Introducción a la Moldeo por Inyección de Metal
Moldeo por Inyección de Metal (MIM) es una tecnología de conformado cercano a neta por metalurgia en polvo derivada de la industria del moldeo por inyección de plástico. Tecnología de moldeo por inyección de plástico tiene un bajo costo para producir una variedad de productos de formas complejas, pero los productos de moldeo plástico no tienen alta resistencia. Podemos mejorar su rendimiento añadiendo polvos metálicos o cerámicos a los plásticos para obtener productos con mayor resistencia y buena resistencia al desgaste. En los últimos años, esta idea ha evolucionado para maximizar el contenido de partículas sólidas, eliminar el aglutinante y densificar el blank de conformado durante el proceso de sinterización posterior. Este nuevo método de metalurgia en polvo se llama moldeo por inyección de metal (MIM).
VENTAJAS DEL MOLDEO POR INYECCIÓN DE METAL (MIM)
El proceso de Moldeo por Inyección de Metal (MIM) ofrece los siguientes beneficios:
- Fabricación de bajo costo de piezas complejas en grandes volúmenes
- Menor tiempo de producción en comparación con la fundición a la cera perdida.
- Fabricación cercana a la forma neta con mínimo desperdicio de material.
- Fundiciones a Excelentes propiedades mecánicas y piezas reflejadas en tamaño de partícula y aumento de la densidad sinterizada.
- Propiedades iguales a las aleaciones laminadas
- Existen varias prealeaciones y aleaciones maestras disponibles.
- Tome menos tiempo en finalizar operaciones
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El Moldeo por Inyección de Metal (MIM) es un proceso de moldeo de metal que moldea el metal en forma de polvo y el metal finamente molido se integra con material aglutinante para hacer una materia prima. La materia prima se endurece y se moldea para fabricar el producto final.
El Moldeo por Inyección de Metal es un proceso ideal para facilitar la producción de productos con formas complicadas y productos de alto volumen.
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Moldeo por Inyección de Metal (MIM) se utiliza en una amplia variedad de industrias automotriz, médica, electrónica, industrial y de consumo para productos como piezas automotrices, equipos aeroespaciales, teléfonos móviles, instrumentos dentales, disipadores de calor electrónicos y paquetes de sellado, hardware de conectores electrónicos, herramientas industriales, conectores de fibra óptica, sistemas de pulverización, unidades de disco, dispositivos médicos, herramientas eléctricas portátiles, instrumentos quirúrgicos y equipos deportivos.
Proceso de Moldeo por Inyección de Metal
Los pasos básicos del proceso de moldeo por inyección de metal incluyen, en primer lugar, la selección del polvo de metal y el aglutinante para cumplir con los requisitos del MIM. El polvo y el aglutinante se mezclan en una alimentación homogénea a una temperatura específica utilizando métodos adecuados; después de la granulometría en moldeo por inyección personalizado, el bloque de moldeo resultante se sinteriza y se templar después del tratamiento de eliminación de grasa para fabricar el producto final.
1: Tecnología de polvo y fabricación de polvo para MIM
Los requisitos de polvo de materia prima para MIM son altos, y la elección del polvo para facilitar la mezcla, el moldeo por inyección, la desgrasificación y la sinterización, suele ser contradictoria. El estudio del polvo de materia prima para MIM incluye forma del polvo, tamaño de partícula, composición del tamaño de partícula, superficie específica, etc.; la tabla 1 lista las propiedades más adecuadas para MIM con las propiedades del polvo de materia prima.
Dado que los requisitos del polvo de materia prima para MIM son destacados, los precios del polvo de materia prima para MIM suelen ser más altos; algunos incluso alcanzan 10 veces el precio del polvo de PM tradicional, lo cual es un factor crucial que limita el uso generalizado de la tecnología MIM. Los métodos principales para fabricar el polvo con materia prima son atomización por agua a presión, atomización por gas a alta presión y carbonilo.
2: Aglutinante
La tecnología de aglutinantes para MIM se utiliza para mejorar la fluidez y adaptarse al moldeo por inyección y mantener la forma del blank. Sus dos funciones más básicas; además, debe ser fácil de eliminar, no contaminante, no tóxico, de costo razonable y otras características. Por esta razón, en los últimos años, diversos aglutinantes se seleccionan gradualmente solo por experiencia o mediante el método de desgrasificación, y los requisitos de la función del aglutinante apuntan a la dirección del diseño del sistema de aglutinantes.
El aglutinante generalmente comprende componentes de bajo y alto peso molecular, además de algunos aditivos necesarios. La viscosidad del componente de bajo peso molecular, buena fluidez, fácil de eliminar; la viscosidad del componente de alto peso molecular, alta resistencia, ayuda a mantener la resistencia del blank formado. La proporción adecuada de ambos juntos permite obtener una alta capacidad de carga de polvo y finalmente obtener un producto de alta precisión y alta uniformidad.
3: Mezcla
La mezcla consiste en mezclar polvo de metal con un aglutinante para obtener un material de alimentación uniforme. Dado que la naturaleza del material de alimentación determina el rendimiento de las piezas moldeadas por inyección final, el paso del proceso de mezcla es muy importante. Implica diversos factores como la forma y secuencia de adición del aglutinante y el polvo, la temperatura de mezcla y las características del dispositivo de mezcla. Este paso del proceso ha permanecido en el nivel de experiencia, y finalmente, un indicador importante para evaluar el proceso de mezcla es la uniformidad y consistencia del alimento resultante.
La mezcla del alimento MIM se realiza bajo el efecto combinado de calor y cizalladura. La temperatura de mezcla no puede ser demasiado alta; de lo contrario, el aglutinante puede descomponerse debido a que la viscosidad es demasiado baja y la separación de las dos fases de polvo y aglutinante, ya que el tamaño de la fuerza de cizalladura varía según el método de mezcla. Los dispositivos de mezcla comúnmente utilizados en MIM son un extrusor de doble tornillo, mezclador de impulsor en forma de Z, extrusor de tornillo simple, extrusor de émbolo, mezclador planetario doble y mezclador de doble leva. Estos dispositivos de mezcla son adecuados para la preparación de viscosidad en un rango de 1-1000Pa-s.
El método de mezcla generalmente consiste en añadir componentes de alto punto de fusión para fundirlos primero, luego enfriar, añadir componentes de bajo punto de fusión y, finalmente, añadir en lotes el polvo metálico. Esto puede prevenir la vaporización o descomposición del elemento del grupo de bajo punto de fusión. Añadir el polvo metálico en lotes puede evitar el aumento de par causado por el enfriamiento demasiado rápido y reducir las pérdidas en el equipo.
Para la forma de añadir polvo de diferentes tamaños de partícula durante la compatibilización, la patente japonesa introduce: el polvo atomizado en agua de 15-40um se añade primero al aglutinante, luego se añade el polvo de 5-15um y, finalmente, el polvo de ≤5um, de modo que el producto final obtenido tenga poca variación en la contracción.
Para recubrir uniformemente una capa de aglutinante alrededor del polvo, añada directamente el metal en polvo al componente de alto punto de fusión, luego al componente de bajo punto de fusión y, finalmente, elimínelo del aire. Como por ejemplo, suspensiones de PMMA de Anwar directamente en la mezcla de polvo de acero inoxidable, añada la solución acuosa de PEG, séquelo y luego elimine el aire mientras agita. O’Connor utiliza mezcla con solvente. Primero, mezcla de SA y polvo seco, luego añade el solvente de tetrahidrofuran y, después, el polímero, permitiendo que el tetrahidrofuran escape con el calor, y luego añade la mezcla de polvo para obtener una alimentación uniforme.
4: Moldeo por inyección
El propósito del moldeo por inyección es obtener la forma deseada de una fila de partículas sin defectos y uniforme mediante los blanks de conformado MIM. Primero, el alimentador granular se calienta a una cierta temperatura alta para hacerlo fluido. Luego, se inyecta en la cavidad del molde y se enfría para obtener la forma deseada con cierta rigidez del blank, y luego se extrae del molde para obtener el blank de moldeo MIM. Este proceso es similar al proceso tradicional de moldeo por inyección de plásticos. Pero debido al alto contenido de polvo en el alimentador MIM, su proceso de moldeo por inyección y algunos otros aspectos son muy diferentes, y un control inadecuado puede provocar diversos defectos.
5: Desgrasado
Desde la aparición de la tecnología MIM, con diferentes sistemas de aglutinantes, la formación de varias rutas de proceso MIM y métodos de desgrasado también han variado. El tiempo de desgrasado se ha reducido de unos días en sus inicios a unas pocas horas. Todos los métodos de desgrasado pueden dividirse aproximadamente en dos categorías en términos de pasos de desgrasado: uno es el método de desgrasado en dos pasos.
El método de dos pasos incluye desgrasado con solvente + desgrasado térmico, desgrasado por sifón + desgrasado térmico, etc. El método de un solo paso es principalmente un método de desgrasado térmico en un solo paso, y el más avanzado es un molde meta. A continuación, se presentan algunos métodos representativos de desgrasado MIM, respectivamente.
6: Sintrización
La sintrización es el último paso en el proceso MIM; elimina la porosidad entre las partículas de polvo. Los productos MIM logran una densidad completa o casi completa. Debido a la gran cantidad de aglutinante utilizado en la tecnología de moldeo por inyección de metales, la contracción durante la sintrización es muy grande, y la contracción lineal generalmente alcanza entre 13-25%, por lo que existe un problema con el control de deformaciones y precisión dimensional. Especialmente porque la mayoría de los productos MIM son piezas de forma compleja, este problema se vuelve cada vez más prominente, y una alimentación uniforme es un factor clave para la precisión dimensional y el control de deformaciones de los productos sinterizados finales.
Una alta densidad de agitación del polvo puede reducir la contracción durante la sintrización y facilitar el proceso de sintrización y el control de la precisión dimensional. Para productos de hierro y acero inoxidable, también existe un problema potencial de control de carbono en la sintrización. Debido al alto precio de un polvo fino, estudiar tecnologías mejoradas de sintrización para blanks de polvo grueso es una forma importante de reducir el costo de producción del moldeo por inyección de polvo. Esta tecnología es un aspecto importante de investigación en moldeo por inyección de polvo metálico.
Debido a la forma compleja de los productos MIM y a la gran contracción durante la sintrización, la mayoría de los productos aún requieren tratamiento posterior a la sintrización, incluyendo conformado, tratamiento térmico (carburización, nitruración, carbonitruración, etc.), tratamiento superficial (pulido fino, nitruración por ion, electrochapado, endurecimiento por disparo, etc.).
Precisión
El diseño de referencia de precisión de moldeo en red MIM suele ser de ± 0,5% del tamaño. Algunas características del moldeo en red pueden alcanzar ± 0,3%. Como en otras tecnologías, cuanto mayor sea la precisión requerida, mayor será el coste, por lo que se fomenta una relajación moderada de los requisitos de tolerancia cuando la calidad lo permita. Las tolerancias que no se puedan lograr con el moldeo primario MIM pueden lograrse mediante preparación de superficies.
Reducción de grosor
Los espesores de pared inferiores a 6 mm son óptimos para MIM. También es posible paredes exteriores más gruesas, pero los costes aumentarán debido a tiempos de procesamiento más largos y a la adición de material adicional. Además, paredes muy delgadas por debajo de 0,5 mm son alcanzables para MIM, pero requieren requisitos de diseño muy estrictos.
Capacidad
El MIM es un proceso altamente flexible y puede lograrse de manera muy económica con una demanda anual de varios miles a varios millones. Como con las piezas fundidas y moldeadas por inyección, el MIM requiere inversión del cliente en herramientas y costes de tooling, por lo que para cantidades pequeñas esto suele afectar las estimaciones de coste.
