Reglas de diseño para la fabricación de piezas mediante moldeo por inyección de metales

El Moldeo por Inyección de Metales (MIM p Metal Injection Moulding) es actualmente una tecnología muy competitiva para la fabricación de pequeñas piezas de acero de alta precisión y complejidad. Coexiste con otras tecnologías como fundición, microfusión o fabricación aditiva. Desde un punto de vista de coste y cumplimiento de requerimientos funcionales, resulta clave la selección de la tecnología más eficiente a utilizar en un proyecto. En este artículo expondremos cuáles son las recomendaciones técnicas para sacarle el mayor partido a esta tecnología.  

Proceso de fabricación MIM

El proceso MIM – Metal Injection Moulding o Moldeo por Inyección de Metales es una tecnología apropiada para fabricar piezas de geometría compleja, de tamaño pequeño o medio en un amplio rango de materiales (aceros inoxidables, aceros de baja aleación, soft magnetic, acero de herramientas y cerámicas).  

Combina la técnica y versatilidad de la inyección de plástico con la técnica de sinterizado para producir piezas de alta densidad con tolerancias geométricas muy estrechas. 

Tenemos un artículo en el cual explicamos con detalle cuales son los pasos del proceso de fabricación con modelo de metales.

Ventajas y desventajas del Metal Injection Moulding

Las ventajas que ofrece la tecnología del Metal Injection Moulding frente a otras tecnologías de conformación de piezas en acero son:

• Mejores tolerancias dimensionales
• Eliminación de operaciones de mecanizado
• Reducción del espesor de paredes facilitando los diseños
• Mejores acabados superficiales

En el siguiente artículo puedes ampliar información sobre las ventajas y desventajas del MIM.

¿MIM o Microfusión?

Dentro de las diversas tecnologías de fabricación de piezas metálicas podemos señalar que el MIM cubre las piezas de complejidad media alta y un tamaño de lote medio alto (lotes mínimos de 5.000 piezas año). En el gráfico, puede apreciarse con claridad. Por su parte, la microfusión cubre el rango de complejidad similar al MIM pero para lotes más pequeños. 

La tendencia actual del mercado está empujando a la tecnología de la microfusión hacia piezas de mayor tamaño y mayor complejidad, mientras que las piezas de lotes más grandes son cada vez más frecuentes de fabricación en países con costes de mano de obra más bajos.

¿Cómo es la pieza MIM óptima? Tolerancias dimensionales en Ecrimesa y reglas de diseño recomendadas

La pieza MIM óptima podría definirse: 

• Longitud menor de 100 mm 
• Ratio longitud/anchura debe ser menor de 5 
• El peso puede variar entre 0.5 y 50 gr 
• Espesores de pared: entre un rango de 0.5 y 15 mm

Actualmente, las tolerancias dimensionales se rigen por una norma ISO 2768, si bien el Grupo Ecrimesa puede ofrecer para algunas dimensiones un rango mejor que el de la norma. Es necesario, en cualquier caso, analizar esta situación para cada pieza.

Tabla de tolerancias

DIMENSION (mm)	ECRIMESA	EPMA (ISO 2768)	INVESTMENT CASTING (D2 P690:2010)
<1.5	±0.03
<3	±0.04	±0.05	±0.12
3-6	±0.05	±0.06	±0.12
6-9	±0.06	±0.075	±0.14
9-12	±0.07	±0.075	±0.17
12-15	±0.08	±0.075	±0.17
15-20	±0.10	±0.15	±0.17
20-25	±0.12	±0.15	±0.20
25-30	±0.15	±0.15	±0.20
30-45	±0.18	±0.25	±0.30
45-60	±0.24	±0.25	±0.30
>60	±0.5%	±0.4%

• Longitud: Ecrimesa puede ofrecer piezas hasta 150 mm
• Ratio longitud/anchura debe ser menor de 5 
• Peso puede variar entre 0.5 y 50 gr, si bien Ecrimesa tiene piezas en fabricación hasta 200 gr, pero en este caso el ahorro de mecanizado debe ser alto para compensar los altos precios de la materia prima
• Espesor de pared mínimo con el que trabajamos: 0.4 mm 
• Radios internos mínimo: RO.2 
• Rugosidad superficial de proceso: Ra< 1.6 
• Planitud: 0.4 % de la máxima longitud de la superficie plana

• Alineación y concentricidad:  será mínimo de 0.1 mm y 0.4 % de la dimensión máxima

• Perpendicularidad: se puede garantizar un mínimo de 0.1 mm y 0.5 %

Son también de vital importancia para asegurar un proceso fiable, así como un coste de producción razonable y por ende un precio competitivo tener en cuenta a la hora de diseñar las piezas una serie de reglas de diseño: 

1. Uniformidad de los espesores de pared o al menos unas transiciones graduales para eliminar deformaciones, rechupes, grietas …etc.

2. Eliminar excesos de material para mejorar las tolerancias y reducir los costos de materia prima.

3. Diseñar superficies planas para facilitar el desbanderizado y sinterizado de las piezas, ya que estas se apoyan en planchas metálicas y así se evitan deformaciones durante el sinterizado o evitan la fabricación de apoyos complejos que encarecen el proceso.

4. Reducir las zonas tensiones usando taladros o radios en la esquinas interiores y externas; radios por encima de 0.2 mm siempre son de gran ayuda para mejorar la inyección y eliminar defectos. También es muy importante la eliminación de cantos vivos.

5. Se debe definir un área para el punto de inyección; hay que tener en cuenta que en esa zona puede quedar una marca; si esta marca en positivo o negativo es admisible, supondrá un ahorro en el coste de la pieza al reducir las operaciones de eliminación.

6. Definir una zona no crítica para la línea de desmoldeo.
7. Definir zonas para los expulsores de inyección.
8. Diseñar las piezas con un ángulo en el sentido de la expulsión de las piezas del molde, de manera que ayude a la salida de las piezas.
9. Prever unos planos laterales en las roscas exteriores para poder colocar el ellos la línea de desmoldeo y que no impida el funcionamiento de la rosca. Las roscas interiores se pueden hacer, pero por el alto coste de fabricación del molde no se recomienda.
10. Dimensionar bien los taladros: su diámetro debería ser menor que el espesor de las paredes que lo rodeen y su profundidad no superior a cinco veces el espesor de las paredes del material.
11. Se pueden realizar detalles tales como números, letras, logos en los moldes.

Metodología de trabajo en Ecrimesa Group: asesoramiento, prototipos para validación

No obstante, desde Ecrimesa Group colaboramos en el diseño de su pieza para reducir el coste de la misma, ya que contamos con técnicos muy experimentados en el desarrollo de piezas MIM, tras más de 2.200 proyectos realizados para sectores tan diversos como la automoción, herramientas, defensa, medicina, aeronaútica…etc. 

Nuestros responsables de proyecto trabajan sobre los planos o 3D y anticipan aquellas tolerancias que se obtendrán directamente por proceso, aquellas tolerancias que se deberían incrementar, y aquellos que se deben mecanizar si es preciso. Antes de la construcción, el molde se envía al cliente para su aprobación, así como la configuración de la pieza con las líneas de desmoldeo, expulsores, punto de inyección…etc. para la validación.

Si quieres saber más sobre nuestras tecnologías de fabricación de metales o iniciar tu proyecto MIM: