Wielu producentów potrzebuje małych, złożonych części metalowych. Tradycyjna obróbka skrawaniem często wiąże się z wysokimi kosztami i powoduje straty materiału. Metalurgia proszków ma ograniczenia pod względem wytrzymałości i szczegółowości. Formowanie wtryskowe metali rozwiązuje te problemy. Łączy w sobie szczegóły formowania wtryskowego tworzyw sztucznych z wytrzymałością metalu. MIM może produkować mocne, szczegółowe części przy niższych kosztach.
MIM brzmi jak połączenie plastiku i metalu. To dlatego, że tak właśnie jest. Przyjrzyjmy się teraz bliżej, jak to działa i gdzie jest używane.
Czym jest formowanie wtryskowe metalu?
Formowanie wtryskowe metalu (MIM) to metoda produkcji wykorzystująca proszek metalu i spoiwo z tworzywa sztucznego. Najpierw proszek metalowy miesza się ze spoiwem, tworząc surowiec. Mieszanka ta jest wtryskiwana do formy, podobnie jak w przypadku produkcji części z tworzyw sztucznych.
Po formowaniu spoiwo jest usuwane na etapie zwanym usuwaniem lepiszcza. Następnie część jest podgrzewana w piecu podczas procesu spiekania. Ten etap łączy cząsteczki metalu, tworząc gęstą i mocną część końcową. Rezultatem jest metalowy element o wysokiej dokładności i dobrym wykończeniu powierzchni.
MIM doskonale nadaje się do produkcji małych i złożonych części w dużych ilościach. Zmniejsza również ilość odpadów materiałowych i prac związanych z obróbką końcową.
Materiały stosowane w formowaniu wtryskowym metali
Wybór odpowiednich materiałów ma kluczowe znaczenie dla MIM. Proces ten wymaga drobnych proszków metali i spoiw, które mogą się formować, płynąć, a następnie czysto wypalać. Każda część mieszanki odgrywa inną rolę.
Rodzaje proszków metali
MIM wykorzystuje doskonałe proszki metali. Proszki te mają zwykle rozmiar mniejszy niż 20 mikronów. Mniejsze cząstki pomagają mieszaninie skuteczniej wypełniać formę i spiekać się w gęstszą część.
Powszechnie stosowane w MIM metale to m.in:
- Stal nierdzewnaodporność na korozję i wytrzymałość
- Stal niskostopowadla części konstrukcyjnych
- Tytanlekkość i wysoka wytrzymałość
- Miedźdla dobrego przewodnictwa elektrycznego
- Stopy wolframu i węglików spiekanychodporność na zużycie i twardość
Materiały wiążące i ich rola
Spoiwo utrzymuje proszek metalowy razem podczas formowania. Zapewnia materiałowi wsadowemu płynność podobną do tworzywa sztucznego, umożliwiając wypełnienie formy tak jak żywica z tworzywa sztucznego.
Segregatory są zwykle wykonane z:
- Woski
- Polimery
- Dodatki poprawiające mieszanie lub formowanie
Po uformowaniu części spoiwo musi zostać usunięte. Ten etap nazywany jest usuwaniem spoiwa. Spoiwo musi wypalić się czysto i nie pozostawiać żadnych pozostałości, które mogłyby wpłynąć na spiekanie.
Wybór materiału na podstawie zastosowania
Wybór metalu i spoiwa zależy od przeznaczenia danej części. Na przykład:
- Używaj stali nierdzewnej do narzędzi medycznych lub części zegarków.
- Używaj tytanu do produkcji części lotniczych lub chirurgicznych.
- W przypadku mocnych części mechanicznych należy używać stali niskostopowej.
Proces formowania wtryskowego metalu
MIM składa się z czterech głównych etapów. Każdy z nich odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu metalu i przekształcaniu proszku w gotową część. Proces ten jest powtarzalny i odpowiedni dla złożonych kształtów.
Przygotowanie surowca
Najpierw proszek metalowy jest mieszany ze spoiwem. Mieszanka ta nazywana jest surowcem. Spoiwo pomaga proszkowi metalowemu płynąć podczas procesu formowania.
Mieszanka musi być jednorodna. Jeśli proszek i spoiwo nie są dobrze wymieszane, może to spowodować późniejsze wady. Po przygotowaniu surowiec jest przekształcany w granulki, podobne do plastikowej żywicy.
Etap formowania wtryskowego
Granulki są podgrzewane i wtryskiwane do formy pod ciśnieniem. Ten etap działa jak formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych. Forma określa kształt i cechy powierzchni części.
Rezultatem jest "zielona część". Ma ona kształt końcowego elementu, ale nadal jest utrzymywana razem przez spoiwo. Zielona część jest delikatna. Należy obchodzić się z nią ostrożnie przed wykonaniem kolejnych kroków.
Wyjaśnienie procesu debindowania
Następnie usuwane jest spoiwo. Ten krok nazywany jest usuwaniem spoiwa. Można to zrobić na kilka sposobów:
- Wiązanie rozpuszczalnikiemwykorzystuje ciecz do rozpuszczenia części spoiwa
- Odszranianie termiczne: powoli podgrzewa część, aby usunąć resztę
Następnie otrzymujemy "brązową część". Nadal zachowuje swój metalowy kształt, ale brakuje mu spoiwa. Na tym etapie jest bardzo porowata i słaba.
Spiekanie i zagęszczanie
Brązowa część trafia do pieca. Jest podgrzewana do temperatury topnienia metalu, ale nie topiona. Jest to spiekanie. Podczas spiekania cząsteczki metalu łączą się ze sobą. Część kurczy się i staje się gęsta.
Po spiekaniu część ma swój ostateczny kształt, wytrzymałość i rozmiar. Skurcz wynosi zazwyczaj około 15-20%, więc musi być uwzględniony w projekcie.
Rozważania projektowe dla MIM
Aby uzyskać najlepsze wyniki z MIM, część musi być zaprojektowana z myślą o tym procesie. Niektóre funkcje są łatwe do wykonania. Inne wymagają dodatkowej uwagi, aby uniknąć wad lub dodatkowych kosztów.
Tolerancje i grubość ścianek
Części MIM mogą mieć wąskie tolerancje. Typowe tolerancje wynoszą ±0,3% rozmiaru części. W wielu przypadkach obróbka wtórna nie jest potrzebna.
Grubość ścianki powinna być równa. Cienkie ścianki poniżej 0,5 mm są możliwe, ale mogą powodować wypaczenia. Grube ścianki mogą spowalniać procesy usuwania lepiszcza i spiekania. Dobry zakres to od 0,5 mm do 4 mm.
Należy unikać nagłych zmian grubości ścianki. Stopniowe zmiany zmniejszają naprężenia i odkształcenia.
Podcięcia, gwinty i złożone geometrie
MIM wyróżnia się w tworzeniu złożonych kształtów. Podcięcia, otwory i drobne detale są tutaj łatwiejsze niż w przypadku obróbka Lub odlew.
Funkcje takie jak:
- Gwinty wewnętrzne
- Otwory boczne
- Zęby przekładni
- Logo lub tekstury
Mogą być one formowane bezpośrednio w części. Niektóre z nich mogą jednak wymagać specjalistycznego oprzyrządowania, takiego jak prowadnice lub rdzenie.
Projektanci powinni unikać ostrych narożników i głębokich ślepe otwory. Mogą one uwięzić spoiwo lub spowodować naprężenia podczas procesu spiekania.
Konsolidacja objętości i części
MIM jest najlepszym rozwiązaniem dla produkcji wielkoseryjnej. Koszt oprzyrządowania jest wysoki, ale koszt części spada wraz z wielkością produkcji. Dobre zastosowania zaczynają się od tysięcy sztuk rocznie.
MIM pozwala również na konsolidację części. Zamiast obrabiać i łączyć kilka części, MIM może uformować je w jeden element. Zmniejsza to koszty, wagę i etapy montażu.
Zalety formowania wtryskowego metali
MIM oferuje kilka znaczących korzyści, szczególnie w przypadku produkcji małych, skomplikowanych części metalowych w dużych ilościach. Wypełnia lukę między obróbką skrawaniem a tradycyjną metalurgią proszków.
Wysoka precyzja dla złożonych części
MIM może tworzyć części o bardzo wąskich tolerancjach i drobnych szczegółach. Obsługuje skomplikowane lub drogie w obróbce kształty. Cechy takie jak małe otwory, ostre krawędzie i teksturowane powierzchnie mogą być formowane bezpośrednio.
Efektywność kosztowa dla produkcji masowej
Po wykonaniu formy, MIM jest bardzo opłacalny w przypadku dużych serii. Części wychodzą z formy prawie gotowe. Oszczędzasz czas i pracę. Koszt pojedynczej części spada wraz ze wzrostem ilości.
Minimalna ilość odpadów i wysokie wykorzystanie materiałów
MIM wykorzystuje prawie cały proszek metalowy w końcowej części. Pozostaje niewielka ilość złomu. Jest to znacząca przewaga nad obróbką CNC, która wymaga wycinania dużych ilości metalu.
Ulepszone właściwości mechaniczne
Części MIM są twarde i gęste. Mogą osiągać gęstość ponad 95%. Zapewnia im to doskonałą wytrzymałość, twardość i odporność na zużycie.
Ograniczenia i wyzwania
Chociaż MIM ma wiele zalet, ma również swoje ograniczenia. Należy je zrozumieć na wczesnym etapie projektu, aby uniknąć niespodzianek podczas produkcji.
Wysokie początkowe koszty oprzyrządowania
MIM wymaga niestandardowych form. Ich zaprojektowanie i wykonanie jest kosztowne. Jeśli wielkość produkcji jest niska, koszt oprzyrządowania może nie być tego wart.
Skurcz i odkształcenie materiału
Części MIM kurczą się podczas spiekania. Skurcz wynosi około 15-20%. Jeśli nie jest dobrze zarządzany, może powodować zniekształcenia lub nierówne rozmiary części.
Najlepiej nadaje się do małych i średnich części
MIM jest idealny dla małych części, zwykle poniżej 100 gramów. Większe części są trudniejsze do równomiernego przetworzenia. Rozdrabnianie i spiekanie są bardziej czasochłonne i wiążą się z wyższym ryzykiem.
Zastosowania formowania wtryskowego metali
MIM jest stosowany w wielu branżach. Pomaga w produkcji małych, wytrzymałych części, gdzie precyzja i objętość mają kluczowe znaczenie. Części te często pozostają niezauważone, ale odgrywają kluczową rolę w krytycznych systemach.
Urządzenia medyczne i narzędzia chirurgiczne
MIM jest często stosowany w narzędziach chirurgicznych, wspornikach dentystycznych i urządzeniach ortopedycznych. Części te muszą być małe, wytrzymałe i odporne na korozję. MIM oferuje niezbędną dokładność i czystość wymaganą do zastosowań medycznych.
Komponenty lotnicze i obronne
Części lotnicze i obronne muszą być lekkie, trwałe i precyzyjne. Jest używany w elementy złączneObudowy czujników, systemy blokujące i wsporniki. Części te korzystają z wytrzymałości i szczegółowości, jakie może zapewnić technologia MIM.
Elektronika użytkowa i urządzenia mobilne
MIM jest powszechnie stosowany w telefonach komórkowych, urządzeniach ubieralnych i laptopach. Części takie jak zawiasy, moduły kamer i złącza są często wykonywane przy użyciu MIM. Pozwala to na uzyskanie smukłych profili, gładkich powierzchni i szczegółowych projektów, które pasują do ciasnych układów urządzeń.
Części samochodowe do silników i skrzyń biegów
W pojazdach MIM jest stosowany w przekładniach, elementach turbosprężarek, dźwigniach i mechanizmach blokujących. Części te muszą być odporne na ciepło, ciśnienie i zużycie.
Wnioski
Formowanie wtryskowe metalu to metoda łącząca formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych z obróbką metalu. Wykorzystuje ona drobny proszek metalowy zmieszany ze spoiwem do formowania złożonych kształtów. MIM jest idealny do produkcji małych, złożonych części metalowych w dużych ilościach. Oferuje precyzję, wytrzymałość i oszczędność kosztów.
Potrzebujesz niestandardowych części metalowych o wąskich tolerancjach i wyjątkowej wytrzymałości? Skontaktuj się z nami aby dowiedzieć się, jak MIM może pomóc w kolejnym projekcie. Nasz zespół jest gotowy wspierać produkcję od prototypu do pełnej skali.
Hej, jestem Kevin Lee
Przez ostatnie 10 lat byłem zanurzony w różnych formach produkcji blach, dzieląc się tutaj fajnymi spostrzeżeniami z moich doświadczeń w różnych warsztatach.
Skontaktuj się z nami
Kevin Lee
Mam ponad dziesięcioletnie doświadczenie zawodowe w produkcji blach, specjalizując się w cięciu laserowym, gięciu, spawaniu i technikach obróbki powierzchni. Jako dyrektor techniczny w Shengen, jestem zaangażowany w rozwiązywanie złożonych wyzwań produkcyjnych i napędzanie innowacji i jakości w każdym projekcie.
