Introdução à Moldagem por Injeção de Metal
Moldagem por Injeção de Metal (MIM) é uma tecnologia de conformação por metalurgia do pó de near-net derivada da indústria de moldagem por injeção de plástico. Tecnologia de moldagem por injeção de plástico tem um baixo custo para produzir uma variedade de produtos de formas complexas, mas os produtos moldados em plástico não possuem alta resistência. Podemos melhorar o seu desempenho adicionando pós metálicos ou cerâmicos aos plásticos para obter produtos com maior resistência e boa resistência ao desgaste. Nos últimos anos, essa ideia evoluiu para maximizar o conteúdo de partículas sólidas, remover o aglutinante e densificar o bloco de conformação durante o processo de sinterização subsequente. Este novo método de metalurgia do pó é chamado moldagem por injeção de metal (MIM).
VANTAGENS DA MOLDAGEM POR INJEÇÃO DE METAL (MIM)
O processo de Moldagem por Injeção de Metal (MIM) oferece os seguintes benefícios:
- Fabricação de baixo custo de peças complexas de alto volume
- Menor tempo de produção comparado com a fundição por investimento.
- Fabricação near-net-shape com desperdício mínimo de material.
- Fundições para Propriedades Mecânicas Excelentes e peças refletindo o tamanho das partículas e aumentando a densidade sinterizada.
- Propriedades iguais às ligas trabalhadas
- Vários pré-ligas e ligas mestres estão disponíveis.
- Leve menos tempo para concluir operações
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A Moldagem por Injeção de Metal (MIM) é um processo de moldagem de metal que molda o metal na forma de pó e o metal finamente pulverizado é integrado com material de aglutinante para criar uma matéria-prima. A matéria-prima é então endurecida e moldada para fazer o produto final.
A Moldagem por Injeção de Metal é um processo ideal para facilitar a produção de produtos com formas complicadas e produtos de alto volume.
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Área de Atuação da MS Machining
Moldagem por Injeção de Metal (MIM) é utilizada numa grande variedade de indústrias automotivas, médicas, eletrónicas, industriais e de consumo para produtos como peças automotivas, equipamentos aeroespaciais, telemóveis, instrumentos dentários, dissipadores de calor eletrónicos e embalagens de vedação, hardware de conectores eletrónicos, ferramentas industriais, conectores de fibra ótica, sistemas de pulverização, unidades de disco, dispositivos médicos, ferramentas elétricas manuais, instrumentos cirúrgicos e equipamentos desportivos.
Processo de Moldagem por Injeção de Metal
Os passos básicos do processo de moldagem por injeção de metal incluem, primeiramente, a seleção do pó de metal e do aglutinante para atender aos requisitos do MIM. O pó e o aglutinante são misturados numa alimentação homogénea a uma temperatura específica usando métodos apropriados; após a granulação na moldagem por injeção personalizada, o bloco de moldagem resultante é sinterizado e temperado após o tratamento de remoção de gordura para fabricar o produto final.
1: Tecnologia de fabricação de pó de MIM
Os requisitos de pó de matéria-prima para MIM são elevados, e a escolha do pó para facilitar a mistura, moldagem por injeção, desengorduramento e sinterização, muitas vezes é contraditória. O estudo do pó de matéria-prima para MIM inclui forma do pó, tamanho das partículas, composição do tamanho das partículas, superfície específica, etc.; a tabela 1 lista as propriedades mais adequadas para MIM com as características do pó de matéria-prima.
Como os requisitos do pó de matéria-prima para MIM são excecionais, os preços do pó de matéria-prima para MIM são geralmente mais elevados; alguns chegam a atingir 10 vezes o preço do pó tradicional de PM, o que é um fator crucial que limita a utilização generalizada da tecnologia MIM. Os métodos principais para fabricar o pó com matéria-prima são atomização por água sob pressão, atomização por gás de alta pressão e carbonilo.
2: Agulhante
A tecnologia de aglutinantes para MIM é usada para melhorar a fluidez, adequando-se à moldagem por injeção e mantendo a forma do bloco. As duas funções mais básicas; além disso, deve também ser fácil de remover, não poluente, não tóxico, de custo razoável e outras características. Por essa razão, vários aglutinantes nos últimos anos têm sido gradualmente selecionados apenas com base na experiência ou pelo método de desengorduramento, e os requisitos da função do aglutinante direcionaram o design do sistema de aglutinantes.
O aglutinante geralmente compreende componentes de baixo e alto peso molecular, além de alguns aditivos necessários. A viscosidade do componente de baixo peso molecular, boa fluidez, fácil de remover; a viscosidade do componente de alto peso molecular, alta resistência ajuda a manter a resistência do blank de conformação. A proporção adequada dos dois juntos para obter alta capacidade de carga de pó e, finalmente, alcançar alta precisão e alta uniformidade do produto.
3: Mistura
A mistura consiste em misturar pó metálico com um aglutinante para obter material de alimentação uniforme. Como a natureza do material de alimentação determina o desempenho das peças moldadas por injeção finais, a etapa do processo de mistura é muito importante. Envolve vários fatores, como a forma e a sequência de adição do aglutinante e do pó, temperatura de mistura e as características do dispositivo de mistura. Esta etapa do processo permaneceu baseada na experiência, e, em última análise, um indicador importante para avaliar o processo de mistura é a uniformidade e consistência do alimento resultante.
A mistura do alimento MIM é feita sob o efeito combinado de calor e cisalhamento. A temperatura de mistura não pode ser demasiado alta; caso contrário, o aglutinante pode decompor-se devido à viscosidade demasiado baixa e à separação das duas fases de pó e aglutinante, pois o tamanho da força de cisalhamento varia dependendo do método de mistura. Os dispositivos de mistura comumente utilizados no MIM são um extrusor de dupla rosca, misturador de impelidor em forma de Z, extrusor de rosca única, extrusor de êmbolo, misturador planetário duplo e misturador de cames duplos. Estes dispositivos de mistura são adequados para a preparação de viscosidade na faixa de 1-1000Pa-s.
O método de mistura geralmente consiste em adicionar componentes de ponto de fusão elevado para derreter primeiro, depois arrefecer, adicionar componentes de ponto de fusão baixo e, finalmente, adicionar o pó metálico em lotes. Pode evitar a vaporização ou decomposição do elemento do grupo de ponto de fusão baixo. A adição de pó metálico em lotes pode prevenir picos de torque causados pelo arrefecimento demasiado rápido e reduzir perdas de equipamento.
Para a forma de adicionar pó de diferentes tamanhos de partículas ao combinar, a patente japonesa introduz: o pó atomizado de água de 15-40um é adicionado ao aglutinante primeiro, depois o pó de 5-15um, e, por fim, o pó ≤5um, de modo que o produto final obtido tenha pouca variação na contração.
Para revestir uniformemente uma camada de aglutinante ao redor do pó, adicione o pó metálico diretamente ao componente de ponto de fusão elevado, depois ao componente de ponto de fusão baixo e, por fim, remova-o do ar. Como, por exemplo, suspensão de PMMA Anwar diretamente na mistura de pó de aço inoxidável, adicione a solução aquosa de PEG, seque e, em seguida, remova o ar enquanto mexe. O’Connor usa mistura com solvente. Primeiro, mistura de SA e pó seco, depois adiciona o solvente tetra-hidrofurano e, em seguida, adiciona o polímero, permitindo que o tetra-hidrofurano escape com o calor, e depois adiciona a mistura de pó, podendo obter uma alimentação uniforme.
4: Moldagem por injeção
O objetivo da moldagem por injeção é obter a forma desejada de uma peça livre de defeitos, com partículas uniformes, através dos blanks de conformação MIM. Primeiro, o alimento granular é aquecido a uma temperatura elevada para torná-lo fluido. Depois, é injetado na cavidade do molde e arrefecido para obter a forma desejada, com uma certa rigidez do blank, e então removido do molde para obter o blank de moldagem MIM. Este processo é semelhante ao processo tradicional de moldagem por injeção de plástico. Mas, devido ao alto conteúdo de pó do alimento MIM, a sua moldagem por injeção apresenta diferenças nos parâmetros do processo e em outros aspetos, sendo que um controlo inadequado pode levar a uma variedade de defeitos.
5: Desengorduramento
Desde o surgimento da tecnologia MIM, com os diferentes sistemas de aglutinantes, a formação de vários caminhos de processo MIM e métodos de desengorduramento também variaram. O tempo de desengorduramento foi reduzido de alguns dias no início para algumas horas. Todos os métodos de desengorduramento podem ser divididos aproximadamente em duas categorias em termos de etapas de desengorduramento: um é o método de desengorduramento em duas etapas.
O método de duas etapas inclui desengorduramento com solvente + desengorduramento térmico, desengorduramento por sifão – desengorduramento térmico, etc. O método de uma etapa é principalmente um método de desengorduramento térmico de uma etapa, sendo o mais avançado um molde de meta. A seguir, apresentam-se alguns métodos representativos de desengorduramento MIM, respetivamente.
6: Sintragem
A sintragem é a última etapa do processo MIM; a sintragem elimina a porosidade entre as partículas de pó. Os produtos MIM alcançam densidade total ou quase total. Devido à grande quantidade de aglutinante utilizada na tecnologia de moldagem por injeção de metais, a contração durante a sintragem é muito grande, e a contração linear geralmente atinge 13-25%, havendo um problema de controlo de deformação e precisão dimensional. Especialmente porque a maioria dos produtos MIM são peças de formas complexas, este problema torna-se cada vez mais evidente, sendo o alimentação uniforme um fator-chave para a precisão dimensional e controlo de deformações dos produtos sinterizados finais.
Alta densidade de agitação do pó pode reduzir a contração na sintragem e facilitar o processo de sintragem e o controlo da precisão dimensional. Para produtos de ferro e aço inoxidável, há também um problema de controlo potencial de carbono na sintragem. Devido ao alto preço de um pó fino, estudar tecnologias de sintragem aprimoradas para blanks de pó grosso é uma forma importante de reduzir o custo de produção de moldagem por injeção de pó. Esta tecnologia é um aspeto importante de investigação na moldagem por injeção de pó metálico.
Devido à forma complexa dos produtos MIM e à grande contração na sintragem, a maioria dos produtos ainda necessita de tratamento pós-sinterização após a sintragem, incluindo conformação, tratamento térmico (carburização, nitruração, carbonitruração, etc.), tratamento de superfície (moagem fina, nitruração por íons, eletrodeposição, endurecimento por jato, etc.), etc.
Precisão
A referência de design da precisão de moldagem de rede MIM é geralmente ± 0,5% do tamanho. Algumas características da moldagem de rede podem atingir ± 0,3%. Como em outras tecnologias, quanto maior a exigência de precisão, maior o custo, portanto, é encorajada uma relaxação moderada dos requisitos de tolerância quando a qualidade permitir. Tolerâncias que não podem ser alcançadas com a moldagem primária MIM podem ser obtidas com preparação de superfície.
Afinamento
Espessuras de parede inferiores a 6 mm são ideais para MIM. Paredes externas mais espessas também são possíveis, mas os custos aumentarão devido a tempos de processamento mais longos e à adição de material adicional. Além disso, paredes muito finas abaixo de 0,5 mm são alcançáveis para MIM, mas apresentam requisitos de design elevados.
Capacidade
MIM é um processo altamente flexível e pode ser realizado de forma muito económica com uma procura anual de várias milhares a vários milhões. Assim como peças fundidas e moldadas por injeção, o MIM requer investimento do cliente em ferramentas e custos de ferramentaria, portanto, para pequenas quantidades, isso geralmente afeta as estimativas de custo.
