多くのメーカーが、小さくて複雑な金属部品を必要としています。従来の機械加工では、高いコストがかかり、材料が無駄になることが多い。粉末冶金では、強度や細部の点で限界があります。金属射出成形はこれらの問題を解決します。MIMは、プラスチック射出成形の細部と金属の強度を組み合わせたものです。MIMは、強度が高く、細部まで作り込まれた部品を低コストで製造することができます。
MIMというと、プラスチックと金属をミックスしたような響きがある。それはその通りだからだ。では、MIMがどのように機能し、どのような場所で使用されているのかを詳しく見てみよう。
金属射出成形とは？
金属射出成形（MIM）は、金属粉末とプラスチック・バインダーを使用する製造方法である。まず、金属粉末はバインダーと混合して原料を形成する。この混合物は、プラスチック部品の製造方法と同じように、金型に注入される。
成形後、脱バインダーと呼ばれる工程でバインダーが取り除かれる。その後、部品は焼結工程で炉の中で加熱される。この工程で金属粒子が結合し、緻密で強度の高い最終部品ができる。その結果、高い精度と良好な表面仕上げを備えた金属部品ができる。
MIMは小さくて複雑な部品を大量に作るのに優れている。また、材料の無駄や後加工の手間を省くことができます。
金属射出成形に使用される材料
MIMでは、適切な材料を選択することが重要である。このプロセスでは、成形し、流動させ、きれいに焼き切ることができる微細な金属粉末とバインダーが必要です。ミックスの各部分はそれぞれ異なる役割を果たします。
金属粉末の種類
MIMは優れた金属粉末を使用する。これらの粉末の大きさは通常20ミクロン以下です。粒子が小さいと、混合物がより効果的に金型に充填され、焼結してより密度の高い部品になります。
MIMに使用される一般的な金属には、以下のようなものがある：
- ステンレス耐食性と強度のために
- 低合金鋼構造部品用
- チタン軽量かつ高強度
- 銅良好な電気伝導性
- タングステンとカーバイド合金耐摩耗性と硬度
バインダー材料とその役割
バインダーは、成形中に金属粉末をつなぎ合わせる。バインダーはプラスチックのような流動性を原料に与え、プラスチック樹脂のように金型に充填することができる。
バインダーは通常、以下の素材でできている：
- ワックス
- ポリマー
- 混合または成形を改善する添加剤
部品が成形された後、バインダーを取り除かなければならない。この工程を脱バインダーと呼ぶ。バインダーはきれいに燃焼し、焼結に影響を与えるような残留物を残してはならない。
用途に応じた素材選択
選択する金属とバインダーは、部品が何を必要とするかによって異なります。例えば
- 医療器具や時計の部品にはステンレスを使用する。
- チタンは航空宇宙部品や手術用部品に使用する。
- 丈夫な機械部品には低合金鋼を使用する。
金属射出成形プロセス
MIMには主に4つのステップがある。それぞれが金属を成形し、粉末を完成部品に変える上で重要な役割を果たす。この工程は繰り返し可能で、複雑な形状にも適している。
原料の準備
まず、金属粉末をバインダーと混合する。この混合物を原料と呼ぶ。バインダーは、成形工程で金属粉が流動するのを助ける。
混合は均一でなければならない。パウダーとバインダーがうまく混ざっていないと、後で欠陥の原因になる。準備が整うと、原料はプラスチック樹脂と同じようにペレットに変換される。
射出成形ステージ
ペレットは加熱され、圧力下で金型に注入される。この工程は、プラスチック射出成形と同じです。金型は部品の形状と表面の特徴を決定する。
出来上がったのが "グリーンパーツ "だ。これは最終的なピースの形をしているが、まだバインダーによって固定されている。緑の部分は壊れやすい。次のステップに進む前に、慎重に扱わなければならない。
脱バインダー工程の説明
次にバインダーを取り除く。このステップを脱バインダーと呼ぶ。やり方はいくつかある：
- 溶剤脱バインダー液体でバインダーの一部を溶かす。
- 熱脱バインダー： ゆっくり加熱して残りを取り除く
この後、"茶色の部分 "ができる。まだ金属の形を保っているが、バインダーがない。この段階では非常に多孔質で弱い。
焼結と高密度化
茶色の部分は炉に入れられる。金属の融点近くまで加熱されるが、溶融はしない。これが焼結である。焼結中、金属粒子は結合する。部品は収縮し、密度が高くなる。
焼結後、部品は最終的な形状、強度、サイズを持つ。収縮率は通常15-20%程度であるため、設計に織り込んでおく必要がある。
MIMの設計に関する考察
MIMで最良の結果を得るためには、部品はプロセスを念頭に置いて設計されなければならない。いくつかの機能は簡単に作ることができます。また、欠陥や追加コストの発生を避けるために、特別な配慮が必要なものもあります。
公差と肉厚
MIM部品は厳しい公差を保持することができます。一般的な公差は、部品サイズの±0.3%です。多くの場合、二次加工は必要ありません。
肉厚は均一でなければならない。0.5mm以下の薄肉は可能だが、反りの原因となる。肉厚が厚いと、脱バインダーや焼結工程が遅くなることがある。良好な範囲は0.5mmから4mmである。
肉厚の急激な変化は避けるべきである。徐々に変化させることで、応力や歪みを軽減することができます。
アンダーカット、スレッド、複雑な形状
MIMは複雑な形状を作る際に威力を発揮する。アンダーカット、穴、細かいディテールの加工は 加工 または 鋳造.
などの特徴がある：
- 内ネジ
- サイドホール
- ギア歯
- ロゴまたはテクスチャ
これらは部品に直接成形することができる。ただし、スライドや中子などの特殊な金型が必要な場合もある。
デザイナーは鋭角や深い角を避けるべきである。 盲穴.これらはバインダーを閉じ込めたり、焼結プロセス中に応力を発生させたりする可能性がある。
ボリュームとパーツの統合
MIMは大量生産に最適です。金型コストは高いが、部品コストは数量が増えるにつれて下がる。良いアプリケーションは、年間数千個から始まります。
MIMは部品の統合も可能にする。複数の部品を機械加工して接合する代わりに、MIMはそれらを1つの部品に成形することができる。これにより、コスト、重量、組み立て工程が削減される。
金属射出成形の利点
MIMは、特に小さくて複雑な金属部品を大量に生産する場合に、いくつかの大きな利点を提供する。機械加工と従来の粉末冶金とのギャップを埋める。
複雑な部品のための高精度
MIMは、非常に厳しい公差と微細なディテールを持つ部品を作ることができる。複雑な形状や機械加工が困難な高価な形状にも対応できます。小さな穴、鋭いエッジ、テクスチャ加工された表面などの特徴を直接成形することができます。
大量生産のためのコスト効率
一旦金型が作られれば、MIMは大量生産において高い費用対効果を発揮する。部品はほぼ完成した状態で金型から出てきます。時間と労力が節約できます。数量が増えれば増えるほど、部品あたりのコストは下がります。
最小限の廃棄と高い材料利用
MIMは最終部品にほとんどすべての金属粉を使う。スクラップはほんのわずかだ。これは、大量の金属を削り取るCNC機械加工に比べ、大きな利点である。
機械的特性の向上
MIM部品は堅固で密度が高い。その密度は95%を超える。このため、強度、硬度、耐摩耗性に優れています。
制限と課題
MIMには多くの利点がある一方で、限界もある。生産中の驚きを避けるため、これらはプロジェクトの初期段階で理解しておく必要がある。
高い初期金型費用
MIMはカスタム金型を必要とする。これらの金型は設計と製作にコストがかかる。生産量が少ない場合、金型費用は割に合わないかもしれません。
素材の収縮と歪み
MIM部品は焼結中に収縮する。収縮率は約15-20%です。うまく管理しないと、歪みや部品サイズの不揃いの原因となります。
中小サイズの部品に最適
MIMは、通常100グラム以下の小さな部品に最適です。大きな部品は均等に加工するのが難しい。脱バインダーと焼結はより時間がかかり、リスクも高い。
金属射出成形の用途
MIMは多くの産業で使用されている。MIMは、精度と体積が重要な小型の高強度部品の製造に役立っています。このような部品は気づかれないことが多いのですが、重要なシステムで重要な役割を果たしています。
医療機器と手術器具
MIMは手術器具、歯科用ブラケット、整形外科用器具などによく使われている。これらの部品は、小型で強度があり、耐腐食性である必要があります。MIMは、医療用に必要な精度と清浄性を提供します。
航空宇宙・防衛部品
航空宇宙・防衛部品は軽量で耐久性があり、精密でなければならない。以下のような用途で使用されている。 ファスナーセンサーハウジング、ロックシステム、ブラケット。これらの部品は、MIMが提供できる強度と細部の恩恵を受けています。
家電とモバイル機器
MIMは携帯電話、ウェアラブル、ノートパソコンで一般的だ。ヒンジ、カメラモジュール、コネクターなどの部品は、MIMを使って作られることが多い。これにより、スリムなプロファイル、滑らかな表面、狭いデバイスのレイアウトにフィットする詳細な設計が可能になる。
自動車エンジン・トランスミッション部品
自動車では、MIMはギア、ターボチャージャー部品、レバー、ロック機構に使用されている。これらの部品は熱、圧力、摩耗に耐えなければならない。
結論
金属射出成形は、プラスチック射出成形と金属加工を組み合わせた方法である。バインダーと混ぜ合わせた微細な金属粉末を使い、複雑な形状を成形する。MIMは、小さくて複雑な金属部品を大量に生産するのに理想的です。精度、強度、コスト削減を実現します。
厳しい公差と卓越した強度を備えたカスタム金属部品が必要ですか？ お問い合わせ をご覧ください。私たちのチームは、プロトタイプからフルスケールまで、お客様の生産をサポートする準備が整っています。
ケビン・リー
レーザー切断、曲げ加工、溶接、表面処理技術を専門とし、板金加工において10年以上の実務経験があります。シェンゲンのテクニカルディレクターとして、複雑な製造上の課題を解決し、各プロジェクトにおける革新と品質の向上に尽力しています。
