Fundição e Usinagem

A fundição e a usinagem de metais são duas tecnologias de fabricação amplamente utilizadas nos setores automotivo, aeroespacial, eletrônico e de maquinário industrial para a produção de componentes metálicos. Embora ambos os processos produzam componentes, eles apresentam várias diferenças no que diz respeito à forma como o material é moldado, às ferramentas necessárias, aos custos e à precisão que pode ser alcançada.

A fundição é um processo que consiste em derramar ou injetar metal fundido em um mofo para fabricar componentes, e a usinagem é um processo que utiliza ferramentas de corte para remover material de um objeto sólido. Em algumas aplicações, é eficiente combinar a fundição com a usinagem CNC de peças complexas, que apresentam características funcionais precisas.

Qual é a diferença entre fundição e usinagem?

A fundição e a usinagem diferem principalmente nos métodos utilizados para moldar o material.

Fundição x Usinagem: Principais diferenças

Como funcionam os gessos?

O primeiro passo na fundição sob pressão é escolher e fundir um metal ou liga adequada. O material fundido é derramado ou injetado em um molde que foi construído de acordo com o formato da peça. Depois de resfriada e solidificada, a peça é retirada do molde.

Outras operações podem ser necessárias como parte do processo, tais como o corte de portas e canais de injeção, limpeza, tratamento térmico, acabamento de superfície, inspeção e usinagem.

Como funciona a usinagem CNC?

A fabricação assistida por computador é o processo de usinagem de materiais a partir de um bloco sólido de material. O modelo CAD é convertido em instruções de fabricação, geralmente por meio de um software CAM. A máquina CNC opera com um conjunto de trajetórias de ferramenta para criar uma forma com as características e dimensões corretas.

A seguir, apresentamos as operações comuns em CNC:

• Fresagem CNC: As ferramentas de corte rotativas removem material para formar superfícies planas, ranhuras, cavidades e contornos complexos.
• Torneamento CNC: A peça gira enquanto é cortada de forma cilíndrica.
• Perfuração: Faz furos com uma broca giratória.
• Chato: Aumenta ou limpa os orifícios até as dimensões desejadas.
• Alargamento: Realiza o acabamento de furos para melhorar a precisão e a qualidade da superfície.

O que é usinagem de peças fundidas?

O método de usinagem por fundição, também conhecido como fabricação por fundição e usinagem, é uma combinação de fundição e usinagem CNC. O processo de fundição é utilizado para formar a forma básica do componente, enquanto determinadas características recebem acabamento superficial e/ou precisão dimensional por meio da usinagem.

Por exemplo, é possível fundir uma carcaça metálica (de alumínio) que cubra todo o corpo, as nervuras e os contornos. Os processos de usinagem CNC podem, então, concluir a tarefa de criar superfícies de montagem, furos rosqueados, assentos de rolamentos e outras peças essenciais.

Como funciona o processo de usinagem de peças fundidas

Projeto de peças: Os engenheiros projetam a peça, levando em consideração os requisitos de fundição, as margens de usinagem, as propriedades do material e as tolerâncias.

Preparação do molde: Um molde é projetado com base no projeto da peça e na técnica de fundição.

Fundição: O metal fundido é derramado ou injetado em um molde e solidificado.

Remoção e limpeza: A parte solidificada é removida, e o material em excesso, como canais de alimentação, canais de escoamento ou rebarbas, é cortado.

Inspeção: Na peça fundida, são verificados defeitos, variações dimensionais e a adequação para usinagem.

Usinagem CNC: As superfícies e características críticas são fresadas, torneadas, perfuradas ou submetidas a outros tipos de acabamento.

Benefícios da combinação de fundição e usinagem

Quais são os quatro tipos de fundição?

Existem quatro técnicas principais de fundição: fundição em areia, fundição sob pressão, fundição por cera perdida e fundição por compressão.

1. Fundição em areia

A fundição em areia é um processo que utiliza areia especialmente preparada para formar um molde. É criado no molde um espaço que corresponde ao formato da peça. O metal fundido é vertido na cavidade, resfriado e, em seguida, removido mediante a quebra do molde de areia.

Principais características:

• Adequado para uma variedade de ligas metálicas.
• É capaz de criar componentes de grandes dimensões e formas complexas.
• Utiliza materiais para moldes relativamente econômicos.
• Geralmente resulta em uma superfície menos refinada do que os processos de fundição de precisão.
• Normalmente, é necessário um novo molde para cada peça fundida.

2. Fundição sob pressão

No fundição sob pressão Nesse processo, o metal fundido é injetado sob pressão em um molde metálico reutilizável (matriz). Depois que o metal esfria, a matriz se abre, liberando a peça.

Principais características:

• Altas taxas de produção.
• Boa repetibilidade com processamento controlado.
• É capaz de gerar paredes finas e modelos complexos.
• A produção em grande escala é possível com matrizes reutilizáveis.
• O tipo de liga utilizada depende dos requisitos da fundição e do componente.

Fundição sob pressão em câmara quente e em câmara fria

3. Fundição por revestimento

A fundição por cera perdida, ou fundição por investimento, é uma técnica que envolve a confecção de um molde detalhado a partir de um modelo de cera descartável. O modelo é revestido e coberto com um material refratário, o que resultará na formação de uma concha cerâmica.

Principais características:

• Adequado para formas e detalhes complexos.
• Ele consegue produzir superfícies razoavelmente lisas.
• Ele pode ser utilizado para minimizar operações de fabricação extensas.
• É compatível com uma variedade de ligas metálicas.

4. Fundição por compressão

A fundição por compressão é a combinação de aspectos da fundição e do forjamento. O metal fundido é injetado em uma matriz e é aplicada pressão durante a solidificação.

Principais características:

• A pressão é mantida durante a solidificação.
• Esse processo resultará na produção de componentes de baixa porosidade.
• Isso melhorará as propriedades mecânicas em comparação com alguns procedimentos convencionais de fundição.
• Requer equipamento especial e processamento controlado.
• Os custos com os equipamentos e o processo podem ser mais elevados do que os de processos mais simples.

Fundição x Usinagem CNC: Qual processo você deve escolher?

Quando optar pela fundição:

• O componente é uma peça complexa ou oca.
• São necessárias grandes quantidades de peças semelhantes.
• O método de fundição pode ser utilizado para atender aos requisitos dimensionais e de acabamento de superfície exigidos.
• O material e a geometria são adequados para o processo.
• O custo das ferramentas pode ser distribuído por um volume de produção razoável.

Quando optar pela usinagem CNC:

• O projeto consiste em um protótipo ou em pequenas séries de produção.
• São necessárias tolerâncias estreitas.
• O projeto poderá sofrer alterações ao longo do processo de desenvolvimento.
• O componente precisa de furos, ranhuras, roscas ou superfícies de encaixe de precisão.
• A peça pode ser fabricada a partir de material em estoque, com baixo custo de produção.

Quando um processo combinado é adequado?

Para peças com formato geral complexo, mas que exigem características funcionais de precisão, a produção por fundição e usinagem pode ser a opção adequada.

Uma carcaça de bomba industrial, por exemplo, pode ser fundida para formar a carcaça principal e os canais internos. A usinagem CNC pode então ser utilizada para a montagem final das faces, dos furos nos eixos e das superfícies de vedação. Isso permite minimizar a quantidade de fresagem a partir de material maciço e, ainda assim, manter a precisão nas áreas onde ela é necessária.

Trabalhar com CNC é difícil?

A usinagem CNC não é particularmente difícil, mas o nível de dificuldade depende do trabalho, das máquinas, da complexidade das peças e da responsabilidade. São necessárias habilidades diferentes para as diversas pessoas envolvidas em uma operação de CNC, bem como para os responsáveis pela configuração e programação e para os engenheiros de produção.

• Interpretação de plantas: Interpretação de desenhos técnicos, dimensões, tolerâncias e especificações geométricas.
• Medição: Verificação de dimensões por meio de paquímetros, micrômetros, calibradores e ferramentas de inspeção.
• Operação da máquina: Carregar peças, selecionar ferramentas, monitorar ciclos e seguir os procedimentos de segurança.
• Conhecimento sobre ferramentas: Conhecimento sobre ferramentas de corte, desgaste das ferramentas, fixação da peça e parâmetros de usinagem.
• Programação: A criação ou modificação de programas CNC (código G ou software CAM), conforme o caso.

O que torna a usinagem CNC um desafio?

Na usinagem CNC, não se trata apenas de operar uma máquina. Os operadores precisam estar cientes da influência das características do material, das forças de corte, da geometria da ferramenta, da rigidez da máquina e dos parâmetros de usinagem no produto final.

Entre os problemas mais comuns estão: tolerâncias apertadas, seleção das ferramentas adequadas, prevenção de vibrações e desgaste excessivo das ferramentas, posicionamento preciso das peças, solução de problemas relacionados ao acabamento superficial e procedimentos de segurança.

Defeitos comuns na fundição e o papel da usinagem

Defeitos de fundição podem afetar as dimensões, a aparência ou o desempenho mecânico de um componente. Identificar e controlar esses defeitos é uma parte importante da qualidade da fabricação.

A usinagem CNC pode corrigir certas variações dimensionais e refinar superfícies, mas não consegue eliminar automaticamente defeitos internos nem restaurar a integridade do material quando esta está comprometida.

Como reduzir custos na fundição e na usinagem CNC

Os custos de fabricação dependem do projeto da peça, do material, do volume de produção, das ferramentas, do tempo de usinagem e dos requisitos de qualidade. A seguir, apresentamos exemplos de práticas que ajudam a controlar os custos:

• Escolha o processo desde o início: Avaliar a fundição, a usinagem e os processos combinados de fabricação durante a fase de projeto.
• Discutir as necessidades de materiais: Selecione uma liga de acordo com os requisitos mecânicos, as condições de trabalho e a viabilidade de fabricação.
• Não complique demais a geometria; simplifique ao máximo, desde que a funcionalidade seja mantida.
• Utilize tolerâncias funcionais: Utilize tolerâncias estreitas apenas quando necessário.
• Dimensões de usinagem previstas no projeto: Certifique-se de que haja espessura adequada nas superfícies fundidas a serem acabadas.

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre fundição e usinagem?

A usinagem é um processo que utiliza ferramentas de corte para remover material de um corpo sólido, enquanto a fundição sob pressão envolve o vazamento de metal fundido em um molde. O processo de fundição sob pressão é frequentemente empregado para formas complexas e grandes volumes de produção, enquanto a usinagem é normalmente escolhida para detalhes de precisão e produção flexível.

O que é uma máquina de fundição?

A usinagem de peças fundidas, também conhecida como fabricação do tipo “fundição e usinagem”, é uma combinação de fundição e usinagem CNC. A forma principal é obtida por meio da fundição, enquanto as dimensões críticas, os furos, as superfícies e as características funcionais são obtidos por meio da usinagem.

A usinagem CNC é um trabalho difícil?

A usinagem CNC é difícil, pois envolve a compreensão de desenhos de engenharia, medições, operação de máquinas, ferramentas e, em alguns casos, programação. O treinamento técnico e a prática supervisionada são formas de os iniciantes aprenderem.

A fundição custa menos do que o CNC?

A fundição sob pressão pode ser mais econômica para a produção em grande volume, uma vez que os custos das matrizes são distribuídos entre várias peças. A usinagem CNC pode ser mais econômica para protótipos, pequenas séries ou peças de alta precisão. O processo ideal depende dos requisitos da peça e do volume de produção.

As peças fundidas podem ser usinadas por CNC?

Sim. As dimensões precisas das peças, o acabamento superficial e características de precisão, como furos, roscas, assentos de rolamentos e superfícies de montagem, são normalmente obtidas por meio da usinagem CNC de componentes fundidos.

Qual é a melhor técnica de fundição para capturar informações detalhadas?

A fundição por cera perdida é geralmente utilizada para geometrias complexas e detalhes minuciosos. Isso depende do material, do tamanho da peça, do projeto da peça, das tolerâncias e do volume.

Conclusão

A fundição e a usinagem CNC são ambas essenciais na fabricação de metais, mas atuam de maneiras diferentes. A fundição envolve a produção de peças a partir de metal fundido em um molde, sendo adequada para uma variedade de formas complexas e operações de produção.

A usinagem CNC é um método de usinagem que corta ou molda um material sólido, conferindo-lhe a forma e o tamanho desejados. Cada um dos seguintes métodos de fundição possui suas próprias vantagens e desvantagens: fundição em areia, fundição por cera perdida e fundição por compressão.

A fundição e a usinagem podem ser utilizadas em conjunto para aproveitar as vantagens de ambas as técnicas na fabricação de componentes com geometrias complexas e que exigem precisão. A seleção adequada envolve levar em consideração a geometria, o material, as tolerâncias, o acabamento superficial, a quantidade a ser produzida, os requisitos de qualidade e o custo total.