Introdução à Moldagem por Injeção de Metal
Moldagem por Injeção de Metal (MIM) é uma tecnologia de conformação próxima ao estado sólido da metalurgia do pó 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 produtos de moldagem plástica não possuem alta resistência. Podemos melhorar 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
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 comparamos com fundição por investimento.
- Fabricação de forma próxima à neta com desperdício mínimo de material.
- Fundições para Excelentes propriedades mecânicas e Partes refletiram o tamanho das partículas e aumentaram a densidade sinterizada.
- Propriedades iguais às ligas trabalhadas a frio
- Vários pré-ligas e ligas mestres estão disponíveis.
- Leva menos tempo em operações de acabamento
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Moldagem por Injeção de Metal (MIM) é um processo de moldagem de metal que molda o metal em forma de pó e o metal finamente moído é integrado com material aglutinante para fazer 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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Setor de Negócios Atendido pela MS Machining
Moldagem por Injeção de Metal (MIM) é usada em uma ampla variedade de indústrias automotivas, médicas, eletrônicas, industriais e de consumo para produtos como peças automotivas, equipamentos aeroespaciais, celulares, instrumentos dentais, dissipadores de calor eletrônicos e embalagens de vedação, hardware de conectores eletrônicos, ferramentas industriais, conectores de fibra óptica, sistemas de pulverização, unidades de disco, dispositivos médicos, ferramentas elétricas portáteis, instrumentos cirúrgicos e equipamentos esportivos.
Processo de Moldagem por Injeção de Metal
As etapas básicas 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 em uma alimentação homogênea a uma temperatura específica usando métodos apropriados; após a granulação na moldagem por injeção personalizada, o molde resultante é sinterizado e temperado após o tratamento de remoção de graxa para fazer o produto final.
1: Tecnologia de pó MIM e fabricação de pó
Os requisitos de pó de matéria-prima MIM são elevados, e a escolha do pó para facilitar a mistura, moldagem por injeção, desengraxe e sinterização, muitas vezes é contraditória. O estudo do pó de matéria-prima MIM inclui forma do pó, tamanho das partículas, composição do tamanho das partículas, superfície específica, etc.; a tabela 1 lista os mais adequados para MIM com as propriedades do pó de matéria-prima.
Como os requisitos de pó de matéria-prima MIM são excepcionais, os preços do pó de matéria-prima MIM geralmente são mais altos; alguns chegam a atingir 10 vezes o preço do pó de PM tradicional, o que é um fator crucial que limita o uso generalizado 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: Agente de ligação
A tecnologia de aglutinantes MIM é usada para melhorar a fluidez para se adequar à moldagem por injeção e manter a forma da peça. 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 são gradualmente selecionados apenas pela experiência até o método de desengraxe, e os requisitos da função do aglutinante direcionaram o design do sistema de aglutinantes.
O aglutinante geralmente é composto por componentes de baixo e alto peso molecular, além de alguns aditivos necessários. O componente de baixo peso molecular tem viscosidade, boa fluidez, fácil de remover; o componente de alto peso molecular tem viscosidade, alta resistência, ajudando a manter a resistência da peça formada. A proporção adequada dos dois juntos para obter alta capacidade de carregamento de pó e, finalmente, obter alta precisão e alta uniformidade do produto.
3: Mistura
A mistura consiste em misturar pó de metal com um aglutinante para obter material de alimentação uniforme. Como a natureza do material de alimentação determina o desempenho das peças finais moldadas por injeção, 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. Essa etapa do processo permaneceu no nível de experiência, e, em última análise, um indicador importante para avaliar o processo de mistura é a uniformidade e consistência do material de alimentação resultante.
A mistura do alimentador MIM é feita sob o efeito combinado de calor e cisalhamento. A temperatura de mistura não pode ser muito alta; caso contrário, o aglutinante pode se decompor devido à viscosidade ser muito 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 usados no MIM são um extrusor de parafuso duplo, misturador de impulsor em forma de Z, extrusor de parafuso único, extrusor de êmbolo, misturador planetário duplo e misturador de cames duplo. Esses 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 alto para derreter primeiro, depois resfriar, adicionar componentes de ponto de fusão baixo e, por fim, adicionar o pó metálico em lotes. Isso pode evitar a vaporização ou decomposição do elemento do grupo de ponto de fusão baixo. Adicionar pó metálico em lotes pode evitar picos de torque causados pelo resfriamento rápido demais e reduzir perdas no equipamento.
Para a forma de adicionar pó de diferentes tamanhos de partículas ao combinar, a patente japonesa introduz: o pó atomizado em água de 15-40um é adicionado primeiro ao aglutinante, 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 cobrir uniformemente uma camada de aglutinante ao redor do pó, adicione o metal em pó diretamente ao componente de ponto de fusão alto, depois ao componente de ponto de fusão baixo e, por fim, remova-o do ar. Como a suspensão de PMMA de Anwar, que é adicionada diretamente à mistura de pó de aço inoxidável, adiciona a solução aquosa de PEG, seca e, em seguida, remove o ar enquanto agita. O’Connor usa mistura de 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, obtendo 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, por meio de blocos de formação MIM. Primeiro, a alimentação granular é aquecida a uma temperatura elevada para torná-la fluida. Depois, ela é injetada na cavidade do molde e resfriada para obter a forma desejada com certa rigidez do bloco, e então é removida do molde para obter o bloco de moldagem MIM. Esse processo é o mesmo que o processo tradicional de moldagem por injeção de plástico. Mas, devido ao alto teor de pó na alimentação MIM, o processo de injeção e alguns outros aspectos são muito diferentes, e o controle inadequado pode levar a vários defeitos.
5: Desengorduramento
Desde o surgimento da tecnologia MIM, com 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 aproximadamente divididos 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, e o mais avançado é um molde meta. A seguir, alguns métodos representativos de desengorduramento MIM, respectivamente.
6: Sinterização
A sinterização é a última etapa no processo MIM; a sinterização elimina a porosidade entre as partículas de pó. Produtos MIM para alcançar densidade total ou quase total. Devido à grande quantidade de aglutinante usado na tecnologia de moldagem por injeção de metal, a contração durante a sinterização é muito grande, e a contração linear geralmente atinge 13%-25%, portanto há um problema de controle de deformação e precisão dimensional. Especialmente porque a maioria dos produtos MIM são peças de forma complexa, esse problema torna-se cada vez mais evidente, e a alimentação uniforme é um fator-chave para a precisão dimensional e controle de deformação dos produtos sinterizados finais.
Alta densidade de agitação do pó pode reduzir a contração na sinterização e facilitar o processo de sinterização e o controle da precisão dimensional. Para produtos de ferro e aço inoxidável, também há um problema de controle potencial de carbono na sinterização. Devido ao alto custo de um pó fino, estudar tecnologia de sinterização aprimorada para blocos de pó grosso é uma forma importante de reduzir o custo de produção de moldagem por injeção de pó. Essa tecnologia é um aspecto importante de pesquisa na moldagem por injeção de pó metálico.
Devido à forma complexa dos produtos MIM e à grande contração na sinterização, a maioria dos produtos ainda necessita de tratamento pós-sinterização após a sinterização, incluindo conformação, tratamento térmico (carburização, nitruração, carbonitruração, etc.), tratamento de superfície (moagem fina, nitruração por íons, eletrodeposição, endurecimento por jato, etc.).
Precisão
O projeto de referência para precisão de moldagem líquida MIM geralmente é de ± 0,5% do tamanho. Algumas características de moldagem líquida podem atingir ± 0,3%. Como em outras tecnologias, quanto maior a exigência de precisão, maior o custo, portanto, é incentivado um relaxamento moderado dos requisitos de tolerância onde a qualidade permitir. Tolerâncias que não podem ser alcançadas com a moldagem primária MIM podem ser atingidas 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 possuem requisitos de projeto elevados.
Capacidade
MIM é um processo altamente flexível e pode ser realizado de forma muito econômica com uma demanda anual de vários 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.
