Um projeto de peça superior pode reduzir os custos de fundição de precisão, simplificando as ferramentas de cera, diminuindo as exigências de núcleo cerâmico, melhorando a eficiência da árvore de fundição, eliminando seções pesadas problemáticas, estabelecendo posições de entrada adequadas e reduzindo o trabalho de usinagem secundária.
O que influencia os custos na fundição de precisão?
| Área de projeto | O que melhorar | Principais custos afetados |
| Padrão de cera | Minimize reentrâncias e inserções complexas. | Custo das ferramentas e dos moldes |
| Núcleos de cerâmica | Simplificar cavidades e passagens fechadas | Ferramentas principais e custos recorrentes do núcleo |
| Árvore de lançamento | Melhorar o espaçamento e a orientação das peças | Custo de casca, vazamento e processamento |
| Seções pesadas | Remover o excesso de massa metálica local | Material, alimentação e sucata |
| Localização do portão | Reservar áreas de corte práticas | Retificação e acabamento |
| Forma quase final | Forme mais geometria na fundição. | Usinagem CNC e custo da peça acabada |
Design 1: Simplificar o padrão de cera
Cada fundição de investimentoA injeção de cera é feita a partir de um molde de cera. Isso significa que geometrias que dificultam esse processo podem aumentar os custos mesmo antes da fase de vazamento. Recortes profundos, reentrâncias fechadas, ranhuras laterais e direções de desmoldagem complexas podem exigir o uso de guias deslizantes, insertos removíveis ou mão de obra adicional.
Para componentes de tamanho médio, a instalação de um inserto ou deslizador móvel na matriz de cera pode aumentar o investimento em ferramentas em cerca de 1000 a 5000 dólares ou mais. O valor exato depende das dimensões dos componentes e da construção do molde.
Verifique os recursos que complicam a liberação do padrão.
As áreas comuns a serem examinadas incluem:
- Recortes externos profundos
- Ranhuras e sulcos laterais
- Recessos presos
- Bolsos internos estreitos
- Projeções longas sem suporte
Se uma característica complexa adicionar 3.000 dólares ao custo das ferramentas de cera, isso implica um custo aproximado de 0,60 dólares por peça fundida para um pedido de 5.000 unidades. Isso ocorre mesmo antes de contabilizar os custos de injeção de cera e fundição de metal.
Para produções de baixo a médio volume, a otimização das ferramentas de cera pode, portanto, gerar economias maiores do que o corte de pequenas quantidades de material de cada componente individual.
Projeto 2: Reduzir o uso de núcleo cerâmico
Os núcleos cerâmicos permitem a fundição de precisão de passagens fechadas e geometrias internas que as ferramentas de cera padrão não conseguem produzir diretamente. No entanto, cada núcleo adiciona requisitos extras de ferramental e procedimentos de fabricação.
Os núcleos cerâmicos podem exigir ferramentas específicas, fabricação separada, instalação dentro do modelo de cera, verificação dimensional e remoção após a solidificação do metal.
Compare o custo principal com a alternativa.
Considere uma passagem interna com os seguintes requisitos:
- Ferramentas principais: US$ 4.000
- Núcleo cerâmico: US$ 0,40/peça
- Quantidade produzida: 25.000 unidades
O custo recorrente apenas para os núcleos pode chegar a 10.000 dólares. Isso eleva o custo total associado aos núcleos para aproximadamente 14.000 dólares, sem contar o trabalho extra de manuseio ou possíveis perdas por sucata.
Os núcleos cerâmicos tornam-se economicamente viáveis apenas quando eliminam processos dispendiosos, tais como:
- perfuração de furos profundos
- Soldagem
- Montagem de várias peças
- Configurações CNC múltiplas
- Usinagem de passagens curvas complexas
Para furos retos curtos ou detalhes internos acessíveis, a usinagem pós-fundição pode, por vezes, resultar em custos de peças acabadas mais baixos em comparação com a inserção de um núcleo cerâmico em cada modelo de cera.
Projeto 3: Acomodar mais peças em cada árvore de fundição
As peças fundidas por investimento são geralmente fixadas a um canal de alimentação central e processadas em conjunto como uma árvore de fundição completa. Consequentemente, o número de modelos colocados em cada árvore afeta diretamente os custos de construção da casca, desparafinação, vazamento e desmoldagem.
Flanges superdimensionadas, braços alongados e projeções mal posicionadas podem causar folgas maiores entre os padrões adjacentes. Mesmo um componente relativamente leve pode se tornar caro quando seu formato limita o número de peças que cada árvore suporta.
Custo de processamento das alterações na densidade das árvores
Considere uma ordem de produção de 12.000 peças:
| Layout em árvore | Partes por árvore | Árvores necessárias |
| Design original | 10 | 1.200 |
| Layout aprimorado | 15 | 800 |
| Diferença | +5 partes/árvore | 400 árvores a menos |
Produzir 400 árvores a menos reduz o consumo e o processamento repetidos em:
- montagem da árvore de cera
- Argamassa cerâmica e estuque
- Desparafinação
- Carregamento do forno
- Vazamento de metal fundido
- Remoção da casca
Aumentar a capacidade de produção de árvores de 10 para 15 partes reduz o número de árvores necessárias em cerca de 33% para a mesma quantidade de produção.
Para fundição de precisão em larga escala, alterar ligeiramente o tamanho ou a orientação de uma flange, ressalto ou projeção pode, portanto, gerar mais economia do que remover apenas alguns gramas do componente acabado.
Projeto 4: Reduzir as seções de metal pesado
Uma seção espessa custa mais do que a liga adicional que contém. Como resfria mais lentamente do que a geometria circundante, também pode dificultar a solidificação direcional e a alimentação de metal.
Por exemplo, unir uma parede de 3 mm diretamente a um ressalto de 12 mm produz uma massa térmica concentrada. A fundição pode precisar de um ponto de injeção maior ou de mais metal de alimentação, e o risco de defeitos por contração também pode aumentar.
As alterações práticas de design incluem:
- Escavando chefes superdimensionados
- Reduzir almofadas excessivamente grossas
- Remoção de massas sólidas desnecessárias
- Criando transições de espessura mais suaves
- Retirando metal de regiões pouco carregadas
A redução de peso também pode melhorar a produtividade.
Suponha que uma peça fundida de aço inoxidável seja redesenhada, passando de 0,95 kg para 0,83 kg.
Em um processo de fabricação de 30.000 peças, o peso total da peça fundida acabada diminui em 3.600 kg.
O benefício financeiro pode ir além dessas 3,6 toneladas de liga. Quando o metal removido também elimina um ponto quente problemático, o rendimento do metal pode melhorar, as necessidades de alimentação podem diminuir e menos peças fundidas podem ser rejeitadas.
Na fundição de precisão, a redução de material mais valiosa costuma ser a do metal que cria problemas de solidificação e alimentação, e não simplesmente a do material mais fácil de excluir do modelo CAD.
Projeto 5: Dê ao portão uma localização melhor.
O canal de alimentação conecta inicialmente o modelo de cera à árvore de fundição e, posteriormente, fornece o caminho para a entrada do metal fundido, alimentando assim a peça. Sua localização, portanto, influencia tanto o desempenho da fundição quanto a quantidade de trabalho pós-fundição.
Quando todas as faces externas precisam permanecer livres de marcas de injeção, a fundição pode ser obrigada a posicionar o ponto de injeção em uma posição menos eficiente ou mais difícil de finalizar.
As áreas de acesso práticas geralmente incluem:
- Almofadas de montagem ocultas
- chefes grossos
- Superfícies usinadas posteriormente
- Bordas não cosméticas
- Seções com espessura suficiente para alimentação
O custo de acabamento se repete em todas as peças.
Considerando uma posição de entrada difícil, o custo de retificação aumenta em US$ 0,30 por peça fundida.
| Quantidade do pedido | Custo adicional de acabamento |
| 10.000 unidades | $ 3.000 |
| 40.000 peças | $ 12.000 |
| 100.000 unidades | $ 30.000 |
Em um volume de 100.000 peças, essa restrição de design aparentemente pequena resulta em US$ 30.000 em despesas repetidas de acabamento.
Portanto, permitir uma área de fixação adequada pode ser mais econômico do que exigir que todas as superfícies do componente permaneçam completamente livres de marcas de injeção.
Projeto 6: Utilizar a forma quase final para usinagem de corte
A fundição de precisão oferece o maior benefício econômico quando a maior parte da geometria final é criada durante o processo de fundição, em vez de por meio de operações CNC posteriores.
Recortes, saliências de montagem, marcações em relevo, perfis externos, almofadas e furos selecionados podem, muitas vezes, ser incorporados diretamente no molde de cera sem gerar custos de processamento recorrentes significativos.
A usinagem de precisão deve permanecer concentrada em áreas onde protege diretamente o desempenho dos componentes, incluindo:
- Assentos de rolamento
- Superfícies de vedação
- Dados de montagem
- furos de precisão
- rostos críticos de acasalamento
Compare a peça acabada, não apenas a peça fundida.
Uma peça fundida com geometria mais complexa pode ter um preço de fundição ligeiramente maior, embora ainda resulte em um componente final mais barato.
| Item de custo | Fundição básica | Design próximo da rede |
| Fundição de investimento | $ 8,20 | $ 8,55 |
| usinagem CNC | $ 1,80 | $ 0,85 |
| Acabamento | $ 0,30 | $ 0,30 |
| Custo da peça acabada | $ 10,30 | $ 9,70 |
A versão quase final aumenta o preço da fundição em US$ 0,35, mas a redução na usinagem diminui o custo da peça acabada em US$ 0,60 por unidade.
Com uma produção de 50.000 peças, o componente redesenhado gera uma economia total de aproximadamente US$ 30.000.
Por isso, decisões de compra baseadas apenas no menor preço da peça bruta fundida podem ser enganosas. Uma comparação mais útil é o custo do componente quando ele estiver totalmente acabado e pronto para montagem.
Quais mudanças devem ser priorizadas?
O ajuste de projeto mais valioso depende de qual etapa está atualmente elevando o custo da fundição de precisão.
Quando as ferramentas iniciais são caras, a complexidade do padrão de cera e os requisitos do núcleo cerâmico devem ser verificados em primeiro lugar. Quando o preço unitário recorrente é alto, a utilização da árvore de natal, o rendimento do metal, o acabamento do ponto de injeção e a usinagem secundária geralmente oferecem maior potencial.
Uma forma prática de priorizar melhorias é:
- Alto custo de ferramental:Simplificar as ferramentas de cera e os requisitos do núcleo.
- Alto custo de produção:Aumentar a densidade de árvores e reduzir as seções pesadas.
- Alto índice de refugo:Analise as áreas de alimentação e solidificação difíceis.
- Alto custo de acabamento:Melhorar os pontos de fixação e corte dos portões.
- Preço elevado da peça acabada:Incorporar mais geometria à própria peça fundida.
Por exemplo, economizar US$ 4.000 em ferramentas equivale a US$ 0,80 por peça em um pedido de 5.000 peças, mas apenas US$ 0,04 por peça em um pedido de 100.000 peças. Em contrapartida, eliminar US$ 0,40 em custos recorrentes de usinagem gera uma economia de US$ 40.000 em um programa de produção de 100.000 peças.