A fundição de metais na manufatura moderna tem uma importância imperativa na criação de elementos no setor aeroespacial, equipamentos de materiais industriais e produtos de consumo. Os dois processos de fundição mais comuns são o processo de fundição por compressão e o processo de fundição sob pressão. Ambas as técnicas produzem peças de alta qualidade que são produzidas com precisão, mas a diferença entre a relação custo-benefício e o desempenho das duas técnicas é a mesma.

Para os gerentes de compras em início de carreira, a decisão entre squeeze casting e die casting aguarda um conhecimento aparente de como funciona um squeeze casting, quais benefícios ele oferece e onde ele é ineficiente. Este blog discutirá os aspectos básicos da fundição por compressão e da fundição sob pressão, suas considerações de custo e principais diferenças, com o objetivo de ajudar os tomadores de decisão a escolher o processo mais adequado.

Como ambos funcionam

Como funciona o Squeeze Casting

Squeeze casting ou forjamento de metal líquido é um processo híbrido que mescla características de fundição e forjamento. Ele começa com o derramamento de metal fundido em uma matriz pré-aquecida. O metal entra na matriz e ocorre alta pressão quando o metal se solidifica com o uso de uma prensa hidráulica. Esse estresse remove a porosidade do gás, obtém uma ligação metalúrgica superior em relação à ligação metalúrgica superior e produz uma fundição mais forte e de maior densidade do que os processos tradicionais.

Como funciona a fundição sob pressão

O processo de fundição sob pressão é um processo relativamente popular de fundição realizado na produção em massa. No processo, o metal fundido é derramado à força em um orifício em um molde de aço (chamado de matriz) em alta velocidade e força. A matriz é usinada com precisão e também é reutilizável, o que faz com que a fundição sob pressão seja econômica na produção de alto volume.

Principais características da fundição sob pressão e da fundição por compressão

Fundição sob pressão

Fundição sob pressão A fundição sob pressão é um método rápido e eficiente de usar metal fundido em alta pressão forçado em um molde de aço. É perfeito para a produção de alto volume, e o processo tem um alto acabamento de superfície, tolerâncias mais rígidas e pode fabricar produtos em formas complexas com paredes finas. No entanto, a alta taxa de desgaste é causada pela rapidez. Quando as peças fundidas sob pressão são submetidas à injeção, pode ocorrer porosidade nessas peças, resultando em integridade estrutural deficiente e capacidade de serem soldadas.

Moldagem por compressão

A fundição por compressão, por outro lado, é um intermediário entre a fundição e o forjamento. Para realizar esse processo, o metal fundido é derramado em uma matriz pré-aquecida e, em seguida, solidificado em pressão moderada a alta. Isso remove a maior parte dos grânulos de gás da fundição convencional, resultando em produtos com maior densidade, menor porosidade e maior resistência mecânica. O processo é mais adequado para peças que precisam de integridade estrutural superior, mas ocorre mais lentamente do que outros processos, que incluem os setores automotivo, aeroespacial e de máquinas pesadas. Ambas as tecnologias proporcionam um resultado bom e favorável, mas dependendo do volume de produção, do desempenho e do que é exigido materialmente, a tecnologia usada também é uma opção.

Implicações de custo

O preço dos processos de fundição é uma das principais considerações na escolha dos processos de fundição. O investimento inicial em matrizes e equipamentos é semelhante tanto no squeeze casting quanto no die casting, mas os custos de manutenção são diferentes.

Custos de fundição do Squeeze

• Mais despesas por peça, resultado final: menor velocidade de produção.
• Redução do custo de usinagem, pois as peças tendem a resultar em melhor acabamento superficial e resistência.
• Mais econômico em volumes moderados de produção, em que a resistência é enfatizada em detrimento da quantidade.

Custos de fundição sob pressão

• Caro custo inicial de matriz/ferramenta.
• A recompensa óbvia é o baixo custo por peça em grandes volumes de produção, devido aos tempos de ciclo mais curtos.
• Quando a demanda é alta e as peças podem ser fabricadas em grandes lotes.

Simplificando, a fundição por compressão oferece qualidade e desempenho que a fundição sob pressão proporciona em um nível econômico de produção.

Tendências futuras nas tecnologias de Squeeze Casting e fundição sob pressão

Encontrar soluções eficientes que melhorem a qualidade e a sustentabilidade está transformando rapidamente o setor de fundição, à medida que os fabricantes buscam levar o setor para direções ecológicas. Espera-se que haja melhorias significativas tanto na fundição por compressão quanto na fundição sob pressão nos próximos anos.

Principais tendências em Squeeze Casting

• A automação e a robótica usadas para aumentar a consistência diminuirão os tempos de ciclo e os encargos trabalhistas.
• Desenvolvimento de ligas avançadas que permite um uso mais amplo de materiais de alto desempenho por meio de squeeze casting.
• Projeto avançado de matrizes e simulação computadorizada para prever com mais precisão a solidificação do fluxo de metal e o controle de defeitos.
• Priorizar a produção leve para satisfazer a necessidade dos setores que se esforçam para obter um peso total menor dos componentes, mas não à custa da força.

Principais tendências em fundição sob pressão

• Melhorias no processo de fundição sob pressão de alta pressão para diminuir a porosidade e aumentar a integridade da peça, como o uso de uma fundição sob pressão assistida a vácuo.
• Novos materiais e revestimentos de matrizes para proporcionar longa vida útil ao molde e reduzir o custo de manutenção
• O conceito de gêmeos digitais e a aplicação do Industry 4.0, de modo que agora é possível monitorar e otimizar o processo em tempo real.
• Práticas de produção sustentáveis, como fornos que economizam energia e programas de reciclagem, para reduzir os efeitos ambientais.

O desempenho versus desempenho de custo é onde o futuro da fundição por compressão e da fundição sob pressão será determinado. A fundição por compressão continuará liderando em aplicações de resistência e durabilidade, e a fundição sob pressão permanecerá como a escolha preferida em peças de precisão de alto volume. Com ambos os processos apresentando maior automação, materiais e digitalização, espera-se que o valor gerado aumente com o tempo em vários setores.

Principais diferenças entre Squeeze Casting e Die Casting

Para entender claramente a distinção, aqui estão as principais diferenças:

Processo

  Em vez de solidificar a peça, a fundição por compressão aplica pressão durante a solidificação para comprimir o metal fundido e diminuir a porosidade, criando componentes mais densos e resistentes. A fundição sob pressão tem a capacidade de garantir a precisão dimensional e é adequada para a produção em larga escala, na qual o metal fundido é forçado a entrar na cavidade de moldagem em alta velocidade por meio do método de injeção de alta pressão.

Propriedades mecânicas

A porosidade do gás devido à pressão exercida durante a solidificação também torna as peças fundidas por compressão mais densas e mais fortes, pois a microestrutura é refinada, melhorando as propriedades mecânicas gerais, como resistência à tração, resistência à fadiga e durabilidade em relação às peças fundidas convencionais.

Velocidade de produção

A fundição sob pressão é muito mais rápida, pois o metal fundido é injetado na matriz em alta pressão e se solidifica rapidamente, o que a torna muito eficaz quando é necessária uma alta produção em um determinado momento e um volume considerável do mesmo componente é necessário em um período menor, como no caso do processo mais lento de fundição por compressão.

Acabamento da superfície

A mesma precisão de acabamento pode ser obtida tanto por fundição por compressão quanto por fundição sob pressão, mas a fundição por compressão tem maior probabilidade de fornecer peças com acabamentos mais finos que, normalmente, estarão sujeitas a pouca ou nenhuma usinagem secundária, enquanto a fundição sob pressão pode produzir peças com qualidade de superfície igualmente alta, que ainda podem estar propensas a excesso de flash ou fios finos de material ao longo das linhas de separação que exigirão operações adicionais de corte e acabamento secundário.

Aplicativos

A fundição por compressão é mais adequada para itens em que a força é fundamental e em que a durabilidade e a resistência ao estresse mecânico são primordiais, por exemplo, aplicações de carga pesada/alto estresse, ao passo que a fundição sob pressão pode ser mais econômica em um contexto de fabricação de alto volume em que a precisão dimensional, a economia de peso e o design com base no custo são as principais preocupações.

Eficiência de custo

A fundição por compressão é mais adequada para itens em que a força é fundamental e em que a durabilidade e a resistência ao estresse mecânico são primordiais, por exemplo, aplicações de carga pesada/alto estresse, ao passo que a fundição sob pressão pode ser mais econômica em um contexto de fabricação de alto volume em que a precisão dimensional, a economia de peso e o design com base no custo são as principais preocupações.

Tempo de ciclo

Os tempos de ciclo na fundição sob pressão de alta pressão são incrivelmente curtos porque o metal fundido injetado é solidificado muito rapidamente dentro da matriz, o que o torna o processo mais eficiente quando grandes números de produção e um rápido retorno são as principais prioridades. Comparativamente, o squeeze casting tem ciclos mais longos porque a pressão precisa ser aplicada durante a solidificação para erradicar a porosidade e aprimorar a microestrutura. Isso pode diminuir a taxa de produção, mas proporciona propriedades mais altas do material e melhor resistência da peça, o que pode compensar a velocidade reduzida de saída, dependendo das especificações do projeto.

Squeeze Casting e Die Casting nos custos de configuração inicial

O custo de configuração inicial é um dos aspectos que o tomador de decisão precisa considerar ao comparar a fundição por compressão e a fundição sob pressão. Esse custo também cobre os custos da compra do equipamento de projeto da matriz e da preparação das ferramentas antes da produção.

Custos de configuração inicial em Squeeze Casting

• Preço de ferramental comparativamente mais baixo em relação à fundição sob pressão, pois o processo opera com menos pressão e em baixas velocidades de injeção.
• Ele precisa de prensas hidráulicas especiais para exercer pressão durante a solidificação, o que contribui para o custo do equipamento.
• A vida útil deve ser geralmente mais longa em termos de choque térmico reduzido no processo de fundição sob pressão em comparação com a fundição sob pressão de alta pressão, o que ajuda a compensar o investimento inicial a longo prazo.
• Mais econômico em aplicações de volume médio, nas quais as altas propriedades mecânicas compensam o custo inicial.

Custos de configuração inicial na fundição sob pressão

• Os custos de ferramentas e de projeto de moldes são altos porque exigem matrizes de engenharia de precisão projetadas para suportar injeções repetidas de alta pressão.
• Necessita de máquinas de fundição sob pressão avançadas que possam sustentar grandes velocidades e pressões de injeção.
• Menor vida útil da matriz em comparação com o squeeze casting devido à alta exposição térmica e mecânica.
• Só pode ser econômico quando os volumes produzidos são grandes e o custo inicial é compartilhado por várias peças.

Escolhendo entre fundição sob pressão e fundição por compressão

A tabela a seguir resume as considerações para escolher entre fundição por compressão e fundição sob pressão:

Vantagens e desvantagens do Squeeze

Vantagens do Squeeze Casting

• Funde peças que são mais densas e fortes e pouco porosas.
• Tem excelente resistência mecânica e limite, alta tolerância à tração e à fadiga.
• Oferece componentes com formato quase líquido que permitem uma segunda usinagem menor.
• Aplicável em aplicações de médio volume quando a qualidade e a confiabilidade são importantes.

Desvantagens do Squeeze Casting

• Ciclo de produção menos rápido do que o da fundição sob pressão.
• O custo por peça aumenta devido ao aumento da solidificação.
• Funcionalidade ruim em fábricas extremamente grandes.
• Ele também exige alta precisão de um processo e equipamentos especiais.

Vantagens da fundição sob pressão

• Métodos de produção altamente rápidos que são adequados para a produção em massa.
• Excelente precisão dimensional, acabamento superficial de alta qualidade.
• Econômico na produção em massa devido ao preço unitário barato.
• Capaz de produzir produtos de geometria complexa e de paredes finas.

Desvantagens da fundição sob pressão

• Outras peças podem ter porosidade que diminui a resistência e a durabilidade.
• Custos substanciais de instalação de ferramentas e moldes.
• Não é tão adequado para usos que exigem altas propriedades mecânicas.
• A maior parte precisa ser cortada e receber mais acabamento.

Explicação de equívocos comuns sobre Squeeze Casting e fundição sob pressão

Quando as pessoas comparam a fundição por compressão e a fundição sob pressão, surgem várias falácias devido à sobreposição de uso e ao desconhecimento geral dos processos. A dissipação desses mitos ajudará o gerente de compras de startups e os engenheiros a fazer escolhas informadas.

Equívoco 1: ambos os processos produzem a mesma qualidade

Realidade: Embora produzam peças bem refinadas e precisas, as propriedades mecânicas são diferentes. Com a fundição por compressão, obtém-se um componente mais denso e forte com porosidade mínima, enquanto a fundição sob pressão pode conter microporosidade, o que diminui a resistência, mas oferece excelente precisão dimensional e acabamento de superfície.

Equívoco 2: o Squeeze Casting é apenas uma versão mais lenta do Die Casting

Realidade: A fundição por compressão não é simplesmente a fundição de um molde mais lento. É um processo intermediário que tem as propriedades de fundição e forjamento. A pressão usada na solidificação aprimora a ligação metalúrgica que, de outra forma, não seria obtida com um processo de fundição sob pressão.

Equívoco 3: a fundição sob pressão é sempre a opção mais barata

Realidade: O processo pode ser mais barato em grandes volumes devido aos tempos de ciclo mais curtos e à reutilização de moldes. No entanto, a remoção das rebarbas permite que a fundição por compressão seja mais econômica em produções intermediárias, nas quais a vantagem da resistência e a eliminação da usinagem secundária podem tornar o custo total de propriedade realmente mais barato do que a fundição.

Equívoco 4: ambos os processos são adequados para qualquer material

Realidade: A seleção do material é fundamental. A fundição sob pressão é normalmente empregada com ligas não ferrosas, como alumínio, magnésio e zinco enquanto a fundição por compressão seria preferida quando uma liga mais forte baseada em alumínio ou cobre é obrigatório.

Equívoco 5: a qualidade do acabamento da superfície é idêntica

Realidade: Embora a fundição sob pressão ofereça um acabamento superficial muito bom, as peças precisam ser cortadas e pós-processadas. O outro processo, que é a fundição por compressão, pode produzir peças com formato quase líquido que exigem acabamento mínimo devido à pressão de solidificação imposta.

Squeeze Casting e Die Casting em termos de consumo de energia e eficiência

O uso de energia e a eficiência energética são critérios importantes durante a seleção de um processo de fundição. Tanto a fundição por compressão quanto a fundição sob pressão são processos que demandam muita energia, mas a forma de consumo de energia e a eficiência energética também são diferentes.

Consumo de energia em Squeeze Casting

• Não requer muita energia, pois não usa turbulência ao utilizar pressões de injeção muito altas.
• É necessário usar uma prensa hidráulica para manter a pressão durante a solidificação, o que consome mais energia por ciclo.
• Tempos de ciclo maiores se traduzem em mais energia por peça usada do que na fundição sob pressão.
• Independentemente do aumento do uso de energia por peça, o processo produz propriedades de material que são superiores o suficiente para eliminar a necessidade de um segundo tratamento de processo ou retrabalho.

Consumo de energia em fundição sob pressão

• São necessárias quantidades extremamente grandes de energia para manter o metal fundido na temperatura e introduzi-lo em um meio de injeção em alta velocidade e pressão.
• A fundição sob pressão é extremamente eficiente na produção em massa devido aos tempos de ciclo mais curtos e à rápida taxa de solidificação.
• Quando o volume de produção é alto, o custo de energia por peça é baixo.
• Ele tem a vantagem de ser automaticamente reprocessado (reciclado), o que aumenta a eficiência geral na prática em larga escala.

Comparação de eficiência

• Squeeze Casting: Não é tão eficiente em termos de energia por unidade porque seus tempos de ciclo são mais longos, mas compensa esse aspecto fornecendo peças mais resistentes que exigem um mínimo de pós-processamento.
• Fundição sob pressão: A fundição sob pressão consome mais energia por ciclo, mas o processo geralmente é muito eficiente devido aos grandes volumes de produção, pois o custo e a energia necessários por peça fundida são distribuídos por milhares de peças.

Conclusão

A fundição sob pressão e a fundição por compressão são práticas muito importantes na produção contemporânea de metais. A fundição por compressão é ideal quando a resistência, a densidade e a confiabilidade são mais importantes, ao passo que a fundição sob pressão é mais útil quando são necessários grandes volumes de peças apertadas de menor custo. Para os projetistas de produtos e engenheiros de manufatura em compras que estão no início, a decisão depende da necessidade do projeto. Se a durabilidade e o desempenho mecânico forem de interesse, a fundição sob pressão lhe dará a vantagem. Quando a velocidade em escala rápida e o custo-benefício da fundição sob pressão são as principais considerações, a fundição sob pressão é a alternativa inflexível comparada. O conhecimento das diferenças entre esses dois processos ajudará os tomadores de decisão a combinar sua estratégia de fabricação com os requisitos de desempenho, o volume de produção e as restrições orçamentárias.