El moldeo por inyección de metal (MIM) es una nueva tecnología de pulvimetalurgia cercana a la formación de redes que ha surgido de la moldeo por inyección de plástico industria. Es bien sabido que la tecnología de moldeo por inyección de plástico produce diversos productos de formas complejas a bajo precio, pero los productos de plástico tienen poca resistencia. Para mejorar su rendimiento, se puede añadir polvo metálico o cerámico a los plásticos para obtener productos con alta resistencia y buena resistencia al desgaste.
En los últimos años, esta idea ha evolucionado para maximizar el contenido de partículas sólidas y eliminar completamente el aglutinante y densificar la palanquilla formada durante los procesos de sinterización posteriores. Este nuevo método de conformado por pulvimetalurgia se denomina moldeo por inyección de metal.
¿Qué es el moldeo por inyección de metal?
Metal moldeo por inyección, también conocida como tecnología de formación de compuestos, es una técnica de procesamiento que implica inyectar materiales metálicos en moldes específicos bajo presión de líquido o gas. El proceso incluye una serie de pasos como calentamiento, enfriamiento y conformado, para finalmente producir varias piezas y componentes especializados de acuerdo con los dibujos de diseño de los moldes.
Además, el moldeo por inyección de metal también puede referirse a la mezcla de polvo metálico fino con un material aglutinante para crear una "materia prima", que luego se solidifica mediante moldeo por inyección. Este proceso de moldeo puede crear piezas complejas de gran volumen. Después del moldeo, los componentes se someten a ajustes para eliminar el aglutinante y densificar el polvo. Las piezas pequeñas terminadas se pueden aplicar en diversas industrias.
Propósito
El moldeo por inyección de metal (MIM) tiene como objetivo producir componentes metálicos pequeños e intrincados en grandes cantidades. Esta técnica se ve favorecida porque elimina la necesidad de mecanizado, lo que la hace más rentable que los métodos tradicionales como la forja, la fundición o el mecanizado, especialmente para piezas pequeñas y complejas producidas en grandes volúmenes.
¿Por qué utilizar el moldeo por inyección de metal?
El moldeo por inyección de metal (MIM), un proceso de fabricación de metal de vanguardia, ha experimentado un aumento significativo en popularidad a lo largo de los años. Desde sus humildes comienzos en 1986 hasta el tamaño actual del mercado de aproximadamente 380 millones de dólares, MIM se ha establecido como la opción preferida de muchos fabricantes. Las razones detrás de este aumento de popularidad son numerosas, pero destacan dos: su eficiencia y rentabilidad incomparables.
La eficiencia de MIM radica en su capacidad de producir numerosas piezas pequeñas simultáneamente. A diferencia de los procesos tradicionales de trabajo de metales, MIM permite a los fabricantes moldear sólo cantidades de 100 gramos o menos por “disparo” en múltiples cavidades del molde. Esto significa que un solo ciclo de moldeo puede producir múltiples productos, lo que reduce significativamente el tiempo total de producción y el costo por artículo.
Además, el proceso permite una mayor flexibilidad y personalización. La materia prima utilizada en MIM puede consistir en varios metales, siendo el más común el acero inoxidable. Esta versatilidad permite a los fabricantes crear productos con propiedades y características específicas, adaptados a sus requisitos específicos.
Una vez moldeados los productos, sigue un proceso de refinamiento. El material aglutinante utilizado para unir las partículas de metal se retira con cuidado y las partículas de metal se someten a un proceso de sinterización para fusionarlas. Este paso de sinterización no sólo mejora la resistencia y durabilidad del material sino que también reduce el tamaño del artículo en aproximadamente un 15%. Esta contracción es un proceso controlado, asegurando que el producto final cumpla con las especificaciones deseadas.
La rentabilidad de MIM es otro factor importante que contribuye a su popularidad. Al producir múltiples piezas pequeñas simultáneamente, los fabricantes pueden lograr economías de escala, reduciendo el costo total de producción por artículo. Además, el proceso de refinamiento elimina la necesidad de pasos de posprocesamiento como mecanizado, esmerilado o pulido, lo que reduce aún más el costo general.
Proceso de moldeo por inyección de metales.
El proceso de fabricación MIM generalmente incluye: mezcla, granulación, moldeo por inyección, desengrasado, sinterización y tratamiento secundario. El equipo involucrado incluye una máquina integrada de mezcla y granulación, una máquina de moldeo por inyección especializada MIM, un horno de desengrase, un horno de sinterización y varios equipos de detección y procesamiento secundario.
1.Preparación de polvo metálico.
El moldeo por inyección de polvo metálico tiene altos requisitos para la materia prima en polvo, incluida la morfología del polvo, el tamaño de las partículas, la composición del tamaño de las partículas, el área de superficie específica, la densidad suelta, etc.
Hay dos métodos principales para la materia prima en polvo utilizada en el moldeo por inyección de polvo metálico: el método de hidroxilo y el método de atomización. El moldeo por inyección de polvo metálico requiere un polvo de materia prima muy fino, por lo que los requisitos para el moldeo por inyección de polvo metálico son muy altos.
2.Aglutinante
Los adhesivos son el núcleo de la tecnología de moldeo por inyección de metales (MIM). En MIM, los adhesivos tienen dos funciones básicas: mejorar la fluidez para adaptarse al moldeo por inyección y mantener la forma del tocho. Además, también deben tener características tales como fácil eliminación, ausencia de contaminación, no toxicidad y costo razonable. Como resultado, han surgido varios tipos de adhesivos y, en los últimos años, están pasando gradualmente de una selección basada únicamente en la experiencia a cumplir con los requisitos de los métodos de desengrasado y las funciones aglutinantes. La dirección de desarrollo del diseño de sistemas adhesivos con enfoques específicos.
Los requisitos para el aglutinante en el moldeo por inyección de polvo metálico incluyen: ángulo de contacto pequeño con el polvo y fuerte adhesión; No se produce ninguna separación de dos fases con el polvo; Después de enfriar, debe tener cierta fuerza; Al desengrasar, no causará graves defectos de moldeo por inyección tales como agrietamiento y burbujeo del cuerpo verde; La viscosidad del aglutinante puro a la temperatura de inyección debe ser inferior a 0.1 Pa · s.
3.Mezcla
El mezclado es el proceso de mezclar polvo metálico con un aglutinante para obtener una alimentación uniforme. El proceso de mezclar y agitar eficazmente la materia prima en polvo y el aglutinante para homogeneizar y cumplir con los requisitos de inyección. La naturaleza del alimento determina el desempeño del producto final. Este paso del proceso se ha mantenido actualmente en el nivel de exploración de la experiencia, y un indicador importante para evaluar la calidad del proceso de mezcla es la uniformidad y consistencia del alimento obtenido.
Entonces, el proceso de mezclado se ha vuelto muy importante, el cual involucrará varios factores como la forma y secuencia de agregar aglutinantes y polvos, la temperatura de mezclado, las características del dispositivo de mezclado, etc. En definitiva, un indicador importante para evaluar la calidad de El proceso de mezcla es la uniformidad y consistencia del alimento obtenido.
Los dispositivos de mezcla comúnmente utilizados para el moldeo por inyección de metal (MIM) incluyen extrusoras de doble tornillo, mezcladores de impulsor en forma de Z, extrusoras de un solo tornillo, extrusoras de émbolo, mezcladores planetarios dobles, mezcladores de doble leva, etc. Todos estos dispositivos de mezcla son adecuados para preparar mezclas con viscosidad dentro del rango de 1-1000Pa · s.
4. Moldeo por inyección
En el proceso de moldeo por inyección de polvo, el moldeo por inyección es un proceso importante que determina la producción de palanquillas verdes calificadas. La mezcla se calienta mediante agitación de tornillo en la máquina de moldeo por inyección, y la mezcla plastificada se inyecta en la cavidad del molde a través del sistema de alimentación de la máquina de moldeo por inyección y se mantiene bajo presión para compensar la contracción por enfriamiento.
Después de enfriar y solidificar, cuando la pieza tenga suficiente resistencia, abra el molde y use un pasador eyector para empujar la pieza hacia afuera y obtener un cuerpo verde.
5.Desgrasado
El cuerpo verde se coloca manual y regularmente sobre la placa cerámica y luego se espera para ingresar al horno de desengrase para desengrasar.
A partir de los pasos de desengrasado, todos los métodos de desengrasado se pueden dividir aproximadamente en dos categorías: una es el método de desengrasado de dos pasos. El método de desengrase de dos pasos incluye desengrase con solvente + desengrase térmico, desengrase con sifón - desengrase térmico, etc. El método de desengrase de un paso es principalmente el método de desengrase térmico de un solo paso, y actualmente el más avanzado es el método amaetamold.
6. Sinterización
La sinterización es un proceso importante en la pulvimetalurgia y también el paso final en el proceso de moldeo por inyección de polvo metálico.
Mediante la sinterización, los productos moldeados por inyección de polvo metálico pueden alcanzar una densidad total o casi una densificación total. En la etapa de sinterización, es necesario controlar el cambio en la temperatura de sinterización para obtener piezas metálicas de alta densidad, evitar grietas en la superficie y mantener la forma original de las piezas con la misma tasa de contracción dimensional.
7.Tratamiento secundario
Después de la sinterización, las piezas sinterizadas suelen tener ciertas rebabas. La parte principal de las rebabas se puede eliminar primero con láser y luego la parte restante se puede eliminar mediante chorro de arena, etc.
El pulido con chorro de arena es una técnica que utiliza el impacto del flujo de arena a alta velocidad para limpiar rebabas y hacer rugosas las superficies. El chorro de arena generalmente incluye mineral de cobre, arena de cuarzo, arena de diamante, arena de hierro, arena de Hainan, etc. El chorro de arena no solo puede lograr un efecto mate en la superficie del producto, sino también desbarbado.
Duración del proceso de moldeo por inyección de metal
Todo el proceso de moldeo por inyección de metal (MIM), desde el polvo metálico hasta las piezas terminadas, suele durar entre 24 y 36 horas. La mayor parte de esta duración se dedica a la desaglutinación térmica, un paso que por sí solo puede tardar hasta 24 horas. En comparación con la sinterización directa de metales por láser, que puede tardar hasta siete días en producir una sola pieza, la MIM es significativamente más rápida. Esta ventaja de velocidad hace que MIM sea ideal para producción de gran volumen.
Materiales populares de moldeo por inyección de metal.
El moldeo por inyección de metal (MIM) es un proceso muy versátil que puede utilizar una amplia gama de materiales para crear piezas metálicas complejas. Estos son algunos de los materiales más populares utilizados en MIM:
- Acero Inoxidable: El acero inoxidable es una opción común para MIM debido a su resistencia a la corrosión, solidez y durabilidad. Se usa ampliamente en dispositivos médicos, componentes automotrices y otras aplicaciones donde se requieren piezas metálicas precisas.
- Aceros de baja aleación: Estos materiales ofrecen buenas relaciones resistencia-peso y se utilizan a menudo en aplicaciones donde la reducción de peso es fundamental, como los componentes aeroespaciales.
- Aleaciones a base de níquel: Las aleaciones de níquel son conocidas por su resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, lo que las hace adecuadas para aplicaciones en entornos hostiles como la exploración de petróleo y gas.
- Titanium: El titanio es un material liviano pero resistente que se usa a menudo en aplicaciones médicas y aeroespaciales. También es biocompatible, lo que lo convierte en una opción popular para dispositivos médicos implantables.
- Aceros para herramientas: Los aceros para herramientas están diseñados para conservar su dureza y resistencia al desgaste a altas temperaturas, lo que los hace adecuados para herramientas de corte y otras aplicaciones donde la durabilidad es esencial.
- Aleaciones a base de cobre: Las aleaciones de cobre son excelentes conductores de calor y electricidad, lo que las hace adecuadas para componentes eléctricos e intercambiadores de calor.
- Carburo de tungsteno: El carburo de tungsteno es un material duro y resistente al desgaste que se utiliza a menudo en herramientas de corte y piezas de desgaste.
La elección del material para MIM depende de los requisitos de la aplicación específica, como resistencia, resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste o conductividad eléctrica. Los fabricantes suelen seleccionar el material más adecuado en función de estos requisitos y de la compatibilidad del material con el proceso MIM.
Máquinas de moldeo por inyección de metales comunes
- Máquina de moldeo por inyección – Se utiliza para inyectar la mezcla de polvo metálico y aglutinante en el molde.
- Horno de desaglomeración – Se utiliza para retirar el aglutinante de la pieza moldeada.
- Horno de sinterización – Empleado para calentar la parte liberada, haciendo que las partículas de metal se fusionen.
- Equipo de mezcla – Se utiliza para mezclar los polvos metálicos con el material aglutinante.
- Unidad de sujeción de moldes – Garantiza que el molde se sujete firmemente durante el proceso de inyección.
- Unidades de control de temperatura – Mantiene un control preciso de la temperatura durante todo el proceso.
- Sistemas transportadores – Facilita el traslado de piezas entre las diferentes etapas del proceso.
- Sistemas de refrigeración – Se utiliza para enfriar las piezas después de los procesos de inyección y sinterización.
- Máquinas de inspección de calidad – Equipos como máquinas de medición por coordenadas (CMM) y sistemas de inspección por rayos X para garantizar la precisión e integridad de las piezas.
Estas máquinas trabajan juntas en el proceso de moldeo por inyección de metal para producir piezas metálicas de alta precisión.
Costo del moldeo por inyección de metal
El moldeo por inyección de metal (MIM) implica varios factores de costos que pueden variar según los requisitos específicos del proyecto. La materia prima, que consiste en polvo de metal mezclado con un aglutinante, es notablemente más cara en MIM, costando alrededor de 24 dólares por kilogramo. Esto contrasta con otros métodos de pulvimetalurgia, donde la materia prima cuesta entre 2 y 4 dólares por kilogramo.
Invertir en maquinaria MIM representa un gasto importante. El costo de las máquinas de moldeo por inyección de metal oscila entre 50,000 y 200,000 dólares, dependiendo de las capacidades y especificaciones de la máquina. Además, los costos de herramientas son otro factor considerable, que generalmente oscila entre $ 30,000 70,000 y $ XNUMX XNUMX.
Varios otros factores influyen en el costo total de una pieza MIM, incluido el tamaño, el material y la complejidad del producto. Dadas estas variables, el precio por unidad puede variar ampliamente, pero a menudo oscila entre 1 y 5 dólares. Los requisitos específicos del proyecto, como el volumen de piezas necesarias y la complejidad de sus diseños, desempeñan un papel crucial a la hora de determinar el coste final.
Por lo tanto, si bien MIM ofrece ventajas de costos para producir piezas pequeñas y complejas en grandes volúmenes, se debe considerar cuidadosamente la inversión inicial en materia prima, maquinaria y herramientas.
¿Cuáles son las ventajas del moldeo por inyección?
El Moldeo por Inyección de Metal (MIM) tiene múltiples ventajas, y los siguientes son algunos de los principales beneficios:
1.Complejidad
El moldeo por inyección de metal (MIM) casi no tiene limitaciones en el diseño de formas, lo que lo convierte en una opción ideal para combinar varias piezas independientes en productos altamente complejos y multifuncionales. Las reglas de diseño son similares a las del moldeo por inyección, lo que significa que casi todos los tipos de productos pueden beneficiarse de este proceso avanzado.
2.precisión
El moldeo por inyección de metal puede lograr una alta precisión. La variación de tamaño suele estar dentro del rango de ± 0.1, y algunas características pueden llegar incluso a ± 0.005. Este alto nivel de precisión hace que el moldeo por inyección de metal sea el proceso preferido para buscar componentes de precisión y alta calidad.
3.Peso y dimensiones
El moldeo por inyección de metal funciona particularmente bien en el manejo de componentes pequeños, especialmente para componentes que pesan menos de 80 gramos, siendo el rango más bajo inferior a 40 gramos. El moldeo por inyección de metales reduce el peso de los componentes mediante la adopción de nuevas tecnologías, minimizando así al máximo los costes de materia prima.
4.adelgazamiento
Para componentes con un espesor de pared inferior a 5 milímetros, el moldeo por inyección de metal es la opción más adecuada. Por supuesto, también se pueden tratar paredes exteriores más gruesas, aunque esto puede conllevar un mayor tiempo de procesamiento y costes adicionales de material.
5. capacidad de producción
El moldeo por inyección de metal es adecuado para productos con una demanda anual que oscila entre miles y millones, logrando una producción económica y eficiente. Sin embargo, para productos de lotes pequeños, es posible que los clientes deban invertir en moldes y herramientas, lo que puede tener un cierto impacto en los costos.
6.Selección de materiales múltiples
El moldeo por inyección de metales, como proceso multifuncional, puede manejar diversos materiales metálicos, incluidas ferroaleaciones, superaleaciones, aleaciones de titanio, aleaciones de cobre, etc. Aunque las aleaciones no ferrosas como el aluminio y el cobre también son técnicamente factibles, otros métodos de procesamiento más económicos como morir fundición or Mecanizado CNC suelen ser elegidos.
¿Cuáles son las desventajas del moldeo por inyección?
Las desventajas del moldeo por inyección de metal incluyen principalmente los siguientes puntos:
- 1.Alto coste: El metal costo de moldeo por inyección es alto porque requiere mayores costos de equipos y moldes, así como mayores costos de materias primas, lo que resulta en costos de producción relativamente altos.
- 2. Alta dificultad del proceso: el moldeo por inyección de metal requiere un control preciso de los parámetros del proceso, como la temperatura, la presión y el tiempo; de lo contrario, es propenso a problemas como llenado insuficiente, desbordamiento y deformación, lo que requiere altos requisitos de proceso.
- 3. Ámbito de aplicación limitado: el moldeo por inyección de metal es adecuado para la producción de piezas metálicas de formas pequeñas y complejas. Para piezas metálicas grandes o simples, los métodos tradicionales de procesamiento de metales pueden ser más adecuados.
Aplicación del moldeo por inyección de metal.
El moldeo por inyección de metal es adecuado para aplicaciones que requieren alta precisión, forma y propiedades del material, como:
- Industria de fabricación de automóviles: El moldeo por inyección de metal se puede utilizar para producir piezas de motores de automóviles, piezas de transmisión, colectores de admisión, etc. Estas piezas deben tener alta precisión, alta resistencia y resistencia a altas temperaturas.
- Industria de dispositivos médicos: El moldeo por inyección de metal se puede utilizar para producir piezas de precisión en dispositivos médicos, como implantes dentales, instrumentos quirúrgicos, etc. Estas piezas deben tener características de alta precisión, no tóxicas y estériles.
- Campo aeroespacial: El moldeo por inyección de metal se puede utilizar para producir componentes de aviones, piezas de motores de cohetes, etc. Estas piezas deben tener características de alta resistencia, alta precisión y ligereza.
- Industria de productos electrónicos: El moldeo por inyección de metal se puede utilizar para producir piezas de precisión en productos electrónicos como teléfonos móviles, tabletas, etc., como soportes de cámaras, antenas, etc. Estas piezas deben tener características de alta precisión y ligereza.
¿Cuál es la diferencia entre el moldeo por inyección de metal y el moldeo por inyección de plástico?
El moldeo por inyección de metal y el moldeo por inyección de plástico son dos procesos diferentes y la principal diferencia entre ellos radica en los materiales y el proceso utilizados.
- Selección del material: El moldeo por inyección de metal utiliza principalmente polvo metálico o aleaciones metálicas, como aleación de aluminio, aleación de magnesio, aleación de zinc, aleación de cobre, etc., y se procesa mediante moldeo por inyección a alta temperatura y alta presión. El moldeo por inyección de plástico utiliza principalmente diversos materiales plásticos, como ABS, PC, POM, PVC, etc.
- Proceso de moldeo por inyección: El moldeo por inyección de metal suele utilizar tecnología de fundición a presión, que requiere una mayor presión de inyección y un tiempo de inyección más prolongado. El moldeo por inyección de plástico, por otro lado, adopta un proceso de moldeo por compresión, que requiere un tiempo de proceso más corto y una presión de proceso más baja.
- Aplicación del producto: Las piezas fabricadas mediante el proceso de moldeo por inyección de metal tienen las características de alta densidad, alta precisión y alta resistencia, que son adecuadas para producir piezas con formas complejas, especialmente algunas piezas que son difíciles de procesar mediante procesamiento mecánico y otros métodos de proceso. El moldeo por inyección de plástico tiene una gama más amplia de aplicaciones y puede utilizarse para producir piezas de diversas formas y tamaños.
¿El moldeo por inyección de metal es adecuado para la creación de prototipos?
El moldeo por inyección de metal (MIM) generalmente no es adecuado para la creación de prototipos debido a los altos costos de herramientas que implica, lo que lo hace económicamente poco práctico. Para la creación de prototipos, son más apropiados métodos como la inyección de aglutinante metálico o la sinterización directa por láser de metales (DMLS). Estas técnicas son ideales para crear prototipos porque utilizan materiales de calidad de producción, lo que garantiza que el prototipo imite fielmente las propiedades y el rendimiento del producto final.
Precisión del moldeo por inyección de metal.
El moldeo por inyección de metal (MIM) es conocido por su alta precisión, logrando tolerancias dimensionales entre +/- 0.3% y 0.5%, o 0.01-0.001 mm. Este nivel de precisión supera a otros métodos de fabricación como la fundición a presión, que a menudo requiere un mecanizado posterior al proceso para cumplir con los requisitos dimensionales y de acabado superficial. Sin embargo, la precisión de MIM puede verse influenciada por el tamaño de las piezas y el polvo metálico utilizado. Las piezas más grandes tienden a encogerse más durante la sinterización, lo que genera una mayor variabilidad. Además, las partículas de metal más grandes pueden provocar una mayor contracción, lo que afecta la precisión general del producto final.
Diferencia entre moldeo por inyección de metal y fundición a presión
| Elemento | Moldeo por inyección de metal (MIM) | Die Casting |
|---|---|---|
| Material | Polvos metálicos mezclados con aglutinante. | Metal fundido |
| Proceso | Moldeo por inyección, desaglomerado, sinterización. | Inyección a alta presión en moldes. |
| Exactitud | +/- 0.3–0.5 % (0.01–0.001 mm) | Requiere mecanizado posterior al proceso para mayor precisión. |
| Costo de herramienta | Alto | Moderado a alto |
| Volumen de producción | Adecuado para grandes volúmenes | Adecuado para volúmenes medios a altos |
| Complejidad de la Pieza: | Excelente para geometrías complejas | Bueno, pero con limitaciones. |
| Limitaciones de tamaño | Lo mejor para piezas pequeñas y medianas | Puede manejar piezas más grandes |
| Acabado de la superficie | Generalmente liso, requiere poco acabado. | Varía, a menudo necesita acabado adicional. |
| Gama de materiales | Amplia gama de aleaciones metálicas. | Comúnmente metales no ferrosos como aluminio, zinc. |
| Velocidad de producción | Moderado | Alto |
| Idoneidad del prototipo | No es rentable para la creación de prototipos. | Más factible para la creación de prototipos |
| Contracción: | Importante, gestionado durante la sinterización. | Mínimo, gestionado durante el enfriamiento. |
| Aplicaciones | Automoción, aeroespacial, médica, electrónica. | Automoción, bienes de consumo, electrónica. |
Conclusión
En general, la tecnología de moldeo por inyección de metal se ha convertido en una de las tecnologías de fabricación avanzadas más favorecidas en la industria manufacturera actual debido a su flexibilidad, alta precisión, economía e idoneidad para diversos materiales metálicos. Al utilizar plenamente este proceso, los fabricantes pueden lograr una producción de componentes metálicos más compleja, precisa y económica, impulsando la innovación y el desarrollo continuos en el diseño y la fabricación de productos.
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Preguntas Frecuentes
Generalmente, las máquinas de moldeo por inyección de metal son una inversión importante y los precios pueden oscilar entre cientos de miles y millones de dólares. El costo también puede verse influenciado por factores adicionales como la complejidad del diseño de la máquina, las características de automatización y el nivel de precisión y control que ofrece.
Este artículo fue escrito por ingenieros del equipo de BOYI TECHNOLOGY. Fuquan Chen es ingeniero y técnico con 20 años de experiencia en prototipado rápido y fabricación de piezas metálicas y plásticas.
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