Al fabricar piezas de metal, los diseñadores de productos pueden tener múltiples métodos de fabricación para elegir. Dos opciones comúnmente utilizadas son la fundición y el mecanizado CNC. Sin embargo, ¿cómo se determina cuál es la más adecuada para su aplicación específica? ¿Qué factores debe considerar a la hora de tomar una decisión acertada?
Este artículo describe dos métodos de fabricación de metales: Mecanizado CNC y fundición de metales. Analiza las ventajas y desventajas de cada método, proporciona orientación sobre la elección del método correcto en función de factores clave y resume las diferencias entre los dos métodos.
L ¿Qué es el casting?
L ¿Qué es el mecanizado CNC?
L Fundición vs. Mecanizado CNC: ¿Cómo elegir el método correcto?
L Conclusión
L Uso de HHC para proyectos de mecanizado o fundición CNC
La fundición es un proceso de fabricación que implica el uso de moldes para producir piezas. Hay varios tipos de métodos de fundición para elegir y se pueden emplear con diferentes materiales. Sin embargo, este artículo se centra específicamente en la fundición de metales y no cubre otros materiales, como la resina epoxi que podría usarse para aplicaciones como la fundición de múltiples componentes.
En la fundición de metales, el proceso implica verter o inyectar metal fundido en moldes prefabricados (a veces denominados matrices). Si se requieren geometrías o cavidades internas complejas, se utilizan núcleos o inserciones. Una vez que la pieza se ha enfriado y solidificado, se realizan la limpieza y el mecanizado para lograr el acabado superficial deseado. En ciertos casos, se puede llevar a cabo un mecanizado CNC adicional como una operación secundaria para refinar aún más el componente de metal fundido y lograr tolerancias más estrictas.
Hay varias tecnologías de fundición de metal para elegir, y la selección se basa en factores como el material elegido, el tamaño y la forma de la fundición y otros atributos específicos. Algunos métodos de fundición populares incluyen fundición a presión, fundición en arena, fundición de inversión y fundición de cera perdida.
La fundición se puede emplear para producir una variedad de piezas, como palas de turbina, ruedas de tren, pedales de automóvil y bloques de cilindros del motor. Las fundiciones encuentran aplicaciones en diversas industrias, incluidas la aeroespacial, la automoción, los bienes de consumo y los dispositivos médicos.
Pros
El casting ofrece una amplia gama de posibilidades de diseño, lo que permite la creación de formas complejas y únicas, incluidas las intrincadas cavidades internas.
Para la producción a gran escala, la fundición es más rentable en comparación con el mecanizado. Además, el tiempo de producción para el casting es más rápido.
El uso de moldes reutilizables en la fundición garantiza un alto nivel de repetibilidad, ya que se pueden crear copias de partes idénticas de manera constante.
La fundición es altamente eficiente en el uso de metales. Prácticamente todos los metales utilizados en el proceso se convierten en parte del producto final. Cualquier exceso de metal o piezas desechadas generadas durante el proceso de fundición se puede fundir y reciclar fácilmente.
Contras
Si bien las tecnologías como la fundición a presión y la fundición de inversión de precisión pueden proporcionar una alta precisión, el mecanizado CNC suele ser una mejor opción para lograr una precisión y tolerancias estrictas.
Para cantidades de producción más pequeñas, el costo por pieza en la fundición es típicamente mayor en comparación con el mecanizado.
La producción de piezas fundidas a menudo lleva más tiempo debido a los requisitos de diseño y adquisición de moldes.
La fundición tiene limitaciones en la selección de materiales metálicos disponibles en comparación con el mecanizado CNC.
Las piezas fundidas generalmente requieren pasos adicionales de posprocesamiento, como eliminar el exceso de material de fundición o usar chorro de arena para eliminar las rebabas.
El mecanizado CNC es un método de fabricación que implica el uso de cuttiNG herramientas para eliminar material y lograr las formas deseadas. Para controlar el proceso de mecanizado, los programas de computadora con instrucciones de código G se utilizan comúnmente para guiar máquinas CNC como molinos, tornos y otros equipos. El mecanizado CNC abarca varios tipos de procesos, incluido el fresado, el torneado, la perforación y el taladrado, según los requisitos específicos.
Las piezas mecanizadas por CNC encuentran aplicaciones generalizadas en diferentes industrias. Son cruciales para la fabricación de carcasas metálicas para portátiles, pequeños componentes en teléfonos inteligentes y elementos esenciales utilizados en piezas aeroespaciales y automotrices. Además, el mecanizado CNC juega un papel vital en la producción de accesorios, jigs e incluso moldes de fundición.
Pros
El mecanizado CNC puede producir piezas de alta precisión que cumplen con estrictos requisitos de calidad, con dimensiones precisas y superficies lisas.
Al mecanizar cantidades únicas o pequeñas de piezas, a menudo es más rápido que el proceso de fundición.
Para la producción en lotes pequeños y la creación rápida de prototipos, el mecanizado CNC generalmente tiene costos más bajos por parte.
El mecanizado CNC es compatible con una variedad de metales, lo que lo convierte en un proceso versátil.
Contras
El mecanizado CNC es menos adecuado para crear cavidades internas dentro de las piezas y está más orientado a dar forma a geometrías externas.
Es costoso para la producción a gran escala, pero el costo por parte permanece relativamente estable independientemente del tamaño del lote en comparación con la fundición.
Ciertas piezas con diseños complejos o materiales específicos pueden requerir tiempos de mecanizado más largos, lo que hace que el mecanizado CNC sea menos rentable para la producción a gran escala.
El mecanizado CNC genera más residuos metálicos en comparación con la fundición, y el proceso de reciclaje puede ser más laborioso. Por lo general, los desechos deben transportarse fuera del sitio para un reciclaje adecuado.
Los requisitos específicos de una pieza, como su forma, tamaño y geometría, influyen en la elección del proceso de fabricación. El mecanizado y la fundición CNC tienen ventajas para diferentes geometrías, entonces, ¿cómo decidimos cuál usar? Al determinar el método de fabricación apropiado para una parte determinada, se deben considerar varios factores:
En algunos casos, la elección del proceso de fabricación puede ser sencilla. Si necesita una gran cantidad de piezas, en decenas de miles o más, los métodos de fundición suelen ser más rentables. Aunque crear el molde inicial lleva tiempo, cada colada se puede producir rápidamente y los costos adicionales son relativamente bajos.
Por otro lado, el mecanizado CNC puede producir las primeras piezas más rápido y económicamente. Sin embargo, a medida que el volumen de Producción excede un cierto punto, la rentabilidad disminuye.
Por lo tanto, la consideración principal al elegir un método de fabricación es el volumen de producción requerido. Si necesita docenas de piezas para la creación de prototipos o unos pocos cientos a unos pocos miles de piezas para la producción de lotes pequeños, se debe considerar el mecanizado CNC. Para cantidades de 10.000 o más, la fundición en arena o la fundición a presión serían más adecuadas. Sin embargo, para los volúmenes entre estos extremos, entran en juego varios factores que influyen en la elección óptima del método de fabricación.
Pasar del mecanizado a la fundición puede ahorrar tiempo y reducir el desperdicio. Sin embargo, la fundición también tiene algunos inconvenientes, que incluyen:
Flash: Después de la fundición, es posible que sea necesario eliminar el exceso de material (conocido como Flash).
Porosidad: las piezas gruesas a veces pueden exhibir pequeñas bolsas de aire (porosidad) que pueden volverse visibles durante el mecanizado. Puede ser necesario el postprocesamiento.
Patrones de flujo y fragilidad: el flujo de material fundido durante la colada puede conducir a patrones visibles en la superficie, y llenar los extremos puede resultar en áreas más frías que son más propensas a la fragilidad.
En ciertos casos, incluso con una cantidad de piezas 10.000 fundidas, ciertas piezas aún pueden requerir un mecanizado adicional debido a requisitos específicos. Esto puede aumentar el costo total de las piezas, pero a veces los requisitos de rendimiento superan las consideraciones de costo.
El mecanizado CNC tiene una ventaja significativa cuando el tiempoEs crucial. Las piezas mecanizadas se pueden producir pocas horas después de crear el modelo CAD. Por otro lado, la fundición lleva más tiempo ya que implica crear moldes y configurar el proceso de fundición. Incluso si la producción final se realizará mediante fundición, el mecanizado ofrece una alternativa más rápida. Permite modelar, mecanizar y probar piezas a un costo mucho menor en comparación con la fundición de algunos prototipos. Esto puede ser especialmente valioso para iterar y afinar piezas basadas en los resultados de las pruebas, lo que se puede hacer varias veces sin incurrir en los mayores costos y retrasos asociados con los moldes de producción y los accesorios necesarios.
El volumen de producción de prototipos puede variar, desde piezas individuales utilizadas para pruebas de laboratorio hasta grandes cantidades para pruebas beta o pruebas con fines de marketing.
Al considerar la técnica de fabricación adecuada, la forma geométrica de la pieza es crucial. Por ejemplo, un diseño que requiera la eliminación de una gran cantidad de material puede llevar mucho tiempo y dar como resultado un desperdicio excesivo. En tales casos, la fundición es a menudo una elección adecuada. Esto es particularmente cierto para piezas huecas Con paredes delgadas, grandes espacios internos y geometrías complejas que consumirían mucho tiempo en la máquina.
La Fabricación de cavidades internas a través del mecanizado CNC, especialmente aquellas que requieren procesos adicionales de ensamblaje o unión de metales para cerramientos sellados, suele ser más desafiante. Por el contrario, la fundición puede simplificar el diseño, eliminando la necesidad de ensamblar múltiples piezas pequeñas. En cambio, toda la parte se puede lanzar como una sola entidad.
Sin Embargo, usar el casting para crear ciertas características funcionales puede ser un desafío. Por ejemplo, características como socavones o formas internas complejas requieren moldes intrincados y componentes adicionales como núcleos e insertos. Los bordes o esquinas afiladas son menos adecuados para la fundición, y todas las superficies de las piezas fundidas deben ser moldeadas. Además, las piezas de paredes gruesas grandes o de forma irregular se producen mejor utilizando el mecanizado CNC, ya que estas formas son difíciles de rellenar y enfriar de manera uniforme durante el proceso de fundición.
En la fundición de metales, se pueden emplear varios métodos para producir piezas de uso final, como fundición a presión y fundición en arena:
La fundición a presión es un proceso similar al moldeo por inyección. Implica inyectar metal fundido (como aluminio, cobre, zinc o sus aleaciones) en moldes de acero y luego dejar que se enfríe y solidifique. A veces se puede requerir un mecanizado adicional para agregar hilos, mejorar las superficies de sellado o refinar detalles específicos. El mecanizado sirve como un paso de precisión, ofreciendo flexibilidad para crear varias variantes a partir de una sola pieza fundida.
En comparación con la fundición a presión, la fundición en Arena es un proceso menos refinado. El acabado de la superficie de las piezas fundidas de arena tiende a ser más rugoso, y puede haber variaciones sutiles entre las dos mitades del molde y las inserciones utilizadas, lo que requiere un mecanizado adicional. La fundición de arena se emplea típicamente para piezas que no requieren una apariencia lisa y pulida, como bloques de motor de automóviles. En aplicaciones más complejas, como la creación de conductos de refrigerante alrededor de los cilindros del motor, puede ser necesario un mecanizado adicional para lograr la forma final deseada. Algunas características de diseño exclusivas de la fundición en arena no se pueden replicar mediante fundición a presión o mecanizado CNC.
El mecanizado CNC se utiliza a menudo para la producción de pequeñas cantidades de piezas, que van desde docenas hasta varios miles. Es un proceso rápido y eficiente que no requiere las mismas herramientas de configuración que los métodos de fundición. Además de la producción en lotes pequeños, el mecanizado CNC también se puede utilizar para crear prototipos de piezas que eventualmente se someterán a fundición a presión o fundición en arena, lo que permitirá pruebas y refinamiento del diseño. También se puede emplear para herramientas de puente, lo que significa que durante el desarrollo de moldes para la producción en masa, el mecanizado CNC se utiliza para fabricar temporalmente piezas de producción.
En comparación con el mecanizado CNC, la fundición genera menos residuos. En el proceso de fundición, solo se utiliza el material requerido para la parte final, con un mínimo de metal adicional que fluye a través de canales como abeto, corredores y compuertas. Quitar el exceso de material y fundirlo para su reutilización en otros componentes es sencillo.
Sin embargo, a diferencia del mecanizado CNC, la fundición proporciona una selección más limitada de materiales. Casi todas las aleaciones son compatibles con el mecanizado CNC, mientras que la gama de aleaciones metálicas adecuadas para la fundición es más restringida.
El proceso de fundición generalmente toma varias semanas de principio a fin. Una vez que se preparan los moldes, el proceso de fundición en sí es relativamente rápido, lo que lo hace adecuado para producir grandes cantidades de piezas. Sin embargo, el diseño del molde y el mecanizado requieren algo de tiempo de entrega. Si bien ciertos métodos de fundición utilizan moldes desechables, Estos moldes aún necesitan controles de calidad y mantenimiento. Por otro lado, la fundición a presión emplea moldes permanentes y, a medida que aumenta el volumen de la pieza, el tiempo y el costo por pieza disminuyen.
Por el contrario, el mecanizado CNC ofrece una velocidad de producción más rápida, lo que acelera el cambio de las piezas de lotes pequeños. No es necesario esperar la fabricación de moldes: Solo se requieren un modelo CAD, un programa CAM, una máquina CNC y experiencia en el inicio de la producción parcial.
La repetición juega un papel crucial en la fabricación y el proceso de fundición se destaca en la producción de piezas consistentes. Una vez afinados los moldes y procesos, cada pieza se puede fabricar de forma idéntica. Por ejemplo, cuando se funde aluminio a presión, las tolerancias se pueden mantener dentro de/-0,25 milímetros (hasta 25,4 milímetros). Para la fundición de precisión, las tolerancias de fundición estándar pueden ser tan pequeñas como 0,01 pulgadas (hasta 1 pulgada), e incluso más pequeñas a 0.002 pulgadas. La precisión lograda puede variar en función del material utilizado. Por ejemplo, las tolerancias de fundición de aluminio para piezas fundidas pueden ser menores en comparación con las piezas de aluminio mecanizadas. Sin embargo, la fundición de zinc puede lograr tolerancias más estrictas. Puede consultar nuestra publicación para obtener más información sobre las diferencias entre el aluminio fundido y el aluminio mecanizado.
El mecanizado CNC de metal también es un proceso altamente repetible y preciso, capaz de lograr tolerancias más estrictas que la fundición. Para el mecanizado de metales estándar, las tolerancias esperadas razonables son de 0.025 milímetros (0.001 pulgadas). El mecanizado de precisión puede producir piezas con tolerancias tan pequeñas como/-0,0002 pulgadas a través de los procesos específicos de Runsom Precision.
La variabilidad en la demanda también es una consideración significativa. Si la demanda fluctúa o solo necesita producir piezas adicionales ocasionalmente, el mecanizado CNC suele ser la mejor opción. El mecanizado CNC permite una producción más rápida y una fabricación bajo demanda, especialmente con los avances provocados por la transformación digital en la fabricación. A través del mecanizado CNC, puede pedir piezas según sea necesario, evitando los riesgos de sobreproducción y exceso de inventario.
Por el contrario, si anticipa una gran demanda y se está preparando para la producción, el casting se convierte en una opción viable. La fundición es adecuada para piezas de alto volumen y ofrece un proceso de producción general más rápido.
Si se encuentra actualmente en la fase de prototipo del proceso de diseño, generalmente no se recomienda la fundición. Esto se debe a que con cada cambio de diseño, incurre en el gasto de recrear o ajustar los costosos moldes. Esto aumenta significativamente el tiempo de entrega y los costos. De hecho, los costos de fundición a presión de los prototipos pueden ser altos. Aunque la fundición en arena suele ser más barata, no existe una ventaja significativa en la fabricación de prototipos.
Por otro lado, el mecanizado CNC, debido a su flexibilidad en la adaptación a los cambios de diseño, es una mejor opción para la producción de prototipos. Cuando su diseño aún está evolucionando, todo lo que necesita hacer es modificar el modelo y actualizar el programa CAM, sin necesidad de crear nuevos moldes o modificar los existentes. Esto puede ahorrar tiempo y recursos en el proceso de producción prototipo.
Entonces, ¿cuándo elegir la fundición sobre el mecanizado CNC, o viceversa? La decisión depende de varios factores cruciales: en qué etapa se encuentra en el proceso de desarrollo, cuántas partes necesita, cómo puede fluctuar la demanda y la forma específica de las piezas.
Al final, el proceso de fabricación óptimo depende de los detalles de su situación. Es posible que tenga una combinación única de requisitos que requieren resolver problemas de forma creativa para encontrar la mejor solución.
Como se analiza en este artículo, cada método de fabricación tiene sus propias ventajas y desventajas. Al considerar factores como la forma del artículo, la cantidad requerida, los estándares de calidad y los plazos del proyecto, puede tomar decisiones informadas para el proyecto. De hecho, su proyecto podría incluso beneficiarse de una combinación de fundición, mecanizado CNC y tecnologías de mecanizado de precisión.
Si tiene alguna incertidumbre o dificultad para tomar decisiones, recomendamos comunicarse con nuestro equipo de ingeniería calificado en HHC CNC Machining. Brindamos servicios confiables y profesionales para el mecanizado CNC y varios procesos de fundición, como la fundición a presión,Fundición de arena, fundición de inversión y opciones de mecanizado secundario. Nuestro objetivo es siempre ayudarlo a producir productos de alta calidad de manera eficiente a un precio asequible.
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