Cuando se trata de fabricar piezas metálicas, los diseñadores de productos pueden tener una variedad de métodos de fabricación para elegir. Dos opciones comúnmente utilizadas son fundición y Mecanizado CNC. ¿Pero determinar cuál es el mejor para su aplicación específica? ¿En qué factores debería centrarse al tomar una decisión informada?
Este artículo ofrece una descripción general de dos métodos de fabricación de metales: mecanizado CNC y fundición de metales. Analiza las fortalezas y desventajas de cada método, brinda orientación para elegir el correcto en función de factores clave y resume las diferencias entre los dos métodos.
¿Qué es el casting?
La fundición es un proceso de fabricación que implica el uso de moldes para crear piezas. Hay varios tipos de métodos de fundición disponibles y se pueden utilizar con diferentes materiales. Sin embargo, este artículo se centra específicamente en la fundición de metales y no cubre otros materiales como el epoxi que pueden usarse en fundición multicomponente.
En la fundición de metales, el proceso implica verter o inyectar metal fundido en un molde prefabricado, que a veces se denomina matriz. Si se requieren cavidades o geometrías internas complejas, se utilizan núcleos o insertos. Una vez que la pieza se enfría y solidifica, se limpia y procesa para lograr el acabado superficial deseado. En ciertos casos, se puede realizar mecanizado CNC adicional como operación secundaria para refinar aún más el componente de metal fundido y lograr tolerancias más estrictas.
Existen numerosas técnicas de fundición de metales disponibles, que se eligen en función de factores como el material seleccionado, el tamaño y la forma de la fundición y otras propiedades específicas. Algunos métodos de fundición populares incluyen fundición a presión, moldeo en arena, fundición a presión, y fundición a la cera perdida.
Se puede producir una amplia gama de piezas mediante fundición, como cuchillas de turbina, ruedas de tren, pedales de autobús y bloques de motor. Las piezas fundidas se utilizan en diversas industrias, incluidas la aeroespacial, la automotriz, la de productos de consumo y la de dispositivos médicos.
Pros y contras del casting
Ventajas
- La fundición ofrece una amplia gama de posibilidades de diseño, lo que permite la creación de formas complejas y únicas, incluidas cavidades internas intrincadas.
- Para grandes tiradas de producción, la fundición puede resultar rentable en comparación con el mecanizado. Además, el casting es más rápido en términos de tiempo de producción.
- El uso de moldes reutilizables en la fundición garantiza un alto nivel de repetibilidad, ya que se pueden crear copias idénticas de piezas de manera consistente.
- La fundición es muy eficiente en términos de uso de metal. Casi todo el metal utilizado en el proceso pasa a formar parte del producto final. Cualquier exceso de metal del proceso de vertido o piezas rechazadas se puede fundir y reciclar fácilmente.
Desventajas
- Técnicas como la fundición a presión y la fundición a la cera perdida ofrecen una alta precisión, pero cuando se trata de precisión y lograr tolerancias ajustadas, el mecanizado CNC es generalmente la mejor opción.
- En términos de tiradas de producción más pequeñas, el costo por pieza suele ser mayor para la fundición en comparación con el mecanizado.
- La producción de piezas fundidas suele llevar más tiempo debido a la necesidad de diseñar y adquirir moldes.
- En comparación con el mecanizado CNC, la fundición tiene limitaciones en cuanto a la selección de materiales metálicos disponibles.
- Las piezas fundidas a menudo requieren pasos adicionales de posprocesamiento, como eliminar el exceso de material fundido o usar chorro de arena para eliminar rebabas.
¿Qué es el mecanizado CNC?
Mecanizado CNC Es un método de fabricación que implica el uso de una herramienta de corte para eliminar material y lograr la forma deseada. Para controlar el proceso de mecanizado, se utiliza un programa informático, que a menudo utiliza código G instrucciones, se utiliza para guiar maquinas CNC como molinos, tornosy otros equipos. El mecanizado CNC cubre varios tipos de mecanizado, incluidos fresado, torneado, taladrado y mandrinado, según los requisitos específicos.
Las piezas mecanizadas por CNC tienen aplicaciones generalizadas en diferentes industrias. Son cruciales en la creación de carcasas metálicas para portátiles, pequeños componentes que se encuentran en teléfonos móviles y elementos esenciales utilizados en piezas aeroespaciales y automotrices. Además, el mecanizado CNC juega un papel crucial en la producción. accesorios, plantillas e incluso moldes de fundición.
Pros y contras del mecanizado CNC
Ventajas
- El mecanizado CNC es capaz de producir piezas de alta precisión que cumplen con estrictos requisitos de calidad con dimensiones precisas y superficies lisas.
- Cuando se mecanizan piezas únicas o en pequeñas cantidades, generalmente es más rápido que el proceso de fundición.
- Para tiradas de producción pequeñas y creación de prototipos, El mecanizado CNC suele costar menos por pieza.
- El mecanizado CNC es compatible con una amplia gama de metales, lo que lo convierte en un proceso versátil.
Desventajas
- El mecanizado CNC no es adecuado para crear cavidades internas en piezas, mientras que es más adecuado para dar forma a geometrías externas.
- Es costoso para la producción de lotes grandes, pero el costo por pieza sigue siendo relativamente constante independientemente del tamaño del lote en la fundición.
- Ciertas piezas con diseños complejos o materiales específicos pueden requerir un tiempo significativamente mayor para mecanizarse. Como tal, el mecanizado CNC no es rentable para grandes volúmenes.
- El mecanizado CNC puede generar más desechos metálicos en comparación con la fundición, y el proceso de reciclaje puede requerir más mano de obra. A menudo, los residuos deben transportarse fuera del sitio para su reciclaje adecuado.
Fundición versus mecanizado CNC: ¿Cómo elegir el método correcto?
Los requisitos específicos de una pieza, como su forma, tamaño y geometría, influyen en la elección del proceso de fabricación. El mecanizado CNC y la fundición tienen sus propios puntos fuertes para diferentes geometrías, entonces, ¿cómo decidimos cuál usar? Hay varios factores a considerar al determinar el método de fabricación adecuado para una pieza determinada:
Basado en el volumen y el plazo de entrega
En determinadas situaciones, la elección del proceso de fabricación puede ser clara. Si necesita una gran cantidad de piezas, decenas de miles o más, los métodos de fundición suelen ser más rentables. Aunque crear el molde inicial lleva tiempo, cada pieza fundida se puede producir rápidamente y con un costo adicional relativamente bajo.
Por otro lado, el mecanizado CNC permite una producción más rápida y económica de las primeras piezas, pero la rentabilidad disminuye a medida que el volumen de producción aumenta más allá de cierto punto.
Por lo tanto, la consideración principal al seleccionar un método de fabricación es el volumen de producción deseado. Si necesita unas pocas docenas de piezas para la creación de prototipos o unos cientos o miles de piezas para una producción de bajo volumen, se debe considerar el mecanizado CNC. Para cantidades de 10.000 o más, sería más adecuado utilizar arena o fundición a presión. Sin embargo, para los volúmenes de producción que se encuentran entre estos extremos, entran en juego varios factores que influyen en la mejor elección del método de fabricación.
Pasar del mecanizado a la fundición puede ayudar a ahorrar tiempo y reducir los residuos. Sin embargo, existen algunas desventajas del casting, que incluyen:
- Flash: Después del moldeado, es posible que quede un exceso de material (llamado flash) que deba eliminarse.
- Porosidad: las piezas gruesas a veces pueden tener pequeñas bolsas de aire (porosidad) que pueden revelarse durante post-mecanizado.
- Líneas de flujo y fragilidad: el flujo de material fundido durante la fundición puede resultar en líneas visibles en la superficie, y el final del relleno puede tener áreas más frías que pueden ser más propensas a ser quebradizas.
En ciertos casos, incluso si se funden 10.000 piezas, algunas piezas aún pueden requerir mecanizado adicional debido a requisitos específicos. Esto puede aumentar el costo total de la pieza, pero a veces se da más importancia a las necesidades de rendimiento que a las consideraciones de costo.
El mecanizado CNC ofrece una ventaja significativa cuando el tiempo es un factor crucial. A las pocas horas de crear un modelo CAD, se pueden producir piezas mecanizadas. Por otro lado, la fundición requiere más tiempo ya que implica crear un dado y configurar el proceso de fundición. Incluso si la producción final se realizará mediante fundición, el mecanizado proporciona una opción más rápida. Permite modelar, mecanizar y probar piezas a un coste mucho menor en comparación con la fundición de unos pocos prototipos.
Mediante el mecanizado, las piezas se pueden rediseñar y ajustar fácilmente en función de los resultados de las pruebas. Esto se puede hacer varias veces si es necesario, sin incurrir en mayores costos y demoras asociadas con la producción de una matriz y los accesorios necesarios. El volumen de producción de prototipos puede variar, desde una sola pieza para pruebas de laboratorio hasta un número mayor para prueba beta o probar fines de marketing.
Basado en la geometría de la pieza
A la hora de elegir la técnica de fabricación adecuada, es fundamental tener en cuenta la geometría de la pieza. Por ejemplo, los diseños que requieren una importante eliminación de material pueden llevar mucho tiempo y generar residuos excesivos. En tales casos, la fundición suele ser una opción adecuada. Esto es particularmente cierto para piezas huecas con paredes delgadas y grandes espacios internos, así como para geometrías complejas que llevarían mucho tiempo mecanizar.
Las cavidades internas, especialmente las selladas que requieren procesos adicionales de ensamblaje o unión de metales, suelen ser más difíciles de crear mediante el mecanizado CNC. Por el contrario, la fundición permite diseños simplificados y elimina la necesidad de ensamblar múltiples piezas pequeñas. En cambio, toda la pieza se puede fundir como una sola pieza.
Sin embargo, hay algunas funciones que resultan difíciles de crear mediante el casting. Por ejemplo, los cortes socavados o las formas internas requieren moldes complicados con componentes adicionales como núcleos e inserciones. Los bordes o esquinas afilados no son adecuados para la fundición, y las piezas fundidas deben tener una inclinación en todas las superficies. Además, las piezas grandes o de forma irregular con paredes gruesas se producen mejor mediante mecanizado CNC porque estas formas son difíciles de rellenar y enfriar de manera uniforme durante el proceso de fundición.
Basado en la herramienta adecuada
En la fundición de metales, hay varios métodos disponibles para producir piezas de uso final, como la fundición a presión y la fundición en arena:
- La fundición a presión es un proceso que se asemeja moldeo por inyección de plástico. Consiste en inyectar metales fundidos como aluminio, cobre, zinc o sus aleaciones en un molde de acero y luego dejarlo enfriar y solidificar. A veces, puede ser necesario mecanizado adicional para agregar roscas, mejorar las superficies de sellado o refinar detalles específicos. El mecanizado, como paso de acabado, proporciona la flexibilidad para crear múltiples variaciones a partir de una única pieza fundida.
- La fundición en arena, en comparación con la fundición a presión, es un proceso menos refinado. Los acabados superficiales de las piezas fundidas en arena son más rugosos y puede haber ligeras diferencias entre las mitades del molde y los insertos utilizados, lo que puede requerir un acabado adicional. La fundición en arena se usa comúnmente para piezas que no requieren una apariencia suave y pulida, como los bloques de motor de los automóviles. En aplicaciones más complejas, como la creación de canales para el refrigerante del motor alrededor de los cilindros, es posible que se necesite mecanizado adicional para lograr la forma final deseada. Algunas características de diseño específicas de la fundición en arena no se pueden replicar mediante fundición a presión o mecanizado CNC.
Mecanizado CNC se utiliza comúnmente para producir cantidades más pequeñas de piezas, que van desde unas pocas docenas hasta unos pocos miles. Es un proceso rápido y eficiente que no requiere las mismas herramientas preparatorias que los métodos de fundición. Además de la producción de bajo volumen, el mecanizado CNC también se puede utilizar para crear prototipos de piezas que eventualmente serían fundidas a presión o en arena, lo que permite probar y refinar el diseño. También se puede utilizar para herramientas de puente, lo que significa utilizar mecanizado CNC para crear piezas de producción temporalmente mientras se desarrollan las herramientas para la producción de gran volumen.
Basado en materiales
La fundición produce menos material de desecho en comparación con el mecanizado CNC. En el proceso de fundición, solo se utiliza el material necesario para la pieza final, y una pequeña cantidad de metal adicional fluye a través de canales como la compuerta, el canal y el bebedero. Es sencillo eliminar este exceso de material y fundirlo para reutilizarlo en otras partes.
Sin embargo, la fundición ofrece menos opciones para la selección de materiales en comparación con el mecanizado CNC. Casi todas las aleaciones se pueden mecanizar mediante CNC, pero la gama de aleaciones metálicas adecuadas para fundición es más limitada.
Basado en la velocidad de producción
El proceso de casting suele tardar algunas semanas de principio a fin. Una vez que el molde está listo, el proceso de fundición en sí es relativamente rápido, lo que lo hace adecuado para producir grandes cantidades de piezas. Sin embargo, se requiere cierto tiempo para el diseño y el mecanizado del molde. El molde también debe pasar por controles de calidad y mantenimiento, aunque ciertos métodos de fundición utilizan moldes desechables. Por otro lado, la fundición a presión utiliza un molde permanente, lo que resulta en una reducción del tiempo y el costo por pieza a medida que aumenta el volumen de la pieza.
El mecanizado CNC, por otro lado, proporciona una velocidad de producción más rápida, lo que permite una entrega más rápida para volúmenes bajos de piezas. No es necesario esperar a que se fabrique el molde ya que sólo necesitas el modelo CAD, programa CAM, una máquina CNC y experiencia para empezar a producir piezas.
Basado en la repetibilidad y la precisión
La repetibilidad juega un papel vital en la fabricación y el proceso de fundición sobresale en la producción de piezas consistentes. Una vez que el molde y el proceso están afinados, cada pieza se puede fabricar para que sea exactamente igual. Cuando se funde aluminio a presión, las tolerancias se pueden mantener dentro de un rango de +/- 0,25 mm (hasta 25,4 mm) y, para fundición de precisión, pueden ser tan ajustadas como 0,01" (hasta 1") para fundición estándar y 0,002". por 1″ para un lanzamiento más preciso.
Estas tolerancias pueden variar según el material utilizado. Por ejemplo, el aluminio tiene un punto de fusión más alto en comparación con el zinc, lo que resulta en la necesidad de una presión de inyección más alta y un proceso más agresivo. Como resultado, las piezas de aluminio fundido pueden tener tolerancias más bajas en comparación con el aluminio mecanizado. Sin embargo, la fundición de zinc permite alcanzar tolerancias más estrictas. Puedes consultar nuestra publicación para obtener más información sobre la diferencia entre aluminio fundido y aluminio mecanizado.
El mecanizado CNC de metal también es un proceso altamente repetible y preciso, capaz de lograr tolerancias mucho más estrictas en comparación con la fundición. Para el mecanizado de metales estándar, una expectativa razonable es una tolerancia de 0,025 mm (0,001 ″). El mecanizado de precisión puede incluso producir piezas con tolerancias tan estrictas como +/- 0,0002 ″ a través de procesos específicos en Runsom Precision.
Basado en la demanda
La variabilidad de la demanda también es una consideración crucial. Si la demanda fluctúa o si sólo necesita una producción ocasional de piezas adicionales, el mecanizado CNC suele ser la mejor opción. El mecanizado CNC permite una producción más rápida y una fabricación bajo demanda, particularmente con los avances proporcionados por la transformación digital en la industria manufacturera. Con el mecanizado CNC, tiene la ventaja de pedir piezas cuando las necesita, evitando el riesgo de sobreproducción y exceso de inventario.
Por el contrario, si prevé una gran demanda y está haciendo la transición a la producción, el casting se convierte en una buena opción. La fundición es adecuada para grandes cantidades de piezas y ofrece un proceso de producción general más rápido.
Si actualmente se encuentra en la fase de creación de prototipos de su proceso de diseño, generalmente no se recomienda el casting. Esto se debe a que cada vez que realice cambios en su diseño, deberá pagar costosos ajustes o recreaciones del molde. Esto puede aumentar significativamente los tiempos de entrega y los costos. De hecho, un prototipo de fundición a presión puede resultar costoso. Si bien la fundición en arena suele ser más barata, no hay muchas ventajas en la fabricación de prototipos.
El mecanizado CNC, por otro lado, es una mejor opción para la creación de prototipos debido a su flexibilidad para adaptarse a los cambios de diseño. Cuando su diseño aún está evolucionando, todo lo que necesita hacer es modificar el modelo y actualizar el programa CAM. No es necesario crear un molde nuevo ni realizar modificaciones en uno existente. Esto ahorra tiempo y recursos en el proceso de creación de prototipos.
| Características | Fundición | Mecanizado CNC |
| Proceso de manufactura | Un proceso de fabricación formativo implica verter material fundido en un molde. | Un método de fabricación sustractivo implica eliminar material de un bloque o pieza sólida utilizando herramientas de corte. |
| Formas complejas | Características internas y externas intrincadas | Piezas con geometría y forma complejas. |
| Acabado de superficie | A menudo requieren procesamiento secundario | Más suave |
| Tolerancia | No tan apretado como el mecanizado CNC | Dimensionalmente preciso con superficies lisas |
| Tiempo de espera | Consume mucho tiempo en lotes pequeños | Significativamente más rápido para la creación de prototipos y volúmenes bajos |
| Costo | Bajos costos para grandes tiradas de producción | Ahorro de costos para lotes pequeños y creación de prototipos |
| Volumen | Ideal para producción de gran volumen | Más rentable para lotes pequeños y fabricación de prototipos |
| Material | Generalmente adecuado para aleaciones con puntos de fusión más bajos. | Versátil para la mayoría de los metales. |
| personalización | Limitado | Mas flexible |
| Automatización | Requiere mano de obra | Automático |
| Velocidad | relativamente lento | Más rápido |
| Versatilidad | Limitado por el diseño del molde. | Más versátil en términos de formas, tamaños y complejidades de piezas. |
Conclusión
Entonces, ¿cuándo eliges la fundición o el mecanizado CNC? La decisión depende de varios factores importantes: en qué etapa del proceso de desarrollo se encuentra, cuántas piezas necesita, cómo puede variar la demanda y la forma específica de la pieza.
En última instancia, el mejor proceso de fabricación depende de la situación específica. Es posible que tenga una combinación única de requisitos que requiera una resolución creativa de problemas para encontrar la solución óptima.
Como comentamos en este artículo, cada método de fabricación tiene sus propias ventajas y desventajas. Al considerar factores como la forma de la pieza, la cantidad necesaria, los requisitos de calidad y el cronograma del proyecto, puede tomar una decisión informada para su proyecto. De hecho, su proyecto podría incluso beneficiarse de una combinación de fundición, mecanizado CNC y técnicas de acabado.
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