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21 de agosto de 2023

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Na edição da primavera de 2023 da PIM International (pp. 52-54), relatamos uma pesquisa abrangente que descreve o progresso significativo que foi feito na pesquisa do potencial da moldagem por injeção de pó de baixa pressão (LPIM) nas últimas duas décadas. Foi demonstrado que, além de ser um processo econômico para prototipagem e produção em pequenas séries de componentes complexos de formato quase final, o LPIM também tem sido usado com sucesso para produção de baixo e alto volume de formatos altamente complexos, particularmente no área de cerâmica. Algumas das principais vantagens do LPIM em comparação com o PIM de alta pressão são que as máquinas LPIM são geralmente menores em tamanho e utilizam mecânica hidráulica simples, resultando em menores custos de equipamento e menor consumo de energia. O LPIM geralmente utiliza uma matéria-prima de baixa viscosidade (<20 Pa.s), que é injetada usando uma pressão 50 a 200 vezes menor que a usada para o PIM convencional, resultando no benefício adicional de menor desgaste do molde. No entanto, apesar das vantagens de custo do LPIM, o entendimento atual da produção de componentes metálicos via LPIM permanece limitado a apenas algumas provas de conceito.

Incluída nesta pesquisa do LPIM estava uma referência à pesquisa na Ecole de Technologie Superieure, em Montreal, Canadá, sobre o uso de pós de ferro de formato irregular produzidos por atomização de água para matéria-prima LPIM. Os resultados mais recentes deste trabalho de pesquisa foram agora publicados no artigo: 'Influência do tamanho do pó na moldabilidade e nas propriedades sinterizadas da matéria-prima irregular à base de ferro usada na moldagem por injeção de pó de baixa pressão', de AA Tafti, V Demers, e V Brailovski da Ecole de Technologie Superieure em Montreal, e G Vachon da Rio Tinto Metal Powders, em Sorel-Tracy, Canadá, produtora do pó de ferro atomizado com água. O artigo foi publicado em Powder Technology Vol. 42, online em março de 2023.

Os autores afirmaram que pesquisas anteriores sobre a moldabilidade de matéria-prima usando pó de ferro atomizado com água de baixo custo e com formato de partícula irregular demonstraram que o LPIM era adequado para a fabricação de formas verdes complexas. A influência das características do pó e das condições de processamento do LPIM na densidade do sinterizado utilizando matérias-primas irregulares à base de ferro também foi estudada. O foco deste trabalho atual foi, portanto, estudar o efeito de diferentes tamanhos de partículas na moldabilidade da matéria-prima LPIM e também nas microestruturas finais e no desempenho mecânico de peças produzidas com pós irregulares à base de ferro.

Os autores relataram que os pós de ferro foram produzidos usando um fluxo de trabalho de três etapas, compreendendo atomização de água, moagem de atrito de alta energia e peneiramento. O processo de moagem por atrito, utilizado para reduzir o tamanho das partículas, pareceu ser responsável pela distribuição bimodal dos três lotes de pó produzidos: −45, −25 e −10 μm (correspondendo a uma malha de 325, 600 e 1250 , respectivamente). Em relação ao tamanho da peneira, diz-se que o pó −45 μm representa um lote de pó constituído por partículas que passaram através de uma abertura de peneira de 45 μm. A Tabela 1 mostra as propriedades físicas dos três tipos de pós de ferro produzidos.

Os pós de ferro foram misturados com um ligante desenvolvido especificamente para esta pesquisa, que compreendia (vol.%): 1% de SA, 2% de EVA, 2% de CW e 36-38% de PW, sendo o valor de PW uma função das cargas sólidas utilizadas para cada matéria-prima. O comportamento de moldagem das matérias-primas de pó de ferro foi avaliado em duas etapas. A primeira etapa avaliou o impacto do tamanho das partículas na viscosidade da matéria-prima e uma carga sólida comum para todos os lotes de pó foi definida como 57% em volume. Este valor corresponde à carga sólida trabalhável máxima do pó mais fino utilizado neste estudo (isto é, -10 μm). A segunda etapa analisou o desempenho geral de cada lote de pó durante o processo LPIM (isto é, principalmente a moldabilidade e sinterabilidade); a carga máxima de sólidos de cada lote de pó foi utilizada na formulação da matéria-prima. Esta carga de pó na matéria-prima variou de 57 a 59% em volume, com uma maior carga de sólidos observada à medida que os pós se tornaram mais grossos. Os autores descobriram, a partir de sua análise de moldabilidade, que a matéria-prima de -10 μm apresentou o melhor potencial de moldagem graças à sua maior homogeneidade da matéria-prima e uma carga sólida ligeiramente menor de 57 vol.%. A Figura 1 mostra a comparação entre o índice de moldabilidade alcançado e a distância de fluxo espiral alcançada no LPIM.