Fundição sob pressão vs. fundição em areia: 7 diferenças principais

Nem todas as peças fundidas são criadas da mesma forma. Quando se trata de escolher entre Fundição sob Pressão ou Fundição em Areia, selecionar o processo de conformação de metal correto é uma decisão crítica que pode afetar significativamente o desempenho do produto, a eficiência da produção e o custo geral de fabricação. Esses dois métodos estão entre os mais consolidados e amplamente utilizados no setor — cada um oferecendo vantagens únicas, dependendo do projeto, do volume e dos requisitos de qualidade da peça.

Embora o objetivo seja o mesmo — moldar metal fundido — seus princípios operacionais e aplicações adequadas são muito diferentes. Entendendo as principais diferenças entre fundição sob pressão e fundição em areia é o primeiro passo para tomar decisões de engenharia informadas. Este artigo abordará ambos os processos para ajudá-lo a tomar a melhor decisão com base em suas necessidades específicas, seja para produção em larga escala ou prototipagem rápida.

Fundição é um processo de fabricação de alta tecnologia e alta eficiência. Seu princípio básico é injetar metais não ferrosos fundidos (como alumínio, zinco e magnésio) sob alta pressão em um molde de aço de engenharia de precisão, conhecido como "matriz". Esse processo é semelhante à moldagem por injeção de plástico, mas é projetado especificamente para as altas temperaturas e pressões dos metais.

Graças ao seu altíssimo grau de automação e velocidade de produção, a fundição sob pressão permite a produção em massa de peças com geometrias complexas, paredes finas e superfícies lisas de forma bastante econômica. Isso a torna um pilar fundamental de indústrias como automotivo, eletrônico e telecomunicações. Por exemplo, a capa do smartphone em sua mão, a caixa de transmissão de um automóvel ou um dissipador de calor complexo provavelmente foram feitos por fundição sob pressão. As ligas fundidas sob pressão comuns incluem A380 e ADC12.

Fundição de areia é um método de fundição antigo e extremamente flexível. Como o nome sugere, utiliza areia especialmente tratada como material de molde descartável. Um novo molde de areia deve ser criado para cada peça produzida.

O processo começa com um "padrão", uma réplica física da peça final. O padrão é colocado em uma caixa de moldagem (um frasco), compactado com areia e, em seguida, removido, deixando uma cavidade idêntica ao formato da peça. Metal fundido — que pode ser metais ferrosos, como ferro e aço, ou metais não ferrosos, como alumínio e cobre — é despejado nessa cavidade de areia. Após esfriar e solidificar, o molde de areia é quebrado para a recuperação da peça fundida.

As principais vantagens da fundição em areia são: custos de ferramentas extremamente baixos e flexibilidade incomparável, permitindo a produção de peças que variam em tamanho de alguns gramas a várias toneladas. Isso o torna uma escolha ideal para máquinas, fabricação de equipamentos pesados ​​e desenvolvimento de protótipos. As ligas comuns fundidas em areia incluem A356 e 319.

Para ajudar você a entender rapidamente as principais diferenças entre esses dois processos, preparamos a seguinte tabela comparativa intuitiva. Esta tabela servirá como uma referência importante para sua tomada de decisão.

Em termos de custo, os modelos econômicos desses dois processos são completamente opostos. Sua escolha dependerá do seu orçamento inicial e do retorno sobre o investimento (ROI) a longo prazo.

• Fundição sob pressão: Envolve um enorme investimento inicial em ferramentas, mas uma vez em produção, o o custo por peça é extremamente baixo. Graças à alta automação e aos tempos de ciclo rápidos, ele oferece benefícios econômicos incomparáveis ​​para produção em alto volume.
• Fundição de areia: O custo inicial da ferramenta (padrão) é muito baixo, mas como um novo molde deve ser feito para cada peça e mais usinagem subsequente é necessária, seu o custo por peça é relativamente alto.

Um estudo de caso: Considere uma peça de alumínio. Usando fundição em areia, o custo do ferramental é de US$ 1,500, e o custo por peça (incluindo usinagem) é de US$ 32. Com fundição sob pressão, o custo do ferramental é de US$ 22,000, mas o custo por peça é de apenas US$ 16.20.

• Para uma tiragem de 1,000 peças, o custo total da fundição em areia é menor.
• O ponto de equilíbrio é de aproximadamente 1,300 peças.
• Quando a produção atinge 10,000 peças, escolher a fundição sob pressão economizará quase US$ 140,000 em comparação à fundição em areia.

Este exemplo mostra claramente que volume de produção é o principal fator econômico na decisão de qual processo escolher.

fundição é muito superior em termos de precisão e acabamento superficial. Ao usar uma matriz de aço endurecido e usinada com precisão, as peças fundidas podem atingir tolerâncias dimensionais dentro ± 0.1 mm e uma superfície muito lisa (rugosidade Ra de 1 a 2.5 micrômetros). Isso torna as peças fundidas sob pressão "quase em forma final", exigindo pouca ou nenhuma usinagem subsequente.

Em contraste, peças fundidas em areia Apresentam superfície mais rugosa e tolerâncias dimensionais mais flexíveis. Isso se deve à textura da própria areia e a pequenas deformações do molde durante o vazamento. Portanto, peças fundidas em areia frequentemente requerem etapas adicionais de usinagem para atender às especificações finais do projeto.

A velocidade de produção é outra grande vantagem de fundição. Um ciclo completo de fundição sob pressão - desde o fechamento do molde até a ejeção da peça - normalmente leva apenas 30 para 90 segundos. Essa velocidade incrível o torna perfeito para linhas de produção automatizadas e produção em massa de milhões de peças anualmente.

Fundição em areia é um processo relativamente lento. A criação, montagem, vazamento e resfriamento de cada molde de areia levam várias horas. Isso o torna mais adequado para produção em baixo volume, peças personalizadas ou componentes grandes, onde um tempo de ciclo rápido por peça não é a principal preocupação.

Em termos de liberdade de design, cada processo tem os seus próprios pontos fortes, o que constitui um ponto-chave na diferença entre fundição sob pressão e fundição em areia.

• Fundição em areia tem uma vantagem incomparável no manuseio estruturas internas complexas. Utilizando núcleos de areia descartáveis, é fácil criar peças com canais internos complexos, como cabeçotes de motor e corpos de bomba. Esses núcleos podem ser facilmente quebrados e removidos após a fundição.
• fundição destaca-se na produção de peças com paredes finas e geometrias externas complexasA injeção de alta pressão força o metal fundido a penetrar em cada pequeno detalhe do molde, tornando-o ideal para invólucros eletrônicos leves ou peças automotivas estruturalmente complexas. No entanto, a criação de cavidades internas complexas com fundição sob pressão requer lâminas de molde caras e complexas.

A escolha do material está intimamente ligada ao processo de fundição.

• A380 liga de alumínio é o carro-chefe da indústria de fundição sob pressão. Contém altos níveis de silício e cobre, o que lhe confere excelente fluidez, tornando-o ideal para o enchimento rápido de moldes sob alta pressão. No entanto, o processo de fundição sob pressão pode facilmente aprisionar pequenos poros de gás dentro da peça. A presença desses poros significa que as peças fundidas sob pressão A380 normalmente não pode ser tratado termicamente, pois as altas temperaturas fariam o gás interno se expandir, causando bolhas ou distorção.
• A356 liga de alumínio é a principal escolha para fundições em areia de alto desempenho. Como o processo de enchimento da fundição em areia é mais suave, ele cria menos poros e uma estrutura interna mais densa. Isso permite que as fundições de A356 passem por uma Tratamento térmico T6, o que aumenta significativamente sua resistência e tenacidade. Portanto, para peças estruturais que precisam suportar altas tensões (como em aplicações aeroespaciais e automotivas de alto desempenho), o A356 é a melhor escolha.

Do ponto de vista da sustentabilidade, ambos os processos estão se esforçando para se tornarem mais ecologicamente corretos.

• Reciclando: Ambos os processos utilizam extensivamente alumínio reciclado, o que reduz significativamente o consumo de energia e a pegada de carbono. Os excessos de aparas metálicas da fundição sob pressão são quase 100% reciclados e refundidos.
• Moldes e Areia: Um molde de fundição sob pressão pode ser reutilizado centenas de milhares de vezes, representando excelente eficiência de material. As fundições modernas de fundição em areia utilizam tecnologias avançadas sistemas de recuperação de areia para processar areia usada para reutilização em novos moldes, reduzindo significativamente o desperdício.

Vamos entender isso comparação de métodos de fundição por meio de alguns exemplos do mundo real.

• Carcaça de transmissão automotiva (fundição sob pressão): Esta peça é necessária em grandes quantidades, tem um formato complexo e exige dimensões precisas e estanqueidade. A fundição sob pressão é o único processo que pode atender a todos esses requisitos de forma econômica.
• Cabeçote do motor (fundição em areia): O cabeçote possui uma rede extremamente complexa de camisas de resfriamento internas e portas de admissão/escape. Essa estrutura interna complexa só pode ser obtida utilizando núcleos de areia em um processo de fundição em areia. Mesmo para grandes volumes, a viabilidade técnica determina a escolha da fundição em areia.
• Suporte para máquinas pesadas (fundição em areia): Essas peças costumam ser muito grandes, pesadas e produzidas em pequenos volumes. A fundição em areia é a escolha ideal para a fabricação de componentes tão grandes e de baixo volume.

Para saber mais sobre os padrões da indústria em fundição, visite o Sociedade Americana de Fundição.

Ainda indeciso? Tome sua decisão final com base nos seguintes pontos:

• Baixo volume (abaixo de 5,000 peças) ou é um protótipo.
• Peças muito grandes ou pesadas.
• A necessidade de canais internos complexos.
• Um orçamento limitado que não pode acomodar altos custos de ferramentas.
• O uso de ferro, aço ou outras ligas especiais.

• Volume muito alto (dezenas de milhares a milhões de peças).
• A necessidade de tolerâncias dimensionais muito rigorosas e uma superfície lisa.
• Peças com paredes finas ou detalhes externos complexos.
• Um desejo de minimizar a usinagem subsequente.
• A busca pelo menor custo por peça a longo prazo.

No desenvolvimento de produtos modernos, a estratégia mais inteligente é frequentemente combinar ambos os métodos.

Muitas empresas seguem o caminho da “areia para morrer”. Elas usam primeiro fundição em areia para criar protótipos de forma rápida e barata para testes e validação de design. Uma vez finalizado o design e pronto para produção em massa, eles investem em custos fundição ferramentas para alcançar uma fabricação eficiente e de baixo custo. Essa abordagem híbrida minimiza os riscos de desenvolvimento e otimiza os custos ao longo de todo o ciclo de vida do produto.