Muitos fabricantes necessitam de peças metálicas pequenas e complexas. A maquinação tradicional incorre frequentemente em custos elevados e resulta em desperdício de material. A metalurgia do pó tem limitações em termos de resistência e pormenor. A moldagem por injeção de metal resolve estes problemas. Combina os detalhes da moldagem por injeção de plástico com a resistência do metal. A MIM pode produzir peças fortes e detalhadas a um custo mais baixo.
MIM soa como uma mistura de processos de plástico e metal. Isso é porque é. Agora, vamos ver como funciona e onde é utilizado.
O que é a moldagem por injeção de metal?
A moldagem por injeção de metal (MIM) é um método de fabrico que utiliza pó metálico e um aglutinante de plástico. Primeiro, o pó metálico mistura-se com o aglutinante para formar uma matéria-prima. Esta mistura é injectada num molde, tal como as peças de plástico são fabricadas.
Após a moldagem, o aglutinante é removido numa fase designada por desbobinagem. Em seguida, a peça é aquecida num forno durante o processo de sinterização. Este passo une as partículas de metal, criando uma peça final densa e forte. O resultado é um componente metálico com elevada precisão e um bom acabamento superficial.
O MIM é excelente para fabricar peças pequenas e complexas em grandes quantidades. Também reduz o desperdício de material e o trabalho de pós-processamento.
Materiais utilizados na moldagem por injeção de metal
A seleção dos materiais certos é crucial para o MIM. O processo necessita de pós metálicos finos e aglutinantes que possam formar, fluir e depois queimar de forma limpa. Cada parte da mistura desempenha um papel diferente.
Tipos de pós metálicos
O MIM utiliza excelentes pós metálicos. Estes pós têm normalmente menos de 20 microns de tamanho. As partículas mais pequenas ajudam a mistura a preencher o molde de forma mais eficaz e a sinterizar numa peça mais densa.
Os metais mais comuns utilizados no MIM incluem:
- Aço inoxidável: para resistência à corrosão e força
- Aço de baixa liga: para peças estruturais
- Titânio: para um peso leve e uma resistência elevada
- Cobre: para uma boa condutividade eléctrica
- Ligas de tungsténio e de carboneto: para resistência ao desgaste e dureza
Materiais aglutinantes e o seu papel
O aglutinante mantém o pó metálico unido durante a moldagem. Fornece uma matéria-prima com um fluxo semelhante ao do plástico, permitindo-lhe encher o molde tal como a resina plástica.
As pastas são geralmente feitas de:
- Ceras
- Polímeros
- Aditivos para melhorar a mistura ou a moldagem
Depois de a peça ser moldada, o aglutinante deve ser removido. Este passo é designado por desbobinagem. O ligante deve ser queimado de forma limpa e não deve deixar resíduos que possam afetar a sinterização.
Seleção de materiais com base na aplicação
O metal e o aglutinante escolhidos dependem das necessidades da peça. Por exemplo:
- Utilize aço inoxidável para ferramentas médicas ou peças de relógios.
- Utilizar o titânio para peças aeroespaciais ou cirúrgicas.
- Utilizar aço de baixa liga para peças mecânicas resistentes.
O processo de moldagem por injeção de metal
A MIM tem quatro etapas principais. Cada uma delas desempenha um papel crucial na modelação do metal e na transformação do pó numa peça acabada. O processo é repetível e adequado para formas complexas.
Preparação da matéria-prima
Em primeiro lugar, o pó metálico é misturado com um aglutinante. Esta mistura é designada por matéria-prima. O aglutinante ajuda o pó metálico a fluir durante o processo de moldagem.
A mistura deve ser uniforme. Se o pó e o aglutinante não estiverem bem misturados, podem causar defeitos mais tarde. Uma vez pronta, a matéria-prima é convertida em pellets, semelhante à resina plástica.
Fase de moldagem por injeção
Os granulados são aquecidos e injectados num molde sob pressão. Esta etapa funciona como a moldagem por injeção de plástico. O molde define a forma e as caraterísticas da superfície da peça.
O resultado é uma "peça verde". Tem a forma da peça final, mas continua a ser mantida unida pelo aglutinante. A parte verde é frágil. Deve ser manuseada com cuidado antes dos passos seguintes.
Explicação do processo de desbobinagem
De seguida, retira-se o aglutinante. Este passo é designado por descolagem. Existem algumas formas de o fazer:
- Desencadernação com solventeUtiliza um líquido para dissolver parte do aglutinante
- Desbaste térmico: aquece a peça lentamente para remover o resto
Depois disto, obtém-se uma "parte castanha". Ainda mantém a sua forma metálica, mas não tem aglutinante. Nesta fase, é muito porosa e fraca.
Sinterização e Densificação
A parte castanha vai para um forno. É aquecida perto do ponto de fusão do metal, mas não é derretida. Isto é sinterização. Durante a sinterização, as partículas de metal unem-se. A peça encolhe e torna-se densa.
Após a sinterização, a peça tem a sua forma, resistência e tamanho finais. A retração é normalmente de cerca de 15-20%, pelo que deve ser tida em conta no projeto.
Considerações sobre a conceção do MIM
Para obter os melhores resultados com MIM, a peça deve ser projectada tendo em conta o processo. Algumas caraterísticas são fáceis de criar. Outras requerem uma atenção acrescida para evitar defeitos ou custos adicionais.
Tolerâncias e espessura da parede
As peças MIM podem ter tolerâncias apertadas. As tolerâncias típicas são de ±0,3% do tamanho da peça. Em muitos casos, não é necessária maquinagem secundária.
A espessura da parede deve ser uniforme. São possíveis paredes finas, inferiores a 0,5 mm, mas podem provocar deformações. As paredes espessas podem atrasar os processos de debinding e sinterização. Um bom intervalo é de 0,5 mm a 4 mm.
Devem ser evitadas alterações bruscas na espessura da parede. As transições graduais reduzem o stress e a distorção.
Rebaixos, roscas e geometrias complexas
O MIM destaca-se no fabrico de formas complexas. Os cortes inferiores, os furos e os pormenores finos são mais fáceis aqui do que com maquinagem ou fundição.
Caraterísticas como:
- Roscas interiores
- Furos laterais
- Dentes da engrenagem
- Logótipos ou texturas
Estes podem ser moldados diretamente na peça. No entanto, algumas podem necessitar de ferramentas especializadas, tais como lâminas ou núcleos.
Os projectistas devem evitar cantos afiados e profundos buracos cegos. Estes podem prender o aglutinante ou causar tensões durante o processo de sinterização.
Consolidação de volumes e peças
O MIM é melhor para a produção de grandes volumes. O custo das ferramentas é elevado, mas o custo das peças diminui com o volume. As boas aplicações começam com milhares de peças por ano.
O MIM também permite a consolidação de peças. Em vez de maquinar e unir várias peças, o MIM pode moldá-las numa única peça. Isto reduz o custo, o peso e as etapas de montagem.
Vantagens da moldagem por injeção de metal
A MIM oferece várias vantagens significativas, nomeadamente quando se trata de produzir peças metálicas pequenas e complexas em grandes quantidades. Preenche a lacuna entre a maquinagem e a metalurgia do pó tradicional.
Alta precisão para peças complexas
A MIM pode criar peças com tolerâncias muito apertadas e detalhes finos. Pode lidar com formas complexas ou dispendiosas de maquinar. Caraterísticas como pequenos orifícios, arestas vivas e superfícies texturadas podem ser moldadas diretamente.
Eficiência de custos para produção em massa
Uma vez feito o molde, o MIM é altamente rentável para grandes séries. As peças saem do molde quase acabadas. Poupa-se tempo e mão de obra. O custo por peça diminui à medida que o volume aumenta.
Mínimo desperdício e elevada utilização de material
A MIM utiliza quase todo o pó metálico na peça final. Os resíduos são mínimos. Esta é uma vantagem significativa em relação à maquinagem CNC, que envolve o corte de grandes quantidades de metal.
Propriedades mecânicas melhoradas
As peças MIM são firmes e densas. Podem atingir mais de 95% de densidade de material forjado. Isto confere-lhes uma excelente força, dureza e resistência ao desgaste.
Limitações e desafios
Embora o MIM tenha inúmeras vantagens, também tem as suas limitações. Estas devem ser compreendidas no início do projeto para evitar surpresas durante a produção.
Elevados custos iniciais de ferramentas
O MIM requer moldes personalizados. A conceção e a construção destes moldes são dispendiosas. Se o seu volume de produção for baixo, o custo das ferramentas pode não valer a pena.
Contração e distorção do material
As peças MIM encolhem durante a sinterização. A contração é de cerca de 15-20%. Se não for bem gerida, esta situação pode causar distorção ou tamanhos irregulares das peças.
Mais adequado para peças pequenas e médias
O MIM é ideal para peças pequenas, normalmente com menos de 100 gramas. As peças de maiores dimensões são mais difíceis de processar uniformemente. O desbaste e a sinterização são mais morosos e implicam um risco mais elevado.
Aplicações da moldagem por injeção de metal
O MIM é utilizado em muitas indústrias. Ajuda a produzir peças pequenas e de elevada resistência onde a precisão e o volume são cruciais. Estas peças passam muitas vezes despercebidas, mas desempenham papéis fundamentais em sistemas críticos.
Dispositivos médicos e instrumentos cirúrgicos
A MIM é frequentemente utilizada em ferramentas cirúrgicas, suportes dentários e dispositivos ortopédicos. Estas peças têm de ser pequenas, fortes e resistentes à corrosão. O MIM oferece a precisão e a limpeza necessárias para uso médico.
Componentes aeroespaciais e de defesa
As peças para a indústria aeroespacial e de defesa têm de ser leves, duradouras e precisas. É utilizado em fixadoresA MIM permite a montagem de peças de reposição, caixas de sensores, sistemas de fecho e suportes. Estas peças beneficiam da resistência e dos pormenores que a MIM pode proporcionar.
Eletrónica de consumo e dispositivos móveis
A MIM é comum em telemóveis, wearables e computadores portáteis. Peças como dobradiças, módulos de câmara e conectores são frequentemente fabricadas com MIM. Permite perfis finos, superfícies lisas e desenhos pormenorizados que se adaptam a disposições apertadas dos dispositivos.
Peças para motores e transmissões de automóveis
Nos veículos, o MIM é utilizado para engrenagens, componentes de turbocompressores, alavancas e mecanismos de bloqueio. Estas peças têm de resistir ao calor, à pressão e ao desgaste.
Conclusão
A moldagem por injeção de metal é um método que combina a moldagem por injeção de plástico e o processamento de metal. Utiliza pó metálico fino misturado com um aglutinante para moldar formas complexas. A MIM é ideal para produzir peças metálicas pequenas e complexas em grandes volumes. Oferece precisão, resistência e economia de custos.
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Olá, chamo-me Kevin Lee
Nos últimos 10 anos, tenho estado imerso em várias formas de fabrico de chapas metálicas, partilhando aqui ideias interessantes a partir das minhas experiências em diversas oficinas.
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Kevin Lee
Tenho mais de dez anos de experiência profissional no fabrico de chapas metálicas, especializando-me em corte a laser, dobragem, soldadura e técnicas de tratamento de superfícies. Como Diretor Técnico da Shengen, estou empenhado em resolver desafios complexos de fabrico e em promover a inovação e a qualidade em cada projeto.
