¿Qué es el Proceso de Moldeo por Compresión de Polvos?

El moldeo por compresión de polvos es un proceso de fabricación utilizado para producir piezas a partir de polvos metálicos o cerámicos. En comparación con el proceso de moldeo por inyección cerámica-CIM y moldeo por inyección metálica-MIM, implica compactar materiales en polvo en una forma deseada aplicando presión, produciendo piezas metálicas o cerámicas a un costo menor y con menor complejidad.

Materiales

Los materiales más comunes utilizados son polvos metálicos como hierro, acero, aluminio, cobre, níquel y sus aleaciones. También se utilizan comúnmente varios grados de polvos de acero inoxidable. Se comprimen polvos de óxidos metálicos como alúmina, zirconia, ferritas y cerámicas no óxidas como carburo de silicio y nitruro de silicio para cerámicas. El tamaño de partícula y la distribución del polvo se controlan cuidadosamente según las propiedades finales necesarias de la pieza.

Herramental de Molde

El herramental del molde consiste en una cavidad de matriz hecha de acero para herramientas altamente endurecido o carburo de tungsteno. Los punzones o pistones superior e inferior aplican una fuerza compresiva sobre el polvo. Para alta producción, se utilizan moldes multicavidad. La superficie del molde se pule hasta obtener un acabado fino para impartir superficies lisas en las piezas compactadas.

Sistemas de Aglutinante

Se añaden materiales aglutinantes a los polvos metálicos o cerámicos para ayudar en el moldeo. Los aglutinantes proporcionan lubricidad para el flujo del polvo y resistencia en verde en las piezas compactadas para su manejo antes de la sinterización. Los aglutinantes típicos son cera, polímeros termoplásticos y otros agentes orgánicos añadidos hasta un 5% en volumen.

Proceso

Primero se llena la cavidad del molde con la mezcla de polvo utilizando un alimentador de reología controlada. Luego, los polvos se compactan entre los punzones a presiones de 100-300 MPa. Puede realizarse a temperatura ambiente o con calor aplicado. La presión, temperatura y tiempo se optimizan para lograr altas densidades en el compacto, generalmente superiores a 7.0 g/cc para metales. Luego, la pieza en verde se expulsa y se sinteriza.

Sinterización

Después de la eliminación del aglutinante, las piezas en verde se sinterizan a temperaturas cercanas al punto de fusión para fusionar las partículas por difusión atómica y densificar hasta la densidad total. Para aceros, la sinterización se realiza a 1120-1350°C en hidrógeno. Cerámicas como la alúmina y la zirconia se sinterizan entre 1500-1800°C. La pieza final también puede someterse a procesos secundarios como acuñado, tratamiento térmico, mecanizado y acabado superficial.

Aplicaciones

El moldeo por compresión de polvos es ideal para producir piezas metálicas y cerámicas pequeñas y complejas como engranajes, bujes, imanes, plaquitas de corte, terminales, válvulas, contactos y componentes refractarios. La fabricación de componentes automotrices y electrónicos son ejemplos significativos. El proceso también permite la fabricación de piezas porosas como filtros y mechas.

Ventajas

- Altas tasas de producción y bajo costo por pieza.

- Capacidad de forma neta o casi neta.

- Excelentes tolerancias dimensionales y acabados superficiales.

- Se pueden moldear varios metales, aleaciones y materiales cerámicos.

- El tratamiento térmico puede mejorar las propiedades de las piezas metálicas moldeadas.

- Posibilidad de componentes porosos mediante sinterización incompleta.

Limitaciones

- El tamaño de la pieza típicamente está restringido de unos pocos gramos a 0.5 kg.

- Las relaciones de aspecto no pueden ser muy altas, a diferencia del prensado en seco.

- Es más difícil lograr microestructuras finas en comparación con la fundición.

- Puede ser necesario un mecanizado secundario para alta precisión.

- La sinterización puede causar distorsión de forma y defectos.

- Menor complejidad de la pieza en comparación con el proceso MIM/CIM

El moldeo por compresión de polvos es un proceso eficiente y de precisión para conformar metales y cerámicas, adecuado para producir piezas pequeñas, intrincadas y de alta calidad a un costo relativamente bajo, lo que lo hace ideal para aplicaciones de producción en masa.

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