Quali sono i vantaggi e gli svantaggi dello stampaggio a iniezione dei metalli?

Introduzione: lo stampaggio a iniezione dei metalli, noto anche come MIM, è un processo avanzato per la fabbricazione di componenti metallici. Consente di produrre a basso costo pezzi molto densi, dalle forme complesse e dalle ottime prestazioni. Il MIM combina la flessibilità dello stampaggio a iniezione con la resistenza della sinterizzazione delle polveri metalliche.

Il MIM è apprezzato perché permette di realizzare componenti metallici resistenti, economici e dalle forme complesse. Trova impiego in numerosi settori, tra cui elettronica, medicale, industria e automotive. Questo articolo spiega come funziona, quali vantaggi offre e quali sono i suoi limiti.

Che cos’è il processo di stampaggio a iniezione dei metalli?

Il processo di produzione dello stampaggio a iniezione dei metalli (MIM) è un processo di produzione di parti metalliche complesse e di alta precisione. Combina polvere metallica, stampaggio a iniezione e sinterizzazione per produrre pezzi MIM con tolleranze ristrette e ottime finiture superficiali.

Utilizzando polveri metalliche di dimensioni e forme diverse e aggiungendo additivi diversi, è possibile ottenere pezzi MIM con proprietà chimiche e fisiche diverse. La composizione del legante in ogni particella di polvere determina la durezza finale del pezzo.

Qual è il principio del processo di stampaggio a iniezione dei metalli?

Il processo di stampaggio a iniezione si divide in due fasi: stampaggio a iniezione e sinterizzazione.

Nella fase di stampaggio a iniezione, il materiale metallico viene riscaldato allo stato liquido e quindi iniettato nello stampo attraverso una siringa. La temperatura dello stampo è bassa, in modo che il materiale metallico si raffreddi e si solidifichi rapidamente nello stampo per formare una billetta di metallo con una determinata forma e dimensione.

Nella fase di sinterizzazione, la billetta di metallo viene inviata a un forno di sinterizzazione per il trattamento ad alta temperatura. Alle alte temperature, le particelle della billetta di metallo si legano meglio tra loro, rendendo la billetta di metallo più densa e resistente. Le parti metalliche sinterizzate hanno buone proprietà meccaniche e resistenza al calore.

Quali sono i vantaggi dello stampaggio a iniezione dei metalli?

Rispetto alle tecnologie tradizionali di produzione dei metalli, lo stampaggio a iniezione di metalli (MIM) presenta numerosi vantaggi. Dopo 30 anni di sviluppo continuo della tecnologia MIM, BRM può usarla per produrre pezzi MIM di grande volume, con leghe multiple, dimensioni diverse e strutture complesse. I vantaggi del MIM si possono riassumere come segue:

Si possono formare parti strutturali con strutture altamente complesse

La tecnologia del processo di stampaggio a iniezione utilizza una macchina di stampaggio a iniezione per iniettare il prodotto grezzo e garantire che il materiale riempia completamente la cavità dello stampo, assicurando anche la realizzazione di strutture molto complesse dei pezzi. In passato, nella tecnologia di lavorazione tradizionale, i singoli componenti venivano prima realizzati e poi combinati in componenti.

Quando si utilizza la tecnologia MM, è possibile integrarla in un unico pezzo completo, riducendo notevolmente i passaggi e semplificando le procedure di lavorazione.

Rispetto ad altri metodi di lavorazione dei metalli, il MIM ha un’elevata precisione dimensionale dei prodotti e non richiede una lavorazione secondaria o solo una piccola quantità di finitura. Il processo di stampaggio a iniezione può formare direttamente pareti sottili e parti strutturali complesse. La forma del prodotto si avvicina ai requisiti del prodotto finale.

La tolleranza dimensionale del pezzo è solitamente mantenuta intorno a ±0,1 ±0,3, il che è particolarmente importante per ridurre i costi di lavorazione del carburo cementato, difficile da lavorare, e per ridurre le perdite di lavorazione dei metalli preziosi.

Non vi è alcuna restrizione nella progettazione della forma, che è adatta a quasi tutti i prodotti. La tolleranza che non può essere raggiunta con lo stampaggio MIM può essere ottenuta con l’aiuto del trattamento superficiale.

La microstruttura del prodotto è uniforme, la densità è elevata e le prestazioni sono buone.

Quando si pressa, la parete dello stampo e la polvere e la polvere e la polvere si sfregano l’una contro l’altra e la pressione è irregolare. Ciò rende la microstruttura dei capelli pressati non uniforme. Quando si sinterizza, le parti metallurgiche in polvere pressate si restringono in modo non uniforme.

È quindi necessario abbassare la temperatura di sinterizzazione per ridurre questo effetto. Ma poi si ottengono grandi fori, bassa densità e scarsa densità del materiale, che rendono il prodotto debole.

In realtà, lo stampaggio a iniezione è un processo di stampaggio fluido. La presenza di leganti assicura che la polvere sia disposta in modo uniforme, eliminando la microstruttura non uniforme dei capelli, e quindi la densità del prodotto sinterizzato può raggiungere la densità teorica del suo materiale.

In condizioni normali, la densità del prodotto pressato può raggiungere solo 85% della densità teorica. L’alta densità del prodotto può aumentare la resistenza, rafforzare la tenacità, migliorare la duttilità, la conducibilità elettrica e termica e migliorare le proprietà magnetiche.

Alta efficienza, facilità di produzione su larga scala e su larga scala

Lo stampo metallico utilizzato nella tecnologia MIM ha una durata simile a quella degli stampi per lo stampaggio a iniezione di materie plastiche. Grazie all’utilizzo di stampi metallici, la tecnologia MIM è adatta alla produzione di massa di pezzi.

Poiché gli sbozzi dei prodotti sono formati da macchine per lo stampaggio a iniezione, l’efficienza produttiva è notevolmente migliorata, il costo di produzione è ridotto e la coerenza e la qualità e la ripetibilità dei prodotti stampati a iniezione sono buone, il che fornisce una garanzia per la produzione industriale su larga scala e su larga scala.

Il MIM è un processo che offre una maggiore flessibilità e consente di produrre migliaia o milioni di pezzi all’anno in modo molto economico. Come per le fusioni e i pezzi stampati a iniezione, il MIM richiede ai clienti di investire in stampi e costi di attrezzaggio, quindi per piccoli lotti di pezzi, di solito incide sulla stima dei costi.

Ampia gamma di materiali applicabili e ampi campi di applicazione

Sono numerosi i materiali utilizzabili per lo stampaggio a iniezione. In sostanza, qualsiasi materiale in polvere che possa essere colato ad alta temperatura può essere trasformato in componenti mediante il processo MIM, compresi i materiali difficili da lavorare e quelli ad alto punto di fusione nei processi produttivi tradizionali.

Inoltre, la MIM può effettuare ricerche sulla formula dei materiali in base ai requisiti dell’utente, realizzare qualsiasi combinazione di materiali in lega e trasformare i materiali compositi in parti. La MIM può lavorare molti materiali, tra cui acciaio basso legato, acciaio inossidabile, acciaio per utensili, lega a base di nichel, lega di tungsteno, carburo cementato, lega di titanio, materiale magnetico, lega KoVr, ceramica fine, ecc.

Sebbene le leghe non ferrose di alluminio e rame siano tecnicamente fattibili, di solito vengono lavorate con altri metodi più economici, come la pressofusione o la lavorazione meccanica.

Il processo MIM utilizza una polvere fine di grado micrometrico

Il MIM utilizza una polvere fine con un diametro delle particelle di 2-15μ, mentre la metallurgia delle polveri tradizionale utilizza una polvere con una dimensione delle particelle di 50-100μ. Le piccole dimensioni delle particelle possono accelerare la contrazione da sinterizzazione, migliorare le proprietà meccaniche, estendere la vita a fatica, migliorare la resistenza alla corrosione da stress e le proprietà magnetiche.

La dimensione delle particelle fini non solo aumenta il costo (circa 1-10 volte il prezzo della polvere di PM tradizionale), ma si agglomera facilmente, aumenta la difficoltà di miscelazione uniforme e la velocità di sgrassatura è relativamente lenta, riducendo così l’efficienza produttiva del processo MIM.

Rispetto alla metallurgia delle polveri tradizionale, la MIM aggiunge circa 30-55% (frazione di volume) di legante organico per garantire che il sistema di leganti in polvere possa essere riempito senza problemi nello stampo durante l’iniezione.

Quindi, per ottenere un prodotto finale denso, è necessario utilizzare una polvere fine che abbia una grande forza di sinterizzazione. Un altro aspetto positivo dell’uso di polvere fine è che la superficie del pezzo sinterizzato ha un bell’aspetto. Per garantire che i pezzi MIM si sinterizzino bene e abbiano buone proprietà, è necessario utilizzare una polvere il più possibile pura e con il minor contenuto di ossigeno possibile.

Con i pezzi complicati, di solito li si realizza scomponendoli in singole parti e poi mettendoli insieme. Il MIM è più economico perché si realizza l’intero pezzo in una sola volta e non è necessario eseguire tanti passaggi.

Inoltre, con la formatura tradizionale del metallo, più il pezzo è complicato, più costa. Con il MIM, il costo è lo stesso, indipendentemente dalla complessità del pezzo, perché lo stampo è più complicato. Più il pezzo è complicato, più il MIM è economico e più si risparmia.

Quali sono gli svantaggi dello stampaggio a iniezione dei metalli?

Costo di produzione elevato

Rispetto alla metallurgia delle polveri, il costo dei materiali della tecnologia di stampaggio a iniezione di polveri metalliche (MIM) è più elevato e i requisiti delle materie prime sono più severi. Ciò significa che il diametro della polvere metallica deve essere il più piccolo possibile. Per ottenere prestazioni migliori, il processo di stampaggio a iniezione di polveri metalliche (MIM) richiede l’aggiunta di un legante piuttosto che la metallurgia delle polveri.

Rispetto allo stampaggio a iniezione di materie plastiche tradizionali, richiede più fasi di post-lavorazione, come la rimozione del legante e la sinterizzazione, che possono aumentare i tempi e i costi di produzione.

Difficoltà nel controllo di qualità delle polveri

La tecnologia di stampaggio a iniezione delle polveri metalliche deve garantire molteplici parametri, come le dimensioni, la distribuzione e la forma della polvere, per garantire l’accuratezza e la resistenza del prodotto finito. Tuttavia, poiché la produzione e la lavorazione delle polveri sono facilmente influenzate da molteplici fattori, come l’ambiente e le attrezzature, il controllo della qualità delle polveri è difficile.

Qualità superficiale insoddisfacente

La tecnologia di stampaggio a iniezione delle polveri metalliche presenta problemi di qualità legati all’organizzazione e alla superficie. Le polveri metalliche presentano spesso problemi come densità non uniforme, pori e difetti durante il processo di stampaggio a iniezione. Questi problemi non solo influiscono sulle prestazioni di lavoro del prodotto finito, ma comportano anche una qualità superficiale insoddisfacente, una facile formazione di ruggine e danni.

Requisiti elevati per attrezzature e materiali

La tecnologia di stampaggio a iniezione di polveri metalliche (MIM) richiede macchine speciali per l’iniezione e attrezzature per la sinterizzazione, che sono costose e difficili da mantenere. Inoltre, la produzione, l’immagazzinamento e la lavorazione delle polveri metalliche richiedono ambienti e condizioni rigorose, che non favoriscono la produzione e la gestione aziendale.

Le parti MIM sono solitamente di dimensioni ridotte

Poiché il forno della tecnologia di stampaggio a iniezione di polveri metalliche ha uno spazio operativo ridotto, i pezzi MIM prodotti sono solitamente piccoli.

Il campo di applicazione di questa tecnologia di stampaggio a iniezione di polveri metalliche è limitato a dimensioni di 10–15 mm, ad esempio per pezzi di precisione dalla forma irregolare, componenti complessi, microingranaggi ottenuti mediante metallurgia delle polveri e ingranaggi a modulo ridotto. Questo è anche uno dei motivi che limitano fortemente lo sviluppo della tecnologia MIM.

Fattori di produzione

Il produttore di polveri metalliche Xintaixing ritiene che, poiché gli stampi sono costosi, la tecnologia di stampaggio a iniezione di polveri metalliche sia migliore per la produzione su larga scala. Quindi, per alcuni piccoli pezzi metallici dalle forme complesse ma con requisiti non elevati, la lavorazione CNC può essere più economica e conveniente.

Quali sono i campi di applicazione della tecnologia di stampaggio a iniezione dei metalli?

Industria automobilistica: lo stampaggio a iniezione dei metalli è ampiamente utilizzato per produrre componenti di motori, ingranaggi, alberi a camme e altri particolari.

**Industria elettronica:** nel settore elettronico utilizziamo la tecnologia dello stampaggio a iniezione dei metalli per produrre involucri e componenti metallici destinati a prodotti quali telefoni cellulari, computer e televisori.

**Dispositivi medici:** lo stampaggio a iniezione dei metalli è usato nel medicale per strumenti chirurgici, impianti dentali ecc.

**Altri settori:**La tecnologia dello stampaggio a iniezione di metalli (MIM) è utilizzata anche nei settori aerospaziale, energetico, chimico e in altri comparti.

Conclusione

In sintesi, lo stampaggio a iniezione di polveri metalliche (MIM) è una tecnologia avanzata per produrre componenti metallici. Viene impiegato in numerosi settori perché consente di realizzare efficacemente pezzi metallici ad alta densità e dalla geometria complessa. È simile al normale stampaggio a iniezione della plastica, ma applicato ai metalli.

È possibile realizzare pezzi molto resistenti e ricchi di dettagli. Ma il MIM non è perfetto. È costoso, è difficile controllare la qualità della polvere e servono macchine speciali per farlo. Questi fattori rendono difficile l’uso del MIM per grandi produzioni o per pezzi che devono essere economici.

Quindi, il MIM va bene per alcune cose, ma non per tutto. Se si vogliono realizzare dei pezzi, bisogna pensare a cosa si vuole realizzare e a quanto costa.

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