[CNPIM] Processo inovador de moldagem por injeção de metal e tecnologia de molde relacionada

[CNPIM] Processo inovador de moldagem por injeção de metal e tecnologia de molde relacionada

Os processos listados neste artigo não são novos. Basicamente, tem aplicações muito maduras.

Este artigo refere-se ao conteúdo dos livros de Han Fenglin, visando um inventário sistemático para consulta e referência de amigos necessitados.

O processo de moldagem por injeção de metal é uma tecnologia multidisciplinar e um dos processos avançados de moldagem de precisão para peças metálicas.

O processo de moldagem por injeção de metais vem sendo gradativamente reconhecido, aceito e valorizado pelas pessoas. A fim de alcançar requisitos de produção de peças mais complexos, as tecnologias mais recentes em muitos campos foram introduzidas na indústria MIM e foram vigorosamente inovadas. Portanto, novas tecnologias e novos processos de moldagem por injeção de metal também vêm surgindo e aplicados ao desenvolvimento e produção.

Em seguida, vamos fazer um inventário.

1. Tecnologia de moldagem por microinjeção de metal (μ- MIM)

Sistemas micromecânicos ou microeletromecânicos (MEMS) é uma nova interdisciplinaridade desenvolvida no final da década de 1980 e tem sido reconhecida como uma das principais disciplinas do século XXI.

A praticabilidade da micromecânica ou MEMS depende do progresso da tecnologia de microusinagem. A tecnologia de moldagem por microinjeção de metal é o método mais eficaz para a produção em massa de peças de micrometal ou cerâmica de alta precisão e alto desempenho.

A tecnologia de moldagem por microinjeção de metal refere-se a uma tecnologia de processo que usa o processo MIM para produzir peças de metal ou cerâmica com tamanho micrométrico ou estrutura micrométrica. Geralmente se refere a peças de precisão com tamanho inferior a 1 mm ou estrutura fina de micrômetro local.

Atualmente, 25~50 pode ser preparado com pó fino apropriado μM de espessura, detalhes estruturais locais menores que 5 μM. A rugosidade da superfície é 2~3 μM de peças de metal ou cerâmica.

O tamanho das peças de moldagem por injeção de metal evoluiu para dois extremos. Peças de precisão de tamanho mícron têm enorme capacidade de mercado e potencial de desenvolvimento. O valor agregado técnico dessas peças pequenas é muito alto, como luva de metal de fibra óptica, cateter a laser, microbroca de circuito impresso, atuador microeletrônico e peças médicas odontológicas, e o preço é de 4.000 a 20.000 dólares por quilograma.

Os produtos de moldagem por microinjeção têm amplas perspectivas de aplicação em atuadores, sensores, bens de consumo de bolso, armas, aeroespacial, ferramentas de montagem eletrônica, analisadores de oxigênio, filtros e equipamentos médicos e de saúde.

Os principais obstáculos que restringem o desenvolvimento da tecnologia de microinjeção são a fabricação de micromoldes de precisão, o preenchimento de lacunas estreitas e a operação de peças pequenas.

Os moldes usados ​​para produzir essas micropeças de alta precisão são muito mais precisos do que os moldes convencionais, e vários tipos de dinheiro são necessários para a tecnologia de processamento fino, como fotolitografia, eletroformação, microcorte, microedm, etc. os problemas podem ser bem resolvidos usando LIGA (fabricação de placas alemãs, eletroformação e moldagem por injeção, três abreviações) e outros processos para fabricar moldes de espuma perdida de plástico.

Existem duas maneiras de fabricar molde de espuma perdida de plástico pelo processo LIGA:

Um processo é moldar o núcleo do molde de plástico PMMA, inserir o núcleo do molde de plástico PMMA na base do molde para moldagem por injeção direta de metal, o núcleo do molde de plástico PMMA e a parte em branco do MIM são separados da base do molde como um todo, e o MIM a parte em branco é deixada no núcleo do molde de plástico para desengorduramento direto e sinterização, que se torna um processo de replicação de uma etapa.

O outro processo é depositar uma camada de níquel metálico na superfície das peças de plástico PMMA por processo de eletroformação e, em seguida, descascar o plástico PMMA da casca de níquel e, em seguida, inserir a casca de níquel no molde de metal do processo de base do molde para formar o MIM parte em branco. Isso se torna um processo de replicação em duas etapas.

A precisão das peças formadas pelo processo de replicação em uma etapa é alta e as dificuldades de desmoldagem e subsequente operação das peças são resolvidas, mas o custo é alto; A precisão das peças formadas pelo processo de replicação em duas etapas é reduzida, o que é adequado para produção em massa, mas há dificuldades na desmoldagem e posterior operação das peças.

2. Tecnologia de moldagem por injeção composta de material multicomponente

É difícil para peças feitas de materiais de composição química única atender aos requisitos especiais da indústria de manufatura moderna para integração complexa de funções de peças. Diferentes partes de uma peça são feitas de diferentes materiais, e atender a diferentes requisitos funcionais é uma tendência de desenvolvimento da fabricação de peças modernas.

[CMPIM] Inovadormoldagem por injeção de metalprocesso e tecnologia de molde relacionada Tecnologia de moldagem por injeção de material composto de vários componentes

A tecnologia de moldagem por injeção de duas cores (multicoloridas) amplamente utilizada na indústria de plásticos foi introduzida no campo da moldagem por injeção de metal, tornando possível a dosagem e o tratamento eficiente de compostos complexos de metal ou cerâmica.

O princípio da tecnologia de moldagem por injeção composta é que uma máquina de injeção é equipada com dois ou mais conjuntos de barris ao mesmo tempo, e os materiais de injeção em cada conjunto de barris são os mesmos. O molde fixo do molde de múltiplas cavidades pode girar em torno do eixo rotativo e diferentes materiais de injeção são injetados em diferentes cavidades em cada posição. O espaço em branco da injeção inicial é deixado na parte mais interna e o molde é aberto após o resfriamento, mas não é desmoldado imediatamente. Depois que o molde fixo é girado em um determinado ângulo, o molde fixo é fechado e toda a cavidade se expande para fora em relação à primeira peça bruta de injeção e, em seguida, é realizada a segunda moldagem por injeção de diferentes materiais de injeção. Cada parte é formada por injeção múltipla e finalmente ejetada.

A introdução da tecnologia de moldagem por injeção composta de vários componentes pode atender aos requisitos de integração funcional e de desempenho de peças únicas, economizando matérias-primas valiosas e reduzindo custos.

A tecnologia composta tem amplas perspectivas de aplicação em muitos campos, como metal duro endurecido ou ferramentas de corte de cerâmica, bocal de liga de ferro-alumínio de aço inoxidável endurecido por precipitação, componentes eletrônicos magnéticos e não magnéticos e assim por diante.

Para o primeiro e segundo artigos, consulte a introdução mais detalhada: [Tecnologia] Nova tecnologia de moldagem por injeção de metal: μ- Introdução ao processo MIM e 2C-MIM

3. Tecnologia de moldagem assistida por gás (líquido)

O princípio de funcionamento da moldagem assistida por gás (líquido) é injetar uma certa quantidade de material de injeção fundido (fração de volume de 50 por cento ~ 80 por cento) na cavidade do molde e, em seguida, injetar gás pressurizado ou água do fundido para tornar o produto oco . O material de injeção fundido se expande e se encaixa totalmente na parede interna da cavidade do molde. Como o núcleo da parte mais espessa do produto é finalmente solidificado, é mais provável que essa parte se forme oca.

[CMPIM] Diagrama esquemático do processo inovador de moldagem por injeção de metal e equipamento de moldagem assistida por gás com tecnologia de molde relacionada

Como o volume muda com a pressão, o que torna o gás muito menor, o fluxo de água e a formação da espessura da parede oca são mais fáceis de controlar. Com o processo de formação assistida por corpo de gás (líquido), a liberdade de design é aumentada e os produtos com grandes diferenças de espessura de parede são fáceis de formar; A pressão de injeção pode ser reduzida e a distribuição da pressão interna do produto é mais uniforme; O produto participa da redução de tensões, empenamentos, colapsos e qualidade superficial; Pode encurtar o tempo de desengorduramento, reduzir o consumo de material e reduzir o peso das peças.

A tecnologia de moldagem assistida por gás (líquido) foi aplicada com sucesso nas áreas de cabeças de golfe, maçanetas de portas, artesanato, etc., com resultados notáveis.

4. Tecnologia de processamento e montagem de moldes de injeção

Embora a resistência da peça bruta de injeção antes do desengorduramento seja muito menor do que a das peças de metal sinterizadas, ela ainda possui uma certa resistência para ser processada e aparada.

A tecnologia de processamento de adição e subtração de materiais pode ser implementada para alterar o tamanho e a forma do espaço em branco. A injeção em branco antes do desengorduramento pode ser processada por corte de porta, processamento de linha de separação, perfuração, chanframento e outra remoção de material.

Como o blank é macio, o desgaste da ferramenta é bastante reduzido. A força do espaço em branco é fraca e fácil de ser danificada. Ele precisa de alta velocidade de corte e baixa taxa de avanço para atender a precisão de usinagem dimensional final.

O processo de montagem tradicional consiste em conectar as peças sinterizadas, sendo possível também combinar as peças brutas de injeção antes do desengorduramento. Atualmente, existem três métodos para o processo de montagem: primeiro, a peça inicial de moldagem é usada como uma inserção para a segunda moldagem por injeção; A segunda é a moldagem composta de materiais multicomponentes; Em terceiro lugar, monte o bloco de injeção única em um todo antes de desengordurar.

Se todas as peças em branco são formadas por moldagem por injeção de materiais de injeção idênticos, a propriedade de contração de sinterização de desengorduramento correspondente pode garantir sua boa combinação; Se cada blank for injetado por diferentes materiais de injeção, medidas devem ser tomadas para evitar rachaduras e deformações.

O uso dessa tecnologia pode simplificar a estrutura do molde e reduzir o custo do molde; Peças com formato mais complexo e difíceis de serem processadas pela tecnologia tradicional; Formando peças compostas com desempenho diferente e requisitos funcionais ou economizando matérias-primas valiosas.

5. Tecnologia de câmara quente

O molde de injeção de câmara quente é um molde de injeção de solidificação real sem corredor, e a tecnologia de câmara quente é uma tecnologia avançada no processo de injeção.

Por meio de tecnologia precisa de design, fabricação e controle, o material de injeção em todo o canal de fluxo é sempre mantido em estado fundido, sem produzir condensado no canal de fluxo, salivação e superaquecimento, separação ou degradação do material de injeção.

A estrutura da câmara quente é composta principalmente pelo bocal do canal principal, placa do corredor, bocal, elementos de medição de aquecimento e temperatura, peças de instalação e fixação.

[CMPIM] Processo inovador de moldagem por injeção de metal e tecnologia de molde relacionada - estrutura de câmara quente

Devido à alta dificuldade técnica, todo o sistema de câmara quente é geralmente projetado e fabricado por empresas profissionais. Um conjunto completo de moldes de canais quentes complexos é projetado e fabricado em conjunto por empresas de moldes de injeção experientes e empresas de equipamentos de canais quentes para garantir uma moldagem por injeção suave.

A estrutura do molde do sistema de câmara quente é complexa e o custo é alto, o que é adequado para produção contínua em massa:

-Todo o processo de injeção é mais fácil de realizar o controle automático usando o sistema de câmara quente sem corredor para o processo de desmoldagem;

-Não há mistura de materiais reciclados no corredor, o que melhora a estabilidade do processo produtivo e a consistência de qualidade dos produtos produzidos em grandes quantidades;

-Quando a perda de pressão no canal de fluxo é reduzida, a pressão de injeção pode ser reduzida, o que reduz a tendência de separação e degradação do material de injeção, reduz a tensão residual do produto e reduz a deformação;

-O tempo de retenção é maior e eficaz, reduzindo o encolhimento da peça de injeção, e a densidade de cada peça é mais uniforme;

-Pode fabricar produtos com tamanho maior, espessura de parede mais fina, forma mais complexa e maior precisão;

-Combinado com o portão latente que não pode ser usado no molde MIM, a eficiência da produção pode ser melhorada reduzindo o processamento do portão em branco;

-Economia de energia e produção em massa podem reduzir custos.

6. Tecnologia de ferramentas rápidas

O custo de fabricação dos moldes de produção normal costuma ser alto. Em muitos casos, é necessário fazer moldes experimentais para encontrar problemas que possam ocorrer durante todo o processo de verificação de projeto e produção, devendo o molde final ser modificado. Para se adaptar a esta situação, muitas tecnologias de moldes rápidos ou macios surgiram para fabricar moldes experimentais que podem atender à produção experimental de centenas de peças.

Atualmente, liga de alumínio, resina epóxi reforçada com partículas, cobre berílio, aço de baixo carbono, aço inoxidável e liga de cobalto têm sido usados ​​para fabricar moldes de injeção de metal macio. Devido à sua fácil formação, as ligas de zinco, alumínio e bismuto são ocasionalmente usadas para fabricar moldes de teste e protótipos de amostra.

No entanto, devido à facilidade de arranhões e danos, o molde de produção final usará materiais duros.

É uma tecnologia de molde relativamente nova para fazer moldes de injeção de plástico MIM com vida útil limitada com base no princípio do processo de molde de borracha de silicone. Despeje o plástico derretido ao redor da cavidade do molde-mãe. Após a solidificação e endurecimento, corte o plástico e retire o molde-mãe. Pressionado na base do molde restrito, esse molde de plástico pode ser usado para suportar centenas de testes de injeção de baixa pressão.

A tecnologia de prototipagem rápida a laser é um método muito simples de fabricação de moldes ou protótipos. Ele usa a acumulação integral de varredura a laser de pó de plástico ou metal para fabricar diretamente a cavidade do molde. Outro processo de fabricação de moldes da tecnologia de prototipagem rápida a laser é usar a resina empilhada ou o modelo de papel para fabricar a cavidade do molde por fundição de precisão ou eletroformação.

A superfície do molde fabricado por esses métodos é relativamente áspera e a precisão é baixa, o que não pode atender aos requisitos rigorosos do molde de produção.

A cavidade do molde ou seus componentes usados ​​na produção de lotes muito grandes são fáceis de usar. A tecnologia de ferramentas rápidas será um meio tecnológico muito eficaz.

7. Tecnologia de formação de núcleo fusível

Para peças com núcleo complexo ou estrutura especial que são difíceis de serem desmoldadas por métodos convencionais, a tecnologia de formação de núcleo fusível pode resolver o problema de moldagem de tais peças.

A ideia básica da tecnologia de moldagem de núcleo fusível é tornar a estrutura do núcleo parte da peça que é complexa ou difícil de ser desmoldada na inserção com resina, papel, metal de baixo ponto de fusão e outros materiais. Após a moldagem e desmoldagem, o inserto permanece no bloco de injeção e não sai imediatamente. Em seguida, as inserções deixadas no branco de injeção são removidas antes da sinterização por fusão, rachadura, dissolução de solvente e outros métodos.

Usando este método, é fácil realizar a produção em massa de peças que são difíceis ou impossíveis de serem fabricadas diretamente por moldagem por injeção de metal convencional, como côncavo interno circundante, rosca fina e rosca pequena