Fundição x Forjamento: Entendendo os principais processos de fabricação

A fundição e o forjamento são dois dos métodos de metalurgia mais comumente usados, ambos com diferentes aplicações no setor de manufatura. Essas técnicas são essenciais na fabricação de peças metálicas que se diversificam nos setores automotivo, aeroespacial, de defesa e de maquinário gigantesco. Embora ambos busquem criar peças funcionais por meio da modelagem do metal, eles acabam atingindo esse objetivo de maneiras definitivamente diferentes, criando diferentes propriedades e usos do material.

A fundição faz uso de processos de derretimento de metal e despejo em um molde, onde ele assume uma forma permanente. É mais adequado para a produção de formas intrincadas e complicadas que, de outra forma, seriam difíceis de obter por meio de outras máquinas. Funciona muito bem na produção em massa, especialmente quando são fabricados grandes volumes de peças idênticas. A fundição é muito flexível e pode usar um grande número de metais e ligas, portanto, a fundição pode ser usada em setores em que os designs de alta qualidade são importantes: aeroespacial, automotivo e artístico.

O forjamento, por outro lado, é um processo de modelagem de metal por meio de forças de compressão, geralmente quando o material está em uma temperatura alta. Esse processo torna o metal mais forte ao endireitar sua estrutura de grãos, tornando as peças mais resistentes e duráveis. A vantagem específica do forjamento é que ele é altamente aplicável na fabricação de peças que precisam ser endurecidas ou expostas a condições extremas, incluindo altas tensões, como nos setores automotivo, aeroespacial e de defesa.

Este artigo discutirá as principais diferenças entre fundição e forjamento, os benefícios e as desvantagens de cada um, as áreas de aplicação na fabricação moderna e a função que cada processo desempenha nesses processos.

O que é Casting?

Um processo de fabricação preservado na fundição envolve o derramamento de um material líquido, normalmente metálico, em um molde para endurecer e adquirir a forma da cavidade do molde. Ele começa quando o material é derretido, despejado em uma forma especial e resfriado. Depois que esse material endurece, o molde é removido e um objeto sólido é deixado, que é uma cópia quase perfeita da forma do molde.

O que é forjamento?

O forjamento é um processo de metalurgia que utiliza a força de compressão, com o metal normalmente aquecido a altas temperaturas. O metal é batido, prensado ou laminado para obter a forma desejada. O forjamento é comumente feito em altas temperaturas, momento em que o metal se torna maleável e muito mais fácil de trabalhar. Esse é um processo empregado principalmente para criar componentes robustos e usáveis e é amplamente empregado em setores como o automotivo, aeroespacial e de maquinário pesado.

Processo de fundição

O casting envolve algumas etapas importantes:

• Criação de padrão: É feito um padrão do objeto, normalmente de um material capaz de resistir ao calor do metal fundido (normalmente, areia ou metal).
• Formação de moldes: O poste é colocado em um meio de moldagem (areia, metal ou cerâmica) e colocado em uma prensa para manter a forma.
• Derretimento: O metal ou o material é aquecido até a forma líquida e é despejado no molde.
• Resfriamento e solidificação: o metal líquido se resfria e se solidifica no molde em seu formato.
• Remoção de mofo: Depois que o material se solidifica, o molde é removido para expor a peça fundida.

Processo de forjamento

O forjamento é menos complicado no processo de fabricação; no entanto, é preciso ter maior controle sobre a temperatura e a pressão:

• Seleção de materiais: Dependendo do que se deseja no produto acabado (resistência ou flexibilidade), o metal é escolhido.
• Aquecimento: O aquecimento do metal é feito até o ponto em que ele é amolecido.
• Modelagem: O metal aquecido é moldado em uma matriz, que é pressionada por um martelo ou uma prensa. Isso pode ser feito em diversas variantes: forjamento com matriz aberta, forjamento com matriz fechada e laminação de anéis.
• Resfriamento: Após a modelagem da peça, a peça forjada será resfriada, possivelmente por meio de outros tratamentos térmicos, pois isso melhora as propriedades do material que está sendo usado.

Os prós da fundição e do forjamento

Vantagens da fundição:

• Formas complexas: É nesse ponto que a fundição é útil para produzir peças que podem ter formas complicadas e complexas que seriam difíceis, ou melhor, impossíveis de serem produzidas por meios alternativos. Ela permite características finas e projetos detalhados e, portanto, pode ser usada no setor aeroespacial, no setor automobilístico e na arte.
• Produção de alto volume: O molde que foi formulado pode fazer com que a fundição seja um meio altamente eficaz de produção em massa, pois será capaz de replicar a mesma peça em grandes placas de forma muito consistente. Isso é econômico na redução da mão de obra e das matérias-primas usadas para fazer grandes volumes de produção.
• Custo-benefício: A fundição é muito econômica para produzir peças em grandes volumes. Embora o custo de produção do primeiro molde seja alto, o custo por peça é muito baixo em produções de larga escala e, portanto, é mais adequado para aplicações como automotivas e bens de consumo.
• Variedade de materiais: O número de materiais e ligas que podem ser fundidos é bastante grande, envolvendo materiais comuns, como alumínio e ferro, e/ou ligas especiais. Isso permite que os fabricantes escolham os materiais de acordo com as propriedades necessárias para o produto.
• Menos desperdício: O desperdício de material é menor na fundição do que em outros processos. Ele envolve o uso de apenas o material necessário para preencher o molde, limitando a geração de sucata, o que é especialmente favorável à sustentabilidade.
• Flexibilidade de design: A fundição também é flexível no projeto, de modo que recursos internos complexos podem ser adicionados a uma peça fundida na forma de canais de resfriamento ou seções ocas com projetos elaborados. Isso pode resultar em um custo menor de montagem porque as peças que teriam de ser soldadas podem ser feitas em um único molde.

Vantagens do forjamento:

• Resistência e durabilidade: As peças forjadas são normalmente mais resistentes do que as peças fundidas, pois a estrutura de grãos do material é alinhada durante o processo de forjamento e, portanto, sujeita a maior resistência contra estresse, fadiga e carga mecânica. Isso as qualifica para aplicações de alto desempenho.
• Propriedades aprimoradas do material: As propriedades dos materiais dos produtos são aprimoradas com relação aos materiais que têm melhor estrutura interna, ou seja, homogênea e não propensa a defeitos como porosidade. Isso levaria ao projeto de peças de melhor qualidade, que terão melhores propriedades mecânicas, durarão mais devido à qualidade e funcionarão em ambientes difíceis.
• Alta precisão: O forjamento pode produzir alta precisão ou tolerâncias estreitas nos produtos acabados. Ele é mais adequado quando são necessários requisitos rigorosos, como nos setores aeroespacial e automotivo.
• Alta resistência: As peças forjadas são resistentes. Essa estrutura de grãos aprimorada é o que permite que elas resistam a cargas de alto impacto e a ambientes extremos e, portanto, são adequadas para os setores aeroespacial, automotivo e militar.

Contras da fundição e do forjamento

Desvantagens da fundição:

• Porosidade e defeitos: As peças fundidas podem apresentar defeitos como porosidade, rachaduras e outros defeitos internos devido ao processo de resfriamento. Esses defeitos têm a capacidade de prejudicar a resistência e a integridade do produto final e exigem inspeção e controle de qualidade adicionais.
• A resistência do material também é limitada: Embora formas complexas possam ser fundidas, a resistência do material pode ser menor em comparação com o material forjado. Isso torna as peças fundidas inadequadas para locais em que a resistência e a durabilidade excepcionais são importantes, especialmente em locais de alta tensão.
• Custos do molde: O desenvolvimento de custos de moldagem de alta qualidade para a fundição, especialmente para peças complexas ou pequenas quantidades, pode ser muito caro. Isso pode elevar o preço do processo de fundição como um todo e, portanto, não é tão adequado para a produção de baixos volumes.

Desvantagens do forjamento:

• Formas restritas: O forjamento funciona bem em peças de formato simples e não é o método mais adequado para criar formas geometricamente complexas. Esse processo é adequado para peças que precisam ser resistentes, mas não complexas.
• Aumento das despesas em pequenas tiragens: Em comparação com as grandes tiragens, são incorridos altos custos durante o forjamento de pequenos lotes devido aos custos de configuração de ferramentas e matrizes, embora seja econômico quando grandes quantidades de um produto estão sendo fabricadas.
• Seleção restrita de materiais: O forjamento só pode ocorrer em metais que podem suportar altas temperaturas, como aço, alumínio e titânio. O processo é menos versátil em termos de adequação de materiais que são difíceis de forjar nas temperaturas necessárias.

Materiais de fundição e forjamento

Materiais de fundição

Esse processo de fundição é um processo diversificado que pode ser conduzido usando uma ampla gama de materiais em relação às necessidades da aplicação. Metais comumente usados em as peças fundidas são de alumínioO alumínio é um material de alta qualidade, como o aço, o ferro, o bronze e o latão, que se caracterizam por propriedades exclusivas que os qualificam para serem utilizados em vários setores. Como outro exemplo, o alumínio é leve e tem boa resistência à corrosão, o que é ideal para os mercados automotivo e aeroespacial. O aço e o ferro são mais preferidos devido à sua durabilidade e resistência, e geralmente são usados em componentes de máquinas e indústrias pesadas. O bronze e o latão podem ser vistos no uso do metal quando o elemento de resistência é necessário, mas também é preciso considerar a necessidade de resistência à corrosão e a atratividade visual, como peças decorativas ou equipamentos em navios.

Além desses metais comuns, a fundição também pode envolver ligas especializadas, como magnésio, ligas de zinco e ligas à base de cobre, que são selecionadas para se adequar a determinadas aplicações por possuírem propriedades funcionais específicas. Um exemplo de ligas de magnésio é empregado nos setores que precisam de componentes leves, outro exemplo são as ligas de zinco que podem ser aplicadas em vários setores em que há necessidade de fundir determinadas peças que não devem ser vulneráveis ao desgaste. Essas ligas de cobre são dominantes em trabalhos elétricos e de encanamento devido à sua alta resistência à corrosão e à condutividade elétrica. A fundição pode usar diferentes metais e ligas, o que significa que os fabricantes podem modificar as peças para melhor atender à aplicação.

Materiais de forjamento

Os materiais usados para fazer peças forjadas geralmente são escolhidos por causa de sua força em termos de estresse e propriedades resistentes à pressão. As ligas de aço que incluem aço-carbono, aço inoxidável e aço-ferramenta são os materiais mais usados em forjamento. O aço carbono é forte e duro e, por isso, é usado na construção de estruturas e componentes de maquinário pesado. A vantagem do aço inoxidável é que ele não pode ser facilmente corroído, portanto, é ideal em locais onde as peças são inóspitas, como nos setores automotivo e médico. O aço para ferramentas é especialmente fabricado e funciona bem contra o desgaste e, portanto, é aplicável em ferramentas, matrizes e outras peças de máquinas de alto desempenho.

Usos da fundição e do forjamento

A fundição e o forjamento têm aplicações mais semelhantes em diferentes setores, e cada tipo é especializado para atender às necessidades do produto final. O tipo de fundição ou forjamento é determinado pela resistência, complexidade, propriedades do material usado e uso final. As principais aplicações dos processos são as seguintes.

Usos da fundição

A fundição também se mostrou útil na produção de peças de formas complexas ou de grandes volumes. Algumas das aplicações mais importantes nos setores são as seguintes:

• Indústria automobilística: Peças como blocos de motor, carcaças de transmissão e coletores de escapamento estão entre as peças fabricadas por meio de fundição. Os formatos dessas peças geralmente são complicados e as quantidades a serem fundidas são em grande número; portanto, a fundição é um método eficiente a ser adotado. Além disso, a fundição permite a utilização de materiais leves, porém resistentes, como ligas de alumínio, que são necessárias para aumentar a economia de combustível do veículo.
• Aeroespacial: O setor aeroespacial é outro que depende muito da fundição, pois ela permite a produção de estruturas sofisticadas, como carcaças de turbinas, estruturas de asas e partes do motor. O titânio e as ligas de alumínio são outros materiais de fundição amplamente utilizados, proporcionando resistência e menor peso, o que é de extrema importância para o desempenho das aeronaves e a economia de combustível.
• Setor marítimo: No setor marítimo, elementos como hélices, peças de motor e outros componentes importantes de navios são fundidos. A maioria desses componentes exige resistência à corrosão pela água salgada e, portanto, ligas como bronze, latão e ligas especiais podem ser fundidas. O processo garante que esses componentes suportem as condições marinhas inóspitas.
• Arte e escultura: A fundição também desempenha um papel importante na produção de arte e escultura. Os recursos de detalhes finos dos moldes permitem que os artistas criem padrões indefinidos em outros materiais, como bronze e alumínio, entre outros metais. A fundição pode ser usada para criar um meio de expressão versátil ao longo da história e na arte contemporânea.

Usos do forjamento

Forjamento. Nos casos em que se exige alta resistência, durabilidade e integridade do material do produto final, o processo é realizado por forjamento. Esses são setores e peças comuns nos quais o forjamento é importante:

• Setor automotivo: O setor automotivo também utiliza o forjamento em sua produção de automóveis. Nesse setor, o forjamento é aplicado em áreas como o interior do motor, que são de baixa e alta tensão. Algumas das peças altamente estressadas que usam forjamento incluem os virabrequins, as bielas e os componentes da suspensão. Elas são submetidas às maiores forças e expostas a um ambiente operacional brutal; portanto, a resistência e a durabilidade do processo de forjamento são cruciais para o sucesso e a durabilidade dessas peças.
• Aeroespacial: O setor aeroespacial também depende do forjamento para a fabricação de componentes de alta resistência, como trens de pouso, discos de turbina e peças estruturais. Esses componentes fundidos precisam operar sob altas temperaturas e cargas, e a maior estrutura de grãos que pode ser obtida no forjamento fornecerá as propriedades mecânicas necessárias, garantindo a segurança e a confiabilidade no setor de aeronaves.
• Petróleo e gás: O setor de petróleo e gás envolve o forjamento como uma das áreas mais vitais, com peças como válvulas, conexões e peças de bombas sob muita pressão ou corrosão. As ligas metálicas forjadas incluem peças que podem suportar os rigores extremos de alta pressão e alta temperatura, além de corrosão química e de gás.
• Defesa e equipamentos pesados: O setor de defesa e maquinário pesado geralmente usa peças feitas por forjamento. As peças automotivas, como escavadeiras, escavadeiras e vários equipamentos militares feitos de tanques, são construídas com a força e a rigidez das peças fundidas, pois suportam tensões maiores do que o normal durante o uso. O forjamento também confere integridade a essas peças e permite que elas suportem altas cargas de maneira confiável.

As principais diferenças entre forjamento e fundição

Embora a fundição e o forjamento sejam técnicas de fabricação bastante semelhantes, é importante conhecer as principais peculiaridades de cada uma delas para descobrir qual é a mais adequada em um caso específico:

Os problemas de fundição e forjamento

A fundição é nitidamente vantajosa, mas também tem suas desvantagens, assim como o forjamento. O controle de qualidade pode ser um grande problema na fundição. Muitas vezes, pode ser necessário empregar técnicas especiais e manter muita atenção para garantir que nenhum defeito esteja presente em uma fundição, e problemas de encolhimento, porosidade ou rachaduras geralmente não decepcionam. As decisões de alta qualidade são muito importantes nos setores em que a precisão é imperativa. Além disso, a fundição é um processo que requer muita energia, pois é preciso energia para derreter e aquecer os metais a altas temperaturas, o que gera alguns problemas ambientais e emissões. O próprio fabricação de moldesA produção de peças de reposição, principalmente as que envolvem caminhos complexos e complexos, também pode ser cara, especialmente quando se trata de baixas quantidades de peças a serem produzidas. Além disso, há o fato de elevar o custo inicial.

Por outro lado, o forjamento apresenta os desafios do ferramental e tem surgido. Durante o forjamento, devem ser utilizadas matrizes superiores e máquinas de ponta e, na maioria das vezes, é necessário um grande investimento. Isso reduz as pequenas séries de produção em termos de economia. O forjamento também é limitado no que diz respeito à flexibilidade da produção de geometrias complexas. Em contraste com a fundição, que é capaz de criar formas complexas, o forjamento também é mais restritivo, já que estruturas e formas mais simples podem ser produzidas. Além disso, o desperdício de material é criado durante o processo de forjamento, pois é comum encontrar pequenas peças que precisam ser cortadas à medida que o metal é moldado. Esse desperdício pode contribuir para o custo de produção, afetando, portanto, a eficiência do processo.

A forma como os setores estão se ajustando

Há uma mudança no setor de fundição e forjamento à medida que a tecnologia muda. Os avanços mais recentes incluem:

Fundição: A fabricação de moldes e fundições por meio de impressão 3D está se tornando comum e deu a oportunidade de ter uma prototipagem mais rápida e tipos complexos de formas. A manufatura aditiva também é adotada no processo de fundição para criar mais peças com menos defeitos e problemas.

Forjamento: O uso de linhas de forjamento automatizadas e equipamentos robóticos está aumentando a precisão e o preço. Novos tratamentos térmicos também estão aprimorando as propriedades das peças forjadas, já que, em situações extremas, é possível obter um desempenho ainda melhor.

Fundição e forjamento são o futuro

As tecnologias de fundição e forjamento estão passando por avanços tecnológicos à medida que aumentam a eficiência e seus recursos:

• Elenco: As tecnologias mais avançadas de fabricação de moldes, como a impressão 3D, estão sendo aplicadas para desenvolver moldes mais complicados e complexos a um custo menor. Também há atualizações contínuas em materiais e processos de fundição, resultando em fundições melhores e com menos defeitos de fundição.
• Forjamento: A próxima etapa do forjamento são os sistemas automatizados e os processos controlados por computador que resultam em mais precisão e custos mais baixos. Além disso, o uso de novos materiais e tratamentos térmicos ampliará o escopo aplicável de peças forjadas a empresas como o setor aeroespacial e o setor de energia.

Conclusão

A fundição e o forjamento são processos de fabricação vitais que têm suas vantagens e desvantagens. A fundição é mais adequada para produzir formas complexas e grandes volumes a um custo reduzido. É bom quando os componentes não têm resistência ou durabilidade máximas. O forjamento, no entanto, é melhor para a produção de peças que exigem alta resistência e resistência ao estresse. Ele se encaixa melhor em casos de peças críticas em que a questão do desempenho e da confiabilidade é mais importante.

A escolha entre fundir ou forjar deve ser determinada pelo projeto e pela finalidade da peça. Projetos complexos, grandes volumes e quando a relação custo-benefício é uma preocupação são favoráveis ao uso da fundição. As condições adversas de alto desempenho são moldadas usando forjamento, que tem maior resistência do material.

Com as mudanças nos setores, os dois processos estão sujeitos aos benefícios das mudanças tecnológicas. As automações no uso de inovações como a impressão 3D na fundição estão tornando-a mais precisa e eficiente. A capacidade de distinguir as necessidades de um determinado projeto permite que os fabricantes escolham o processo adequado, e essa estratégia garantirá que o produto final seja capaz de atender a todas as exigências de qualidade, desempenho e preço.

Perguntas frequentes

1. Qual é a principal diferença entre fundição e forjamento?

A forma do metal é a principal diferença. A fundição é o processo que envolve derreter o metal e despejá-lo em um molde que o ajuda a se tornar a estrutura desejada. O forjamento, ao contrário, dobra o metal exercendo alta pressão sobre o material de alta pressão em um estado quente que altera a estrutura do metal. A fundição é apropriada quando os projetos são elaborados; por outro lado, o forjamento produz elementos duráveis.

2. Em que condições devo fundir em vez de forjar?

A fundição é adequada quando você precisa criar formas complexas ou requerer grandes volumes de componentes com formas complicadas. Ela é mais adequada para componentes que seriam problemáticos ou caros para serem criados de outra forma, principalmente quando são necessários detalhes precisos e produção em larga escala. A fundição também é mais econômica quando se trata de peças de paredes finas ou peças com formas complexas.

3. Os materiais que posso fundir são os mesmos que posso forjar?

Não, os materiais de fundição e forjamento podem ser diferentes. A fundição pode usar dezenas de metais e ligas diferentes, alumínio, ferro, bronze e materiais exóticos, como magnésio e zinco. No entanto, o forjamento normalmente é feito em metais que não se tornam quebradiços em altas temperaturas, por exemplo, ligas de aço, ligas de alumínio/titânio/cobre.

4. Quais são as desvantagens da fundição e do forjamento?

Na fundição, ocorrem porosidade e rachaduras, e a resistência do material normalmente é menor na peça fundida em comparação com as forjadas. Também é um processo caro, especialmente em manufaturas complexas ou de baixo volume, porque precisa de moldes personalizados caros. No entanto, embora seja mais capaz de produzir peças mais resistentes e duráveis, ele só pode lidar com formas mais simples e, assim como a fundição, as peças forjadas são mais caras para serem montadas, especialmente quando se trata de pequenas séries de produção.

5. Quais setores têm mais vantagens com a fundição e o forjamento?

As operações de manufatura que exigem a construção de formas e componentes delicados em grandes quantidades, como a manufatura automotiva, o setor aeroespacial, o setor marítimo e o setor de arte, requerem em grande parte a fundição. As áreas que preferem o forjamento a outros processos incluem os setores automotivo, aeroespacial, de defesa e de fabricação de petróleo e gás, em que a resistência, a tenacidade e a durabilidade de peças críticas como virabrequins, lâminas de turbina e componentes estruturais são fatores importantes.