Escolhendo um processo
Como escolher um processo de fabricação para uma peça real: material, forma, tamanho, precisão e quantas você precisa.
Engenheiros escolhem um processo de fabricação pesando seis coisas: o material, a quantidade, a forma, o tamanho, a precisão necessária e o custo. Nenhum processo vence nas seis, então toda escolha é uma troca. Esta página ajuda a afunilar as opções e depois indica as lições para ler.
As seis perguntas
- Material. Cada processo funciona só com alguns materiais, porque precisa derretê-los, fazê-los fluir, dobrá-los ou cortá-los do seu jeito.
- Quantidade. Quantas peças você precisa decide se um molde ou matriz caro vai se pagar.
- Forma. Paredes finas, interiores ocos, bolsões profundos e furos finos são fáceis para alguns processos e impossíveis para outros.
- Tamanho. Toda máquina e todo molde tem limites, então uma peça do tamanho de um grão de arroz e outra do tamanho de uma porta de carro pedem processos diferentes.
- Precisão. Tolerâncias justas (o erro de tamanho permitido) e superfícies lisas muitas vezes exigem usinagem ou retificação depois da primeira etapa de conformação.
- Custo. O objetivo é o menor custo total para a sua quantidade: ferramental (os moldes, matrizes e dispositivos feitos para a sua peça), tempo de máquina, material e acabamento.
Guia de decisão
Quantidade e material afunilam as opções mais rápido, então este guia começa por eles.
Escolhas rápidas
A maioria dos objetos do dia a dia passa por uma cadeia de processos, listados aqui em ordem.
| Quero fazer… | Geralmente feito por | Lições |
|---|---|---|
| Garrafa plástica de bebida | Uma pequena forma de tubo de ensaio (a pré-forma) é moldada por injeção, depois reaquecida e soprada até virar a garrafa | 2.1, 2.3 |
| Capa de celular | Plástico moldado por injeção; capas com casca dura e borda macia são sobremoldadas | 2.1, 2.2 |
| Mangueira de jardim | PVC macio ou borracha empurrado por uma matriz em forma de anel, muitas vezes em camadas em volta de uma malha tecida | 3.3 |
| Painel de carroceria de carro | Estampado de chapa de aço ou alumínio, soldado por pontos na carroceria e depois pintado | 4.2, 7.2, 11.1 |
| Lata de bebida | Um disco de chapa de alumínio é estampado em um copo, sua parede é esticada até ficar fina e alta e depois é impresso | 6.1, 4.2 |
| Pia de cozinha | Estampada em profundidade de uma só chapa de aço inoxidável, depois aparada e escovada ou polida | 4.2, 5.9 |
| Esquadria de alumínio | Perfis de alumínio são extrudados, cortados e unidos nos cantos, depois anodizados ou pintados a pó | 3.3, 11.6, 11.2 |
| Quadro de bicicleta (alumínio ou aço) | Tubos trefilados ou extrudados, muitas vezes conformados por hidroconformação e depois soldados com TIG; os quadros de alumínio depois passam por tratamento térmico | 3.3, 4.5, 7.1, 12.1 |
| Parafuso | O fio de aço passa por recalque a frio para formar a cabeça, depois a rosca é laminada; muitas vezes temperado e zincado | 3.5, 3.6, 12.1, 11.5 |
| Virabrequim | Aço forjado (às vezes ferro fundido), depois torneado, retificado e com a superfície endurecida | 3.1, 5.1, 5.7, 12.2 |
| Engrenagem | Dentes cortados por fresa-mãe (hobbing), depois cementados e retificados; engrenagens pequenas também são sinterizadas ou moldadas | 5.5, 12.2, 5.7, 9.1, 2.1 |
| Bloco de motor | Ferro ou alumínio fundido em moldes de areia, ou alumínio fundido sob pressão, depois usinado e brunido | 1.1, 1.4, 5.2, 5.8 |
| Pá de turbina de motor a jato | Fundida por cera perdida como um monocristal de superliga de níquel, furos de resfriamento feitos por EDM ou laser, depois revestida | 1.2, 1.8, 6.6, 11.10 |
| Implante de quadril de titânio | Liga de titânio forjada e usinada; superfícies porosas são muitas vezes impressas em 3D ou aspergidas com plasma | 3.1, 5.2, 8.4, 11.10 |
| Roda de bicicleta de carbono | Prepreg de carbono (tecido de fibra embebido em resina) laminado em um molde de aro, depois curado sob calor e pressão | 10.1 |
| Placa de circuito impresso (PCB) | Folha de cobre sobre uma placa de fibra de vidro é padronizada com luz e atacada quimicamente; os furos são feitos e metalizados; as peças são soldadas | 13.2, 6.8, 5.3, 11.5, 7.3 |
| Chip de silício | Um cristal de silício é crescido e fatiado em lâminas, depois construído por centenas de etapas de padronização, deposição e ataque químico | 13.1, 13.2, 13.4, 11.9 |
Custo versus quantidade
Todo processo tem dois tipos de custo. O custo de ferramental é pago uma vez, antes da primeira peça boa: o molde, a matriz ou o dispositivo feito só para a sua peça. O custo de operação é pago de novo a cada peça: material, tempo de máquina, energia e mão de obra.
Custo por peça = custo de ferramental ÷ número de peças + custo de operação por peça
Quanto mais peças dividem o ferramental, menos cada uma carrega: em 10 peças, cada uma paga um décimo; em 100.000 peças, quase nada. Então um processo com ferramental caro, como a moldagem por injeção, é muito caro para poucas peças e muito barato para muitas. Um processo com pouco ferramental, como a usinagem ou a impressão 3D, custa aproximadamente o mesmo por peça, qualquer que seja a quantidade.
Regras práticas
- Conte primeiro. Para um punhado de peças, escolha um processo sem ferramental sob medida, como usinagem ou impressão 3D; para dezenas de milhares, pague por um molde ou matriz.
- Chegue perto, depois acabe. Funda, forje ou molde a peça perto da forma final (near-net shape) e usine só as superfícies que precisam ser precisas.
- Peça precisão só onde importa. Cada tolerância mais justa acrescenta usinagem, inspeção e custo, então reserve-a para superfícies que encaixam, vedam ou deslizam.
- Mantenha as paredes uniformes. Na moldagem e na fundição, as partes grossas esfriam por último e podem afundar, empenar ou prender vazios; nervuras dão rigidez sem paredes grossas.
- Use ângulo de saída, evite reentrâncias. Uma leve conicidade e nenhum detalhe em gancho deixam a peça sair reta do molde, então o molde continua simples e barato.
- Precisa de resistência sob cargas repetidas? Considere a forjaria. A forjaria faz o grão do metal acompanhar a forma da peça, então ela resiste melhor à fadiga que uma peça fundida.
- Formas ocas e longas têm seus próprios processos. Garrafas e tanques: moldagem por sopro ou rotomoldagem (2.3, 2.5). Perfis longos e constantes: extrusão (3.3) ou pultrusão (10.3).
- Planeje a cadeia inteira. A maioria das peças é conformada, depois usinada, tratada termicamente e acabada, e cada etapa acrescenta custo e tempo.
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