Moldeo por inyección de metal (MIM) frente a fundición a la cera perdida (IC)

Cuando se enfrenta a una pieza que necesita ser fabricada, ¿cómo se decide entre utilizar MIM o microfusión? Por ejemplo, ¿la pieza requerirá modificaciones más adelante o cambiará el material? Analicemos las características únicas de estos dos procesos.

Introducción

MIM es una tecnología relativamente nueva en comparación con la fundición a la cera perdida. Generalmente, MIM es más adecuado para piezas pequeñas, precisas y complejas, mientras que la fundición es mejor para piezas más grandes. MIM ofrece ventajas de costo y eficiencia de producción para grandes cantidades de piezas idénticas, mientras que la fundición a la cera perdida tiene sus beneficios para cantidades más pequeñas.

¿Qué es MIM?

El moldeo por inyección de metal (MIM) es un método que mezcla polvo de metal con un aglutinante y lo inyecta en moldes. Comienza mezclando el polvo elegido con un aglutinante, luego granula la mezcla antes de inyectarla en moldes para darle la forma deseada. Después de desaglomerar y sinterizar para eliminar el aglutinante, se obtiene el producto metálico deseado, que luego se puede refinar aún más mediante conformado, tratamiento superficial, tratamiento térmico y mecanizado. MIM combina la pulvimetalurgia con el moldeo por inyección de plástico, lo que permite a los ingenieros liberarse de las limitaciones tradicionales. Permite la producción de piezas de forma única y de bajo costo hechas de acero inoxidable, níquel, hierro, cobre, titanio y otros metales, ofreciendo mayor libertad de diseño que muchos otros procesos de fabricación.

Proceso MIM

El proceso MIM consta principalmente de cuatro etapas: granulación, inyección, desaglomerado y sinterización, con la posibilidad de procesos secundarios como mecanizado, trefilado o galvanoplastia.

  1. Granulación: El polvo metálico fino se mezcla con aglutinantes de cera y termoplástico en proporciones precisas. La mezcla se calienta hasta que el aglutinante se derrita. La mezcla mecánica garantiza una capa uniforme del aglutinante sobre las partículas metálicas, formando gránulos (la materia prima) que se pueden inyectar en moldes.
  2. Inyección: La materia prima granular se calienta y se inyecta en moldes a alta presión, formando la "parte verde". Este proceso es similar al moldeo por inyección de plástico. Los moldes pueden tener múltiples cavidades para aumentar la productividad, y en el diseño del molde se debe considerar la contracción durante la sinterización.
  3. Desaglomerado: Esta etapa consiste en quitar el aglutinante de la parte verde, lo que da como resultado la "parte marrón". Por lo general, se realiza en varios pasos, eliminando la mayor parte del aglutinante antes de la sinterización. La extracción con disolventes es un método común para desaglutinar. Las partes marrones tienen semipermeabilidad, lo que permite una fácil evaporación del aglutinante residual durante la sinterización.
  4. Sinterización: Las partes marrones desaglomeradas se colocan en un horno de alta presión y temperatura. Se calientan lentamente bajo un gas protector para eliminar los aglutinantes restantes. Una vez que el aglutinante se elimina por completo, la temperatura se eleva a un nivel alto, lo que hace que las partículas se fusionen y llenen los huecos. Las piezas se encogen hasta alcanzar su tamaño de diseño y se solidifican hasta adquirir una forma densa, dando como resultado el producto final. Durante la sinterización se produce una contracción general de aproximadamente el 20%.

¿Qué es el casting de inversión?

La fundición a la cera perdida generalmente implica crear un patrón de cera, ensamblarlo en un árbol, recubrirlo con material refractario, derretir la cera para formar una cáscara hueca y luego verter metal fundido en esta cáscara. Después de enfriar, se termina la fundición retirando la cáscara. La fundición a la cera perdida, también conocida como “fundición de precisión”, es conocida por su alta precisión dimensional y acabado superficial.

Proceso de casting de inversión

La fundición a la cera perdida incluye seis procesos principales: formación de patrones de cera, ensamblaje de árboles, fabricación de cáscaras, desparafinado y calcinación, fusión y vertido y, finalmente, limpieza y corte de arena para producir el producto terminado.

  1. Formación de patrones de cera: La cera se presiona en la cavidad de un molde para formar un patrón de cera.
  2. Montaje del árbol: Se sueldan múltiples patrones de cera a un sistema de fundición.
  3. Fabricación de conchas: Los patrones de cera se sumergen en una capa de sol de sílice y luego en arena refractaria. La cáscara se seca y endurece a temperaturas y humedad específicas, formando una densa capa refractaria sobre la superficie de la cera. Este paso se repite de 5 a 6 veces para crear un caparazón con resistencia y resistencia al fuego adecuadas.
  4. Depilación: La cera se derrite de la cáscara usando vapor a alta temperatura, creando una cavidad para la fundición. La cáscara se calcina para eliminar la cera y la humedad residuales, normalmente a unos 1000 grados Celsius durante 1 a 2 horas.
  5. Derretir y verter: El metal se funde según la composición del producto, se prueba su calidad y luego se vierte en la carcasa.
  6. Limpieza y Corte de Arena: Después del enfriamiento, la cáscara se retira de la pieza fundida utilizando un martillo o una máquina vibratoria para quitar cáscaras. Luego, la pieza fundida se corta del sistema de fundición para producir el producto terminado. Se puede realizar pulido y mecanizado adicional según sea necesario.

Puntos en común entre MIM e IC

Ambos procesos pueden utilizar una variedad de materiales y producir piezas de formas complejas con un alto acabado superficial.

Elegir entre MIM e IC

La elección suele depender del tamaño de la pieza. MIM es ideal para piezas de menos de 100 mm de longitud y que pesen menos de 15 gramos. Las piezas MIM tienen una calidad superficial y un acabado muy altos. En comparación con la fundición a la cera perdida, MIM permite una mayor complejidad de diseño. Para piezas que pesan entre 200 gy 50 kg, aunque la fundición a la cera perdida también puede formar piezas fundidas grandes, es más adecuada para piezas de tamaño mediano y pequeño. Las piezas fundidas de gran tamaño pueden representar un desafío en términos de precisión dimensional y el costo de los moldes y el procesamiento puede ser alto. La fundición en arena es una mejor opción para piezas de fundición grandes. La fundición a la cera perdida es ideal para piezas más pequeñas donde la precisión dimensional se mantiene más fácilmente y el costo está dentro de un rango razonable.

En conclusión

En general, el molde es el principal factor de costo en MIM, lo que la convierte en una tecnología de “economía de escala”, más adecuada para la producción en masa de millones de piezas por año. Generalmente, para series de producción de menos de 1000 piezas a la vez, la fundición a la cera perdida es un proceso más económico.

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