Principais diferenças entre dois processos comuns de fundição de metal
A fundição sob pressão e a fundição em areia são dois dos processos de fabricação mais onipresentes para a produção de peças metálicas em escala. Ambos envolvem o vazamento de metal fundido em moldes, mas os tipos de molde e as aplicações ideais variam significativamente. Aqui examinamos as principais diferenças entre fundição sob pressão e fundição em areia em termos de qualidade das peças, geometrias, metais usados, volumes de produção e custos.
Visão geral da fundição sob pressão
A fundição sob pressão utiliza moldes de metal permanentes chamados matrizes para produzir repetidamente em massa peças metálicas complexas e de alta tolerância em grandes volumes. O metal fundido é injetado sob altas pressões nas ferramentas da matriz para preencher rapidamente as cavidades do molde. O metal solidifica rapidamente dentro de 15 a 90 segundos antes que as metades da matriz se separem e a peça fundida seja ejetada. As ligas de zinco, alumínio e magnésio são comumente fundidas sob pressão.
Benefícios da fundição sob pressão:
- Altos volumes de produção viáveis
- Excelente precisão dimensional e acabamento superficial
- Possibilidade de paredes finas e contornos intrincados
- Alta produtividade e automação
- Peças consistentes de alta qualidade
Desvantagens da fundição sob pressão:
- Altos custos iniciais de ferramentas para matrizes
- Principalmente limitado a metais não ferrosos
- Limitações de tamanho com base na capacidade da prensa
- As taxas de produção podem ser prejudicadas pela cavitação da matriz
Visão geral da fundição em areia
Na fundição em areia, os moldes descartáveis são formados a partir de areia natural ou sintética misturada com agentes ligantes. O metal fundido é derramado nas cavidades do molde, onde solidifica antes que o molde seja quebrado para liberar a peça fundida. A fundição em areia é flexível para volumes pequenos a grandes e para a maioria dos metais, incluindo ligas ferrosas e não ferrosas.
Benefícios da fundição em areia:
- Baixos custos iniciais de ferramentas com padrões de madeira ou metal
- Peças fundidas de qualquer tamanho, de onças a toneladas
- É possível uma complexidade de forma muito alta
- Ampla gama de ligas metálicas podem ser fundidas
- Flexível para protótipos ou produção
- O tratamento térmico não afeta o mofo
Desvantagens da fundição em areia:
- Geralmente menor precisão e acabamento superficial do que a fundição sob pressão
- Tempo necessário para preparação do molde em cada ciclo
- Não tão automatizado quanto a fundição sob pressão
- Defeitos de porosidade podem ocorrer em peças fundidas
- Restrito a volumes de produção mais baixos do que a fundição sob pressão
Principais diferenças entre fundição sob pressão e fundição em areia
Aqui exploramos várias diferenças importantes entre os dois processos:
Precisão e tolerâncias de peças
- A fundição sob pressão pode produzir peças com precisão dimensional extremamente precisa de até ±00,002 polegadas, juntamente com acabamentos de superfície finos. Isto se deve à excelente repetibilidade das matrizes metálicas permanentes, ciclo a ciclo.
- As peças fundidas em areia têm menor precisão em torno de ±00,02 polegadas e acabamentos mais grosseiros porque os moldes de areia se degradam gradualmente com a ciclagem térmica. Mas a fundição em areia ainda pode atingir precisão para muitas aplicações.
Complexidade da peça
- A fundição sob pressão pode produzir peças com nervuras e paredes muito finas e profundas, bem como contornos e detalhes intrincados. As altas pressões do metal preenchem completamente as cavidades da matriz.
- A fundição em areia padrão é limitada pela necessidade de poder retirar o padrão da areia compactada. No entanto, novos moldes de areia impressos em 3D permitem geometrias mais complexas.
Metais usados
- Zinco, alumínio, magnésio e algumas ligas de cobre são comumente usados na fundição sob pressão. O rápido resfriamento do metal nas matrizes evita trincas a quente.
- A fundição em areia pode acomodar quase qualquer metal, incluindo ligas ferrosas como ferro fundido e aço, que podem rachar na fundição sob pressão. Os moldes de areia podem suportar temperaturas de vazamento mais altas.
Volumes de produção
- A fundição sob pressão é otimizada para lotes grandes e consistentes acima de 10,000+ unidades. Uma vez feitas as matrizes, elas podem produzir peças fundidas rapidamente.
- A fundição em areia é flexível desde protótipos únicos até cerca de 1,000 peças. A fabricação do molde deve ser repetida para cada ciclo de fundição.
Fatores de custo
- A fundição sob pressão tem custos iniciais muito altos para as matrizes usinadas, mas custos mais baixos por peça em grandes volumes.
- A fundição em areia tem baixos custos iniciais de padrão, mas maiores custos recorrentes de mão de obra e material para cada execução de produção.
Com sua flexibilidade em muitos metais, geometrias e volumes, a fundição em areia continuará popular para protótipos e tiragens de produção baixas a médias. Mas para a produção em massa de peças complexas de metais não ferrosos, a fundição sob pressão oferece eficiência e precisão incomparáveis. A compreensão dessas vantagens importantes permite a seleção do processo de fundição ideal para um determinado produto.
Tendências de Pesquisa e Desenvolvimento
Os acadêmicos e a indústria continuam pesquisando e avançando nos processos de fundição sob pressão e em areia:
- Novos sistemas de ligantes melhoram a colapsabilidade e o acabamento superficial de moldes de areia (Tang et al, 2022)
- Novas ligas de alumínio como Al-Ce oferecem resistência superior e resistência à corrosão para fundição sob pressão (Shaha et al, 2019)
- A modelagem de simulação minimiza defeitos por meio de projetos otimizados de matrizes e canais (Gourlay et al, 2022)
- Automação como robôs e controle de qualidade em linha aumentam os rendimentos de ambos os processos (Hu et al, 2021)
- 3Os moldes de areia impressos em D permitem geometrias mais complexas para fundição em areia (Li et al, 2020)
- Sensores avançados como ultrassom detectam defeitos no início do processo de fundição sob pressão (Jia et al, 2021)
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Referências:
Tang, Y., Liu, J., Zhao, X., Zhao, Z., & Cao, H. (2022). Efeitos de um novo ligante de negro de fumo-uretano fenólico nas propriedades de areias revestidas com resina. Materiais, 15(4), 1442.
Shaha, SK, Czerwinski, F., Kasprzak, W., Friedman, J., & Chen, DL (2019). Desenvolvimento de ligas Al-Ce de alto desempenho. Ciência e Engenharia de Materiais: A, 767, 138372.
Gourlay, CM, Laukli, HI, Dargusch, MS, & Schumacher, P. (2022). Abordagens de modelagem e simulação para melhoria da qualidade na fundição de alumínio: uma revisão. Metais, 12(4), 634.
Hu, B., Bao, R., Karnati, S. e Liou, F. (2021). Inteligência e automação na indústria de fundição de metais: uma revisão. Journal of Manufacturing Systems, 60, 443-458.
Li, X., Zhang, H., Wang, X. e Zhao, J. (2020). Pesquisa sobre peças fundidas por processo de areia por impressão 3D. Procedia Manufacturing, 48, 1068-1074.
Jia, Z., Jolly, M., Chinesta, F., & Cueto, E. (2021). Modelagem baseada em energia para processos eficientes de fundição sob pressão. Jornal de Tecnologia de Processamento de Materiais, 291, 117048.
