Processus MIM
Le procédé MIM est un procédé de fabrication de pièces métalliques de haute précision, permettant de réaliser des structures complexes. Ce procédé combine les technologies de moulage par poudre métallique, de moulage par injection et de frittage, afin de garantir des pièces MIM complexes, aux tolérances serrées et aux surfaces impeccables. De plus, la sélection de poudres métalliques de tailles et de formes variées, ainsi que l'ajout d'additifs complémentaires, permet d'obtenir des pièces MIM aux propriétés chimiques et physiques variées. Le liant de chaque particule détermine la rigidité finale.
Notre étape principale du processus MIM comprend : le mélange et la granulation des matières premières, le moulage par injection, le déliantage et le frittage.
Mélange et granulation des matières premières
La production de matières premières constitue la première étape du procédé de fabrication MIM. Des poudres métalliques extrêmement fines (généralement inférieures à 15 microns) sont mélangées à un liant composé de paraffine primaire, de polymère thermoplastique secondaire et d'autres matériaux. Lors de cette étape, toutes les poudres métalliques élémentaires ou préalliées très fines sont soumises à une caractérisation approfondie par enrobage uniforme du liant, afin d'obtenir la fluidité requise pour le moulage par injection suivant.
Contrairement à la métallurgie des poudres standard, qui ne permet d'atteindre qu'une densité théorique de 80 à 90%, le MIM atteint une densité de 95 à 100%. Cela nous permet d'obtenir des tolérances serrées et de réduire les coûts en produisant des pièces petites et complexes en grandes séries.
Moulage par injection
Cette étape est le moulage de pièces MIM dans une machine de moulage conventionnelle,
- Les granulés d'alimentation sont introduits dans le cylindre de la machine de moulage par l'intermédiaire d'une trémie par gravité.
- Ensuite, le liant contenu dans la matière première sera chauffé par des éléments chauffants dans le baril, ce qui permettra à la matière première de fondre jusqu'à obtenir la consistance d'un dentifrice.
- La vis alternative forcera le matériau fondu dans un moule en deux parties à travers les portes d'ouverture.
- Les pièces brutes avec une géométrie entièrement formée seront éjectées du moule une fois refroidies
Normalement, on appelle pièce brute « pièce verte », une pièce qui est toujours composée des mêmes proportions de poudre métallique et de liant que la matière première. Cependant, en raison de l'expansion du liant, ses dimensions seront supérieures de 20% (en fonction du volume de liant) à celles de la pièce MIM finie.
Nous pouvons également facilement ajouter des caractéristiques de conception spéciales telles que des trous en contre-dépouille ou des trous transversaux au cours de cette étape, ce qui n'est pas réalisable dans le processus de moulage, mais pratique par usinage ou par opération secondaire.
Déliantage
Le déliantage, ou élimination du liant, est un procédé contrôlé visant à éliminer la majeure partie du liant et à en conserver suffisamment pour la structure, ce qui permettra de conserver intactes les dimensions et la géométrie des pièces. Ce procédé est réalisé par voie chimique (déliantage catalytique) ou thermique ; dans certains cas, l'étape initiale est un bain de solvant ou d'eau. La méthode de déliantage dépend du type de matériau traité, de ses propriétés physiques et métallurgiques, ainsi que de sa composition chimique. Les pièces après déliantage sont appelées pièces brunes.
Frittage
Le frittage est généralement réalisé à une température légèrement inférieure à celle du liquide/solide, également appelé frittage à l'état solide. À cette température, la poudre métallique sert de support atomique pour la liaison des particules métalliques, afin de former les pièces finales de densité naturelle. Comme on le sait, la température de frittage des métaux ou des alliages est inférieure à la température de fusion. Lors du frittage, parties brunes Les produits sont déposés sur des supports en céramique, puis placés dans des bains ou des fours continus sous atmosphère protectrice ou sous vide. Un profil de température précis est contrôlé et surveillé pour atteindre progressivement une température spécifique.
Opération secondaire
L'opération secondaire permet d'améliorer les propriétés des matériaux des pièces finales, d'obtenir des tolérances strictes, d'améliorer l'aspect de surface ou d'assembler des composants supplémentaires. Les pièces MIM peuvent être usinées, taraudées, percées, brochées, mises à la terre ou soudées, comme leurs homologues forgées. Le traitement thermique isostatique améliore la résistance, la dureté et la résistance à l'usure des pièces MIM. La coloration et le placage standard peuvent être appliqués sans préparation de surface, grâce à la faible porosité interconnectée des pièces MIM.
Opération post-frittage
Opération de post-frittage de Zhuorui comprenant :
frappe de monnaie
Les composants frittés forcent à se conformer au mandrin rigide et au substrat à redresser afin de garantir la planéité et les dimensions souhaitées des pièces MIM. Ce procédé permet de réduire les écarts de dimensions pour des caractéristiques aux dimensions appropriées.
Usinage
Toutes les méthodes d'usinage courantes peuvent s'appliquer aux pièces MIM frittées, comme l'ajout de filetages, de contre-dépouilles, de rainures, de tolérances ultra-serrées ou de caractéristiques spéciales.
Traitement thermique
Le procédé de frittage laisse les pièces MIM à l'état recuit. Le traitement thermique permet d'ajuster la dureté et d'autres propriétés des alliages ferreux à haute teneur en carbone. Les aciers inoxydables durcis par précipitation nécessitent des cycles thermiques pour optimiser leurs propriétés mécaniques. Le traitement thermique est parfois intégré au cycle de refroidissement du frittage.
Déformation à chaud
Les pièces frittées seront chauffées et déformées par forgeage rapide afin d'obtenir une taille et une densité adéquates. La résistance de l'acier passera de 500 MPa après frittage à 720 MPa après déformation à chaud.
Carburation de surface
Le carbone est un élément essentiel pour obtenir un acier à haute résistance. L'utilisation d'un cycle de chauffage sous atmosphère de méthane permet d'obtenir une dureté de surface élevée sur les pièces MIM. La carburation de surface entraîne une perte de précision dimensionnelle ; il est donc nécessaire de trouver un compromis entre dureté de surface et précision dimensionnelle des pièces MIM.
Adhésion
Les pièces frittées peuvent être assemblées par soudage, brasage ou collage, comme d'autres composants métalliques. Les matériaux métalliques des pièces MIM se comportent comme les métaux standard. Le soudage laser est très efficace pour les aciers inoxydables MIM.
Traitements de surface
Les pièces MIM peuvent subir divers traitements de surface tels que le polissage, le revêtement, la peinture, le nettoyage, l'anodisation, le placage, l'étanchéité et le glaçage laser. La galvanoplastie améliore l'esthétique et la résistance à la corrosion des pièces MIM. Le nickelage électrolytique est idéal pour l'instrumentation, les armes à feu et les composants magnétiques.
Presse isostatique à chaud (HIP)
Les pièces MIM présentent généralement une densité de 96 à 98% après frittage. Le traitement HIP permet d'augmenter cette densité à 100%. Le composant fritté est ensuite chargé dans une chambre étanche, puis chauffé et alimenté en argon. Ce gaz chaud crée une pression qui réduit la porosité interne et comprime les pièces MIM.
En résumé, le procédé MIM est une méthode de fabrication hautement sophistiquée et polyvalente qui offre de nombreux avantages pour la production de pièces métalliques complexes de haute précision. Il allie la précision du moulage par injection à l'intégrité du matériau obtenue par frittage, dès l'étape cruciale de mélange et de granulation de la matière première, où la fine poudre métallique est uniformément enrobée de liant pour assurer un écoulement optimal lors de l'étape suivante de moulage par injection.
La phase de moulage par injection permet la création de pièces aux géométries complexes. Le déliantage qui suit élimine soigneusement le liant tout en préservant la forme de la pièce. Le frittage densifie ensuite les pièces, leur permettant d'atteindre une densité et des propriétés mécaniques élevées.
Après le frittage, diverses opérations secondaires et post-frittage sont possibles. Ces opérations, telles que le frappe, l'usinage, le traitement thermique, la déformation à chaud, la cémentation de surface, l'assemblage, les traitements de surface et la compression isostatique à chaud (CIC), améliorent encore les propriétés, la précision dimensionnelle et l'état de surface de la pièce.
En conclusion, le procédé MIM offre aux fabricants la flexibilité nécessaire pour produire des pièces adaptées aux exigences spécifiques de différents secteurs. Comprendre chaque étape du procédé MIM est essentiel pour optimiser la production, garantir une production de haute qualité et exploiter pleinement le potentiel de cette technologie de fabrication avancée.