Proceso MIM
El proceso MIM es un proceso de fabricación de piezas metálicas para estructuras complejas de alta precisión. Este proceso de moldeo combina tecnologías de polvo metálico, moldeo por inyección y sinterización para garantizar que las piezas MIM sean complejas, con tolerancias ajustadas y superficies excelentes. Además, la selección de polvo metálico de diversos tamaños y formas, junto con aditivos complementarios, creará diferentes propiedades químicas y físicas en las piezas MIM. El componente aglutinante de cada partícula de polvo determinará la rigidez final de la forma.
Nuestro paso principal del proceso MIM incluye: mezcla y granulación de materia prima, moldeo por inyección, desligado y sinterización.
Mezcla y granulación de materias primas
La producción de materia prima es el primer paso del proceso de fabricación de MIM. El polvo metálico extrafino (generalmente inferior a 15 micras) se mezcla con un aglutinante, compuesto por parafina primaria, polímero termoplástico secundario y otros materiales de uso. En este paso, todos los polvos metálicos elementales o prealeados muy finos se caracterizan exhaustivamente mediante un recubrimiento uniforme con aglutinante, para lograr la fluidez requerida en el siguiente proceso de moldeo por inyección.
A diferencia de la pulvimetalurgia estándar, que solo alcanza una densidad teórica de 80-901 TP³T, la MIM produce una densidad de 95-1001 TP³T. Esto significa que podemos lograr tolerancias estrechas y reducir costos al producir piezas pequeñas y complejas en grandes series de producción.
Moldeo por inyección
Este paso es el moldeo de piezas MIM en una máquina de moldeo convencional.
- Los pellets de alimentación se introducen en el barril de la máquina de moldeo a través de una tolva por gravedad.
- Luego, el aglutinante en la materia prima se calentará mediante calentadores en el barril, esto hará que la materia prima se derrita hasta alcanzar la consistencia de la pasta de dientes.
- El tornillo alternativo forzará el material fundido hacia un molde de dos partes a través de compuertas abiertas.
- Las piezas en bruto con geometría completamente formada se expulsarán del molde una vez enfriadas.
Normalmente, la pieza cruda se denomina pieza verde, ya que aún está compuesta por la misma proporción de polvo metálico y aglutinante como materia prima. Sin embargo, debido a la expansión del aglutinante, su dimensión será 20% (dependiendo del volumen del aglutinante) mayor que la de la pieza MIM terminada.
También podemos agregar fácilmente características de diseño especiales como socavados o agujeros cruzados durante este paso, lo que no es factible en el proceso de moldeo, pero es conveniente mediante mecanizado u operación secundaria.
Desvinculación
El desaglomerante o la eliminación del aglutinante es un proceso controlado que elimina la mayor parte del aglutinante y deja suficiente para la estructura principal, lo que mantendrá el tamaño y la geometría de las piezas completamente intactos. Este proceso se realiza químicamente (desaglomerante catalítico) o térmicamente; en algunos casos, el disolvente o el baño de agua serán el paso inicial. El método de desaglomerante depende del tipo de material procesado, las propiedades físicas y metalúrgicas, y la composición química. Las piezas después del desaglomerante se denominan piezas marrones.
Sinterización
La sinterización se realiza comúnmente ligeramente por debajo de la temperatura de líquido/sólido, también denominada sinterización en estado sólido. A esta temperatura, el polvo metálico actúa como un agente atómico para la unión de las partículas metálicas, formando así piezas con una densidad natural final. Como sabemos, la temperatura de sinterización del metal o aleación es inferior a la temperatura de fusión. En el proceso de sinterización, partes marrones Se colocan en hornos de cerámica y luego en baños o hornos continuos con atmósfera protectora o de vacío. Se controla y monitorea un perfil preciso de temperatura para aumentar gradualmente hasta una temperatura específica.
Operación secundaria
La operación secundaria se utiliza para mejorar las propiedades del material de las piezas finales, lograr tolerancias ajustadas, mejorar la estética de la superficie o ensamblar componentes adicionales. Las piezas MIM pueden mecanizarse, roscarse, taladrar, brochar, rectificar o soldar, al igual que las piezas forjadas. El tratamiento isostático y térmico mejora la resistencia, dureza y resistencia al desgaste de las piezas MIM. Gracias a la baja porosidad interconectada de las piezas MIM, se puede aplicar coloración y chapado estándar sin necesidad de preparación de la superficie.
Operación de post-sinterización
Operación de post-sinterización de Zhuorui que incluye:
Acuñación
Forzar los componentes sinterizados para que se ajusten al mandril rígido y enderezar el sustrato, garantizando así la planitud y las dimensiones deseadas de las piezas MIM. Este proceso reducirá las dimensiones de la extensión para lograr características de tamaño adecuado.
Mecanizado
Todos los métodos de mecanizado comunes se pueden aplicar a piezas MIM sinterizadas, como roscas adicionales, cortes, ranuras, tolerancias ultra ajustadas o características especiales.
Tratamiento térmico
El proceso de sinterización deja las piezas MIM en estado recocido. El tratamiento térmico puede ajustar la dureza y otras propiedades de las aleaciones ferrosas con alto contenido de carbono. Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación requieren ciclos de calor para optimizar sus propiedades mecánicas. En ocasiones, el tratamiento térmico se incorpora al ciclo de enfriamiento de la sinterización.
Deformación en caliente
Las piezas sinterizadas se calentarán y deformarán mediante un forjado rápido para garantizar el tamaño y la densidad adecuados. La resistencia del acero aumentará de 500 MPa con la sinterización a 720 MPa con la deformación en caliente.
Carburación superficial
El carbono es un elemento importante para obtener acero de alta resistencia. El uso de un ciclo de calentamiento en atmósfera de metano permite obtener una alta dureza superficial en las piezas MIM. La carburación superficial produce pérdida de precisión dimensional, por lo que es necesario equilibrar la dureza superficial y la precisión dimensional de las piezas MIM.
Unión
Las piezas sinterizadas se pueden unir mediante soldadura, soldadura fuerte o técnicas adhesivas, al igual que otros componentes metálicos. Los materiales metálicos de las piezas MIM se comportan igual que los metales estándar; la soldadura láser es muy eficaz para los aceros inoxidables MIM.
Tratamientos de superficies
Las piezas MIM pueden someterse a diversos tratamientos superficiales, como pulido, recubrimiento, pintura, limpieza, anodizado, chapado, sellado y esmaltado láser. La galvanoplastia se utiliza para mejorar la estética y la resistencia a la corrosión de las piezas MIM. La galvanoplastia de níquel es ideal para instrumentación, armas de fuego y componentes magnéticos.
Prensa isostática en caliente (HIP)
Las piezas MIM suelen tener una densidad de 96-98% tras el proceso de sinterización. El tratamiento HIP aumenta la densidad a 100%. El componente sinterizado se carga en una cámara sellada, donde se calienta y se introduce gas argón. El gas caliente crea presión para colapsar la porosidad interna y comprimir las piezas MIM.
En resumen, el proceso MIM es un método de fabricación altamente sofisticado y versátil que ofrece numerosas ventajas para la producción de piezas metálicas complejas y de alta precisión. Combina la precisión del moldeo por inyección con la integridad del material de la sinterización, comenzando desde la crucial etapa de mezcla y granulado de la materia prima, donde el polvo metálico fino se recubre uniformemente con aglutinante para garantizar un flujo adecuado en la siguiente etapa de moldeo por inyección.
La fase de moldeo por inyección permite la creación de piezas con geometrías complejas, y el posterior proceso de desaglomerado elimina cuidadosamente el aglutinante, conservando la forma de la pieza. A continuación, la sinterización densifica las piezas, logrando un alto nivel de densidad y propiedades mecánicas.
Tras la sinterización, se dispone de diversas operaciones secundarias y posteriores a la sinterización. Estas operaciones, como el acuñado, el mecanizado, el tratamiento térmico, la deformación en caliente, la carburación superficial, la unión, los tratamientos superficiales y el prensado isostático en caliente (HIP), mejoran aún más las propiedades, la precisión dimensional y el acabado superficial de la pieza.
En conclusión, el proceso MIM ofrece a los fabricantes la flexibilidad necesaria para producir piezas adaptadas a requisitos específicos de diferentes industrias. Comprender cada etapa del proceso MIM es esencial para optimizar la producción, garantizar resultados de alta calidad y aprovechar al máximo el potencial de esta avanzada tecnología de fabricación.