A moldagem por injeção de metal emergiu como uma tecnologia de conformação de peças com formato próximo ao final, em rápido desenvolvimento e altamente promissora, no campo da metalurgia do pó. É reconhecida como uma das tecnologias de conformação de componentes metálicos mais promissoras em todo o mundo.
Este artigo apresenta os conhecimentos fundamentais do processo de moldagem por injeção de metal, incluindo princípios básicos, processo, vantagens, comparações com outros processos, tipos de peças adequadas e aplicações.
Para os engenheiros, aprender e compreender o processo de moldagem por injeção de metal é essencial para um projeto de produto eficaz, pois frequentemente oferece oportunidades significativas de redução de custos.
O que é moldagem por injeção de metal?
A moldagem por injeção de metal (MIM) é um método que mistura pó metálico com um sistema aglutinante para moldagem por injeção. O processo começa com a mistura de pós selecionados com aglutinantes, seguida pela granulação da mistura para injetá-la no formato desejado. Através da desaglomeração e sinterização, o aglutinante é removido, resultando no produto metálico desejado. Processos subsequentes, como dimensionamento, tratamento de superfície, tratamento térmico ou usinagem, podem ser aplicados para refinar ainda mais o produto.
Moldagem por Injeção de Metal = Metalurgia do Pó + Moldagem por Injeção. A moldagem por injeção de metal é uma tecnologia interdisciplinar por excelência que integra dois métodos de processamento completamente diferentes: a metalurgia do pó e a moldagem por injeção de plástico. Essa integração permite que os engenheiros se libertem das restrições de projeto tradicionais, utilizando técnicas de moldagem por injeção de plástico para obter peças de baixo custo e com formatos complexos, feitas de aço inoxidável, níquel, ferro, cobre, titânio e outros metais, oferecendo, assim, maior liberdade de projeto do que muitos outros processos de produção.
Processo de moldagem por injeção de metal
O processo de moldagem por injeção de metal é dividido em quatro etapas: granulação, moldagem por injeção, desaglomeração por solvente e sinterização térmica. Processos secundários como usinagem, escovação ou galvanização Pode ser realizado, se necessário.
1. Granulação
Pós metálicos finos são misturados com aglutinantes e termoplásticos em proporções precisas. Essa mistura ocorre em equipamentos especializados aquecidos a uma temperatura específica para fundir os aglutinantes. Na maioria dos casos, utiliza-se mistura mecânica até que as partículas de pó metálico estejam uniformemente revestidas. Após o resfriamento, a mistura forma grânulos (matéria-prima) que podem ser injetados em cavidades de moldes.
2. Moldagem por injeção
A matéria-prima granulada é alimentada em uma máquina de moldagem por injeção, aquecida e injetada nas cavidades do molde sob alta pressão para produzir uma "peça verde". Esse processo é muito semelhante à moldagem por injeção de plástico. Os moldes podem ser projetados com múltiplas cavidades para melhorar a produtividade, e as dimensões das cavidades devem levar em consideração a contração que ocorre durante o processo de sinterização do componente metálico.
3. Desvinculação de solvente
A desaglomeração é o processo de remoção do aglutinante da peça verde para obter uma "peça marrom". Esse processo geralmente é realizado em várias etapas. A grande maioria do aglutinante é removida antes da sinterização, enquanto a porção restante serve de suporte para a peça ao entrar no forno de sinterização.
A remoção dos aglomerantes pode ser feita por diversos métodos, sendo a extração com solvente o mais comum. Após a remoção dos aglomerantes, as peças tornam-se semipermeáveis, permitindo que os aglomerantes residuais volatilizem facilmente durante a etapa de sinterização.
4. Sinterização Térmica
As peças marrons desaglomeradas são colocadas em um forno com temperatura e pressão controladas. A peça marrom é aquecida lentamente sob atmosfera protetora para remover os aglutinantes residuais. Uma vez eliminados os aglutinantes, a peça é aquecida a uma temperatura muito alta, e os espaços entre as partículas desaparecem à medida que se fundem. A peça marrom sofre contração direcional até atingir suas dimensões projetadas e se transforma em um sólido denso, resultando no produto final.
Durante o processo de sinterização, a peça marrom sofre uma contração dimensional total de aproximadamente 20%.
Vantagens da Moldagem por Injeção de Metal
A moldagem por injeção de metal combina as vantagens da metalurgia do pó e da moldagem por injeção de plástico, superando as limitações geométricas da conformação tradicional de pó metálico. Ela utiliza a capacidade da moldagem por injeção de plástico para produzir peças com formatos complexos em grandes lotes com alta eficiência. Como uma tecnologia de fabricação de peças de alta precisão com formato próximo ao final, oferece vantagens incomparáveis à metalurgia do pó convencional, à usinagem CNC e à fundição de precisão.
Capacidade de fabricar peças altamente complexas
Em comparação com outros processos de conformação de metais, como estampagem de chapas metálicas, metalurgia do pó, forjamento e usinagem CNCA moldagem por injeção de metal permite a criação de peças com geometrias 3D altamente complexas. De modo geral, estruturas que podem ser obtidas por meio da moldagem por injeção de plástico também podem ser produzidas por injeção de metal. Graças a essa característica, a moldagem por injeção de metal oferece a oportunidade de combinar múltiplas peças originalmente fabricadas por outros processos em um único componente, simplificando o projeto do produto e reduzindo os custos de montagem.
Alta utilização de material
A moldagem por injeção de metal é um processo de fabricação de peças quase na forma final, onde o formato da peça é muito próximo da forma final desejada. O aproveitamento do material é alto, o que é particularmente importante para reduzir perdas no processamento de metais preciosos.
Microestrutura Uniforme
A moldagem por injeção de metal é um processo de conformação fluida. A presença de aglutinantes garante a distribuição uniforme do pó, eliminando a não uniformidade microestrutural e permitindo que os produtos sinterizados atinjam de 95% a 99% de sua densidade teórica. Essa alta densidade melhora a resistência, a tenacidade, a ductilidade, a condutividade e as propriedades magnéticas.
Em contrapartida, a metalurgia do pó tradicional atinge apenas cerca de 85% de densidade devido ao atrito entre a parede do molde e o pó, o que leva a uma distribuição desigual da pressão e a uma contração não uniforme. Isso resulta em alta porosidade e baixo desempenho mecânico, muitas vezes exigindo temperaturas de sinterização mais baixas para mitigar esses efeitos.
Alta eficiência e escalabilidade
A moldagem por injeção de metal utiliza máquinas de injeção para formar peças brutas, o que melhora significativamente a eficiência da produção e é adequada para produção em larga escala. A consistência e a repetibilidade dos produtos moldados garantem a viabilidade da produção industrial em grande escala.
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Ampla Gama de Materiais
A gama de materiais metálicos adequados para moldagem por injeção de metal é muito ampla. Em princípio, qualquer material em pó que possa ser sinterizado a altas temperaturas pode ser processado por moldagem por injeção de metal, incluindo materiais de difícil usinagem e com alto ponto de fusão.
Os materiais incluem aço de baixa liga, aço inoxidável, aço ferramenta, ligas à base de níquel, ligas de tungstênio, carbonetos, ligas de titânio, materiais magnéticos, ligas de Kovar e cerâmicas finas. Além disso, a moldagem por injeção de metal permite formulações de ligas personalizadas para criar materiais compósitos. Embora ligas não ferrosas, como alumínio e cobre, sejam tecnicamente viáveis, elas geralmente são processadas de forma mais econômica por meio de outros métodos. fundição ou usinagem.
| Material | Notas | Aplicação |
| Aço de baixa liga | 4605, 4140 | Diversos componentes estruturais para as indústrias automotiva, de máquinas e outras. |
| Aço inoxidável | 316L, 17-4PH, 420, 440C | Dispositivos médicos, peças para relógios e cronômetros |
| metal duro | B771 | Diversas ferramentas de corte, relógios e acessórios de pulso. |
| Cerâmica | ASTM C1161 | Eletrônicos de informática, itens de primeira necessidade e relógios. |
| Liga de titânio | Ti-6Al-4V | Componentes estruturais médicos e militares |
| Materiais magnéticos | ASTM A753 | Vários componentes magnéticos |
Alta precisão
A precisão dimensional de peças moldadas por injeção de metal é tipicamente de ±0.5%, podendo atingir níveis de precisão de ±0.3% ou superiores. Para peças pequenas, a precisão da moldagem por injeção de metal é maior do que a de outros processos de fundição, muitas vezes eliminando a necessidade de usinagem secundária. Como em outros processos, requisitos de maior precisão aumentam os custos, portanto, tolerâncias moderadas são recomendadas sempre que o desempenho permitir. Tolerâncias inatingíveis pela moldagem inicial podem ser alcançadas por meio de tratamentos de superfície.
Comparação com outros processos
| Atributo | Moldagem por injeção de metal | Metalurgia do pó | Fundição de investimento | Usinagem CNC |
| Peso (g) | 0.01 - 1000 | 5g - 1kg | > 1 | > 1 |
| Tolerância (%) | <0.3 | 0.1 | 0.5 - 1.0 | <0.1 |
| Densidade (%) | 98 - 99 | 85 - 92 | 95 - 99 | 100 |
| Força (%) | > 97 | 75 | > 95 | 100 |
| Rugosidade da superfície (μm) | 1 | 1 - 5 | 5 | 0.2 - 4 |
| Espessura da parede (mm) | 0.2 - 10 | > 2 | > 2 | > 1 |
| Complexidade | Alto | Baixo | Suporte: | Alto |
| Flexibilidade de design | Alto | Suporte: | Suporte: | Baixo |
| Capacidade de Produção | Alto | Alto | Baixo | Baixo |
| Gama de Materiais | Alto | Suporte: | Suporte: | Suporte: |
| Custo | Suporte: | Baixo | Suporte: | Alto |
Quais peças são adequadas para moldagem por injeção de metal?
Embora a moldagem por injeção de metal seja conhecida como a quinta geração da tecnologia de conformação de metais, nem todas as peças metálicas são adequadas ou economicamente viáveis para esse processo. Apenas peças metálicas de pequeno porte, com alta precisão, geometrias 3D complexas e requisitos especiais, produzidas em grande volume, são adequadas para a moldagem por injeção de metal.
| Característica | Mínimo | Típica | Máximo |
| Peso (g) | 0.03 | 10-15 | 300 |
| Dimensões (mm) | 2.0 | 25 | 150 |
| Espessura da parede (mm) | 0.025 | 1-3 | 15 |
| Tamanho do lote (anual) | 1,000 | 100,000 | 100,000,000 |
Peso pequeno
A moldagem por injeção de metal é mais adequada para peças metálicas pequenas. Peças típicas pesam entre 10g e 15g. Aquelas com menos de 50g oferecem a melhor relação custo-benefício, com um limite máximo de 300g.
Pequenas dimensões
O processo é ideal para dimensões pequenas. Os tamanhos típicos giram em torno de 25 mm, com um máximo de 150 mm. A moldagem por injeção de metal é menos adequada para peças grandes, pois as tolerâncias geralmente variam de 0.3% a 0.5% da dimensão. À medida que o tamanho aumenta, as tolerâncias absolutas também aumentam, o que pode comprometer os requisitos do projeto ou exigir usinagem secundária dispendiosa.
A espessura típica da parede para peças moldadas por injeção de metal é de 1.0 mm a 3.0 mm.
Geometria Complexa
A moldagem por injeção de metal é adequada para peças com rebaixos externos, roscas externas, conicidades, furos transversais, furos cegos, saliências, rasgos de chaveta, nervuras ou recartilhado superficial. Formas simples podem ser mais econômicas por meio de estampagem, forjamento ou metalurgia do pó.
Volume do lote
Como a moldagem por injeção de metal requer moldes, altos volumes de produção são necessários para compensar os custos de ferramental. Geralmente, um volume anual superior a 100,000 unidades é necessário para que o processo seja economicamente viável.
Aplicações de moldagem por injeção de metal
A moldagem por injeção de metal é amplamente utilizada na indústria de eletrônicos de consumo. partes automotivas, dispositivos médicos, ferramentas elétricas, equipamentos industriais e artigos de primeira necessidade.
Eletrônicos de Consumo:
Isso inclui smartphones, tablets, laptops, câmeras digitais, wearables e drones. Em 2010, os componentes do logotipo dos telefones Blackberry utilizaram a moldagem por injeção de metal, iniciando seu uso em massa em telefones celulares. A Apple seguiu o exemplo em 2010, expandindo e liderando o uso da moldagem por injeção de metal para conectores de energia, bandejas de SIM, dobradiças, anéis de câmera e botões. À medida que os dispositivos se tornam mais finos e os componentes mais precisos, as perspectivas para a moldagem por injeção de metal nesse campo crescem.
Componentes Automotivos
Por ser um processo de moldagem sem corte, a injeção de metal economiza material e custos. A indústria automotiva a valoriza muito desde a década de 1990. Atualmente, a indústria utiliza a injeção de metal para peças complexas, peças bimetálicas e conjuntos de microcomponentes, como peças de turbocompressores, anéis de ajuste, bicos injetores de combustível, palhetas, componentes de caixas de câmbio e peças de direção hidráulica.
Dispositivos Médicos
A moldagem por injeção de metal produz componentes com alta precisão e excelentes propriedades mecânicas, atendendo aos requisitos para instrumentos cirúrgicos pequenos e complexos. É cada vez mais utilizada para cabos de instrumentos cirúrgicos, tesouras, fórceps, peças dentárias e componentes de articulações ortopédicas.
Power Tools
Os acessórios para ferramentas elétricas envolvem usinagem complexa e baixo aproveitamento de material, o que os torna dependentes da moldagem por injeção de metal. Os produtos típicos incluem fresas com formatos especiais, ferramentas de corte, fixadores, microengrenagens e componentes para máquinas têxteis ou de crimpagem.
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