Escolher como fazer uma peça de metal é uma decisão que a maioria dos engenheiros toma uma vez por programa e com a qual convive por anos. Faça certo e o custo unitário, o prazo de entrega e a qualidade se encaixarão. Se errar, você pagará muito por peça para sempre ou comprometerá as ferramentas em um processo que não consegue manter as tolerâncias que o projeto precisa.
Os três processos que dominam esta decisão para componentes metálicos de pequeno a médio porte são fundição sob pressão, moldagem por injeção de metal e usinagem CNC. Eles se sobrepõem o suficiente para criar confusão genuína e diferem o suficiente para que a escolha errada saia cara.
Este guia os compara nos critérios que realmente decidem a questão.
Os três processos em resumo
Fundição sob pressãoforça o metal fundido sob alta pressão em uma matriz de aço endurecido. É adequado para ligas não ferrosas, principalmente alumínio, zinco e magnésio, e produz peças rapidamente quando as ferramentas existem. Mais conhecido por caixas, suportes, gabinetes e componentes estruturais em volume.
Moldagem por injeção de metal, geralmente abreviado para MIM, mistura pó de metal fino com um aglutinante, injeta a mistura como plástico, depois remove o aglutinante e sinteriza a peça até quase a densidade total. Ela lida com ligas ferrosas e exóticas que a fundição sob pressão não consegue e produz peças pequenas e complexas em grande volume.
Usinagem CNCcorta a peça do material sólido. Não requer ferramentas, manuseia quase todos os metais, mantém as tolerâncias mais rigorosas dos três e custa o mesmo por peça na quantidade um e na quantidade mil, menos a amortização de configuração.
Os critérios de decisão
Volume
Este é geralmente o primeiro filtro e muitas vezes o último.
A usinagem não acarreta nenhum custo de ferramental, por isso ganha decisivamente em volumes baixos. Um punhado de peças, ou algumas centenas, quase sempre favorece a usinagem, independentemente da geometria.
A fundição sob pressão e o MIM exigem um investimento significativo em ferramentas que deve ser amortizado durante a produção. Abaixo de um determinado volume anual, o ferramental nunca compensa. Acima disso, os custos unitários caem bem abaixo da usinagem e a diferença aumenta com a quantidade.
O local exato do cruzamento depende da complexidade da peça e da quantidade de material que a usinagem removeria. Uma peça usinada rapidamente a partir de um estoque simples tem um alto ponto de cruzamento. Uma peça que requer longos tempos de ciclo e grande remoção de material é transferida muito mais cedo.
Para qualquer programa próximo ao limite, calcule-o corretamente. O custo total é igual ao ferramental mais o custo unitário vezes a quantidade, para cada processo, em todo o seu volume de vida útil realista.
Tamanho e peso da peça
O MIM tem um teto prático e firme. Os estágios de desligação e sinterização restringem o tamanho da peça, e o MIM é geralmente adequado para componentes pequenos, geralmente com menos de 100 gramas. Peças maiores tornam-se difíceis e antieconómicas.
A fundição sob pressão lida com uma faixa de tamanhos muito mais ampla, desde pequenos suportes até carcaças substanciais, limitadas principalmente pela tonelagem da máquina.
A usinagem lida com a mais ampla variedade de todas, limitada apenas pelo envelope da máquina e pela disponibilidade de estoque.
Se a sua parte for grande, o MIM está fora. Se for muito pequeno e complexo, o MIM torna-se atrativo.
Material
Esta é frequentemente a restrição decisiva.
A fundição sob pressão funciona com ligas não ferrosas. Alumínio, zinco e magnésio são as escolhas principais. O zinco oferece excelente reprodução de detalhes e longa vida útil da matriz. O alumínio oferece melhor resistência ao peso. O aço não pode ser fundido em processos convencionais.
O MIM lida com o que a fundição sob pressão não consegue. Aços inoxidáveis, aços para ferramentas, ligas de níquel, titânio e materiais especializados estão disponíveis, e é exatamente por isso que o MIM existe como categoria.
A usinagem lida essencialmente com qualquer coisa disponível em estoque, incluindo todos os itens acima, além de materiais que nenhum processo de fundição pode alcançar.
Se a sua peça for de aço inoxidável, a fundição sob pressão é eliminada imediatamente e a escolha se restringe a MIM ou usinagem.
Complexidade Geométrica
MIM é excelente em geometria complexa. Como a matéria-prima se comporta como o plástico durante a moldagem, ela reproduz paredes finas, detalhes finos, características internas e formas externas complexas que seriam caras de usinar e impossíveis de fundir.
A fundição sob pressão lida bem com complexidade moderada, produzindo paredes finas e recursos integrados, embora os cortes inferiores exijam lâminas que aumentam o custo e a complexidade do ferramental.
A usinagem lida com a complexidade, mas paga diretamente por ela, já que cada recurso acrescenta tempo de máquina. Bolsões profundos, raios internos pequenos e recursos que exigem configurações adicionais aumentam os custos, da mesma forma que abordado em nosso guia para drivers de custos de usinagem CNC.
O padrão geral: quanto mais complexa a geometria, mais os processos moldáveis se favorecem em volume e maiores são os custos de usinagem.
Tolerância
A usinagem mantém as tolerâncias mais rígidas das três, confortavelmente, e pode ser mais rigorosa com retificação ou eletroerosão a fio, quando necessário.
O MIM mantém tolerâncias respeitáveis, mas o estágio de sinterização introduz retração que deve ser prevista e compensada. As tolerâncias alcançáveis são mais flexíveis do que a usinagem e variam com a geometria.
A fundição sob pressão mantém tolerâncias moderadas, geralmente mais flexíveis que o MIM em características comparáveis.
É importante ressaltar que tanto as peças fundidas quanto as peças MIM são rotineiramente usinadas posteriormente em recursos críticos. Essa abordagem híbrida é comum e muitas vezes a resposta correta: formar economicamente a geometria em massa por fundição ou MIM e depois usinar apenas os recursos que exigem precisão. Ele captura a maior parte da economia de volume enquanto atende aos requisitos de tolerância onde eles são importantes.
Acabamento de superfície
As peças fundidas sob pressão apresentam boas superfícies fundidas, adequadas para muitas aplicações e aceitam prontamente pintura, revestimento em pó ou galvanização.
As peças MIM têm um acabamento fino sinterizado, geralmente melhor do que fundido.
As peças usinadas apresentam marcas de ferramenta visíveis, a menos que sejam acabadas, o que é uma operação secundária.
Prazo de entrega para as primeiras peças
A usinagem vence decisivamente. As peças podem ser produzidas dentro de alguns dias após a aprovação do desenho, sem espera de ferramentas.
A fundição sob pressão e o MIM exigem ferramentas, adicionando semanas antes que a primeira peça exista. Isso é importante para o agendamento do programa e é por isso que muitos produtos usinam peças iniciais para validação antes de comprometer o ferramental.
Propriedades Mecânicas
As peças usinadas herdam as propriedades do material forjado, que geralmente são as mais previsíveis e consistentes.
As peças MIM sinterizam em densidade alta, mas nem sempre total, e as propriedades são normalmente próximas de equivalentes forjados, embora às vezes fiquem aquém em aspectos específicos.
As peças fundidas sob pressão têm propriedades características do processo de fundição, incluindo possível porosidade que pode afetar a estanqueidade à pressão e o comportamento pós-soldagem.
Onde as propriedades forem críticas, solicite dados de materiais específicos para o processo, em vez de números genéricos de ligas.
Resumo de comparação
| Critério | Fundição sob pressão | MIM | Usinagem CNC |
| Custo de ferramentas | Alto | Alto | Nenhum |
| Volume econômico | Médio a alto | Médio a alto | Qualquer, favorece baixo |
| Tamanho da peça | Pequeno a grande | Apenas pequeno | Pequeno a grande |
| Materiais | Somente não ferrosos | Ferroso e exótico | Quase qualquer |
| Complexidade geométrica | Moderado a alto | Muito alto | Alto, com um custo |
| Capacidade de tolerância | Moderado | Bom | Melhor |
| Prazo de entrega para a primeira parte | Semanas | Semanas | Dias |
| Usinagem secundária comum | Sim | Às vezes | Não é necessário |
Uma sequência de decisão
Trabalhe nesta ordem, pois cada etapa elimina opções.
1. Que material é necessário?Se for ferroso ou exótico, a fundição sob pressão está fora de questão. Se o material estiver disponível apenas em estoque e não em pó ou liga moldável, a usinagem pode ser a única opção.
2. Qual é o tamanho da peça?Acima de aproximadamente 100 gramas, o MIM torna-se impraticável.
3. Qual volume anual e vitalício é realista?Baixos volumes favorecem a usinagem independentemente de todo o resto. Seja honesto aqui, em vez de otimista, já que o uso de ferramentas justificado pelo volume esperado é um erro comum e caro.
4. Que tolerâncias são genuinamente exigidas e em que aspectos?Se alguns recursos precisarem de tolerância rígida e o restante não, uma abordagem híbrida torna-se atraente.
5. Quão complexa é a geometria?A alta complexidade em volume favorece fortemente os processos moldáveis.
6. Quando você precisa das primeiras peças?Se as peças de validação forem necessárias rapidamente, usine-as independentemente do eventual processo de produção.
A resposta híbrida
Muitas peças de produção acabam usando mais de um processo, e vale a pena considerar isso explicitamente, em vez de tratar a escolha como exclusiva.
Um padrão comum é a fundição ou MIM para a forma a granel e, em seguida, a usinagem de interfaces críticas, furos de rolamento e faces de vedação. Outra é a usinagem para protótipos e quantidades de validação e, em seguida, a transição para um processo ferramental quando o projeto estiver congelado e o volume o justificar.
Esse segundo padrão merece planejamento em vez de improvisação. Um projeto otimizado para usinagem não é automaticamente adequado para fundição ou MIM, e descobrir isso na transição custa tempo. Se você espera mover processos posteriormente, envolva o eventual processo na revisão do projeto antecipadamente.
Tomando a decisão certa para sua parte
A lógica geral acima restringe o campo. A resposta específica depende da sua geometria, material, tolerâncias e volume realista, e se beneficia de alguém que execute todos os três processos olhando para a peça real.
A Elite Mold Tech opera a produção de peças metálicas abrangendo fundição sob pressão, moldagem por injeção de metal e estampagem de metal juntamente com usinagem e acabamento CNC, o que significa que as recomendações de processo não são moldadas por ter apenas uma capacidade de venda. O envio de um arquivo de peça produz uma avaliação do processo e um cálculo comparativo de custos antes de qualquer compromisso.
Perguntas frequentes
P: Em que volume a fundição sob pressão se torna mais barata do que a usinagem?
R: O cruzamento depende da complexidade da peça e da quantidade de material removido pela usinagem. Peças que exigem tempos de ciclo longos e remoção pesada de material passam em volumes menores do que peças simples que são usinadas rapidamente.
P: A moldagem por injeção de metal pode produzir peças grandes?
R: Na prática não. A desligação e a sinterização restringem o tamanho da peça, e o MIM é geralmente limitado a componentes pequenos, geralmente com menos de 100 gramas, com peças maiores tornando-se antieconômicas.
P: As peças fundidas precisam de usinagem posteriormente?
R: Freqüentemente, em recursos críticos. Formar a geometria em massa fundindo e usinando apenas interfaces com tolerâncias restritas é uma abordagem comum que captura a economia de volume e ao mesmo tempo atende aos requisitos de precisão.
P: Qual processo mantém as tolerâncias mais restritas?
R: Usinagem CNC, confortavelmente, com retificação ou EDM de fio disponível onde um controle mais rígido é necessário. O MIM mantém tolerâncias respeitáveis, enquanto a fundição sob pressão é geralmente a mais flexível das três.
P: Posso fundir aço inoxidável?
R: Não, a fundição sob pressão convencional funciona com ligas não ferrosas, como alumínio, zinco e magnésio. Para peças de aço inoxidável, moldagem por injeção de metal ou usinagem são os caminhos práticos.