespacial e de defesa e na fabricação de produtos personalizados.

Aplicativos comuns:

• Componentes aeroespaciais: Peças especiais que incluem as lâminas da turbina e peças do motor.
• Defesa: Peças personalizadas e de nível militar com formato exclusivo.
• Arte e escultura: Criação e personalização ou aplicação de produtos artísticos.

Preço e eficiência, custo e eficiência da produção, custo e eficiência da produção

Fundição de molde permanente:

• Custos iniciais: Ferramental muito caro para moldes de metal.
• Custo por unidade: menor custo por peça na fabricação de grandes volumes.
• Velocidade de produção: É mais rápido no caso de grandes séries de produção.
• Longa duração: Os moldes feitos de metal podem durar muito tempo, resultando em redução de custos em longo prazo.

Molde de metal fundido para ferramentas expansível

• Custo inicial: Baixo custo de ferramental usado em moldes descartáveis.
• Custo por unidade: É mais caro, com um alto custo por peça para o fabricante, devido aos moldes de uso único.
• Velocidade de produção: A desaceleração ocorre porque a produção envolve a criação de moldes e processos de resfriamento mais longos.
• Durabilidade: Os moldes produzem apenas uma única unidade, o que aumenta o custo por peça produzida.

Considerações ambientais

Uso de energia

• Fundição de molde permanente: Em geral, ele requer menos energia do que os moldes de metal.
• Fundição de molde descartável: A entrada de energia por unidade específica é maior, especialmente para os moldes complexos.

Utilização de materiais

• Fundição de molde permanente: O fluxo de materiais é excelente, com pouco desperdício.
• Fundição de molde descartável: O uso de moldes os expõe a mais desperdício de material, pois são usados uma única vez.

Reciclabilidade

• Fundição de molde permanente: O alumínio é fácil de reciclar, e o dinheiro é ganho após o uso.
• Fundição de molde descartável: Os moldes não seriam recicláveis na maioria dos casos, embora o alumínio possa ser reciclado. 

Quando preferir a fundição de molde permanente à fundição de molde descartável

• Produção de alto volume: A fundição em molde permanente é mais econômica na produção de alto volume, pois seus moldes podem ser usados repetidamente, além de oferecer taxas de produção rápidas.
• Elementos de alta resistência: Nos casos em que o produto final precisa de um alto grau de resistência, tolerâncias rígidas e poucos defeitos internos, a fundição em molde permanente é a opção preferida.
• Aplicação de componentes: A fundição em molde permanente é preferível para geometrias complexas em que nenhuma complexidade precisa ser alcançada internamente na aplicação dos componentes, como em peças automotivas e industriais.
• Ciclos de produção de longa duração: Os projetos de produção de longo prazo que consideram o uso do molde e a reutilização dos moldes a longo prazo também devem usar a fundição de molde permanente, pois ela é eficiente a longo prazo.

A situação para selecionar a fundição de molde descartável em vez da fundição de molde permanente

• Baixo volume ou feito sob encomenda: Baixo volume ou feito sob encomenda com um baixo custo inicial de ferramenta, que era o ponto fraco da fundição com molde descartável.
• Geometrias e designs intrincados: Caso a peça tenha sistemas internos complicados ou desenhos e formas muito detalhados que possam ser difíceis de realizar com o uso de moldes permanentes, a fundição com molde descartável seria adequada.
• Ligas de alta temperatura: A fundição em molde expansível pode ser incluída quando se deseja fundir um metal ou liga que derrete a uma temperatura extremamente alta, como aço ou titânio, já que, em geral, somente os metais com baixo ponto de fusão, como alumínio ou zinco, podem ser fundidos em moldagem permanente.
• Prototipagem e produtos únicos: No caso de uma determinada empresa estar testando um novo design em seu produto ou quando for necessário um componente personalizado único, os moldes descartáveis serão melhores, pois o custo de fabricação dos moldes é menor.

GC Precision Mold: Serviços de fabricação de moldes de alta qualidade

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Conclusão

A fundição em molde permanente e a fundição em molde descartável têm benefícios distintos de acordo com a finalidade e os requisitos de criação. Pode-se notar que a fundição em molde permanente deve ser usada na produção de médio a alto volume que exige ênfase na precisão e em um grande nível de detalhes, enquanto a fundição em molde descartável deve ser usada quando é necessária mais flexibilidade para criar projetos complexos, peças personalizadas e produção em baixa quantidade.

Ao escolher entre os dois processos, deve-se levar em consideração a natureza da propriedade do material necessário, o volume da produção requerida, o preço e a complexidade do projeto. Conhecer os pontos fortes e as deficiências de todos os métodos significa que os fabricantes têm a opção de selecionar o melhor método de fundição a ser usado naquele projeto, garantindo assim uma produção eficaz com o produto final exibindo seu melhor desempenho.

Perguntas frequentes

1. Qual deles é mais barato para o casting de produções em grande escala?

A fundição em molde permanente torna-se mais barata na produção de grandes volumes, uma vez que os moldes podem ser usados repetidamente, o que resulta em um processo de produção mais curto.

2. É possível usar projetos complexos na fundição de moldes descartáveis?

Sim, a fundição em molde descartável é a melhor opção para fabricar projetos complexos e complicados, como peças com geometrias internas.

3. Qual processo de fundição é mais adequado quando se trata de razões de resistência?

A fundição com molde permanente normalmente resultará em peças melhores, e a fundição com molde descartável pode ser utilizada em aplicações de alta resistência, especialmente no setor aeroespacial e de defesa.

4. Há desperdício de material nos dois tipos de fundição?

Na fundição com molde descartável, o desperdício de material é maior porque os moldes são usados apenas uma vez, em comparação com o uso de moldes que são permanentes e têm menos desperdício.