Многие производители нуждаются в небольших сложных металлических деталях. Традиционная механическая обработка часто требует больших затрат и приводит к отходам материала. Порошковая металлургия имеет ограничения по прочности и детализации. Литье металлов под давлением решает эти проблемы. Оно сочетает в себе детали литья пластмассы под давлением с прочностью металла. MIM позволяет получать прочные и детализированные детали по более низкой цене.
MIM звучит как смесь пластиковых и металлических процессов. Так оно и есть. Теперь давайте подробнее рассмотрим, как это работает и где применяется.
Что такое литье металла под давлением?
Литье металла под давлением (MIM) - это метод производства, при котором используется металлический порошок и пластиковое связующее. Сначала металлический порошок смешивается со связующим веществом, образуя сырье. Эта смесь впрыскивается в форму, подобно тому, как изготавливаются пластиковые детали.
После формовки связующее удаляется на этапе, который называется дебридинг. Затем деталь нагревается в печи в процессе спекания. На этом этапе металлические частицы скрепляются, в результате чего получается плотная и прочная деталь. В результате получается металлическая деталь с высокой точностью и хорошей отделкой поверхности.
MIM отлично подходит для изготовления небольших и сложных деталей в больших количествах. Кроме того, он сокращает отходы материалов и работу по последующей обработке.
Материалы, используемые при литье металлов под давлением
Выбор правильных материалов имеет решающее значение для MIM. Для этого процесса необходимы тонкие металлические порошки и связующие вещества, которые могут формироваться, течь, а затем чисто сгорать. Каждый компонент смеси играет свою роль.
Виды металлических порошков
В MIM используются превосходные металлические порошки. Размер этих порошков обычно не превышает 20 микрон. Более мелкие частицы помогают смеси эффективнее заполнять форму и спекаться в более плотную деталь.
Распространенные металлы, используемые в MIM, включают в себя:
- Нержавеющая сталь: для обеспечения коррозионной стойкости и прочности
- Низколегированная сталь: для конструкционных деталей
- Титан: для легкого и высокопрочного
- Медь: для хорошей электропроводности
- Вольфрам и карбидные сплавы: для обеспечения износостойкости и твердости
Связующие материалы и их роль
Связующее вещество удерживает металлический порошок вместе во время формования. Оно обеспечивает сырьевой материал пластичной текучестью, позволяя ему заполнять форму подобно пластиковой смоле.
Переплетчики обычно изготавливаются из:
- Воски
- Полимеры
- Добавки для улучшения смешивания или формования
После того как деталь отформована, связующее необходимо удалить. Этот этап называется дебридингом. Связующее должно сгорать чисто и не оставлять остатков, которые могут повлиять на спекание.
Выбор материала в зависимости от области применения
Выбор металла и связующего зависит от того, что должна делать деталь. Например:
- Используйте нержавеющую сталь для изготовления медицинских инструментов или деталей часов.
- Используйте титан для изготовления аэрокосмических и хирургических деталей.
- Для изготовления прочных механических деталей используйте низколегированную сталь.
Процесс литья металла под давлением
MIM состоит из четырех основных этапов. Каждый из них играет решающую роль в формировании металла и превращении порошка в готовую деталь. Процесс повторяется и подходит для сложных форм.
Подготовка сырья
Сначала металлический порошок смешивают со связующим веществом. Эта смесь называется сырьем. Связующее вещество помогает металлическому порошку течь в процессе формовки.
Смесь должна быть однородной. Если порошок и связующее плохо перемешаны, это может привести к дефектам в дальнейшем. После приготовления сырье превращается в гранулы, похожие на пластиковую смолу.
Стадия литья под давлением
Гранулы нагреваются и под давлением впрыскиваются в форму. Этот процесс похож на литье пластмассы под давлением. Форма определяет форму детали и особенности ее поверхности.
В результате получается "зеленая деталь". Она имеет форму конечной детали, но все еще удерживается связующим материалом. Зеленая часть хрупкая. С ней нужно обращаться осторожно до следующих шагов.
Объяснение процесса дебиндинга
Затем удаляется связующее вещество. Этот этап называется дебиндинг. Существует несколько способов его выполнения:
- Растворитель: использует жидкость для растворения части связующего вещества.
- Термообработка: медленно нагревает деталь, чтобы удалить остатки
После этого вы получаете "коричневую часть". Она все еще сохраняет металлическую форму, но не имеет связующего вещества. На этом этапе она очень пористая и слабая.
Спекание и уплотнение
Коричневая часть отправляется в печь. Она нагревается до температуры плавления металла, но не расплавляется. Это и есть спекание. Во время спекания частицы металла скрепляются между собой. Деталь сжимается и становится плотной.
После спекания деталь приобретает окончательную форму, прочность и размер. Усадка обычно составляет около 15-20%, поэтому она должна быть учтена при проектировании.
Конструкторские соображения для MIM
Чтобы добиться наилучших результатов при использовании MIM, деталь должна быть спроектирована с учетом особенностей процесса. Некоторые элементы легко сделать. Другие требуют дополнительного внимания, чтобы избежать дефектов или дополнительных расходов.
Допуски и толщина стенок
Детали MIM могут иметь жесткие допуски. Типичные допуски составляют ±0,3% от размера детали. Во многих случаях вторичная обработка не требуется.
Толщина стенок должна быть равномерной. Тонкие стенки менее 0,5 мм возможны, но могут вызвать коробление. Толстые стенки могут замедлить процессы дебридинга и спекания. Хороший диапазон - от 0,5 мм до 4 мм.
Следует избегать резких изменений толщины стенок. Постепенный переход снижает напряжение и деформацию.
Подрезы, резьба и сложные геометрические формы
MIM особенно хорош при изготовлении сложных форм. Подрезы, отверстия и мелкие детали здесь проще, чем в обработка или Кастинг.
Такие характеристики, как:
- Внутренние нити
- Боковые отверстия
- Зубья шестерен
- Логотипы или текстуры
Они могут быть отлиты непосредственно в детали. Однако для некоторых из них может потребоваться специальная оснастка, например направляющие или стержни.
Дизайнерам следует избегать острых углов и глубоких глухие дыры. Они могут задерживать связующее вещество или вызывать напряжение в процессе спекания.
Объединение объемов и деталей
MIM лучше всего подходит для крупносерийного производства. Стоимость оснастки высока, но стоимость деталей снижается с увеличением объема. Хорошие приложения начинаются с тысяч изделий в год.
MIM также позволяет объединять детали. Вместо того чтобы обрабатывать и соединять несколько деталей, MIM позволяет сформовать их в единую деталь. Это снижает стоимость, вес и количество этапов сборки.
Преимущества литья металлов под давлением
MIM обладает рядом существенных преимуществ, особенно при производстве небольших сложных металлических деталей в больших количествах. Он заполняет промежуток между механической обработкой и традиционной порошковой металлургией.
Высокая точность для сложных деталей
MIM позволяет создавать детали с очень жесткими допусками и мелкими деталями. Он позволяет обрабатывать сложные или дорогостоящие формы. Такие детали, как небольшие отверстия, острые края и текстурированные поверхности, можно отливать напрямую.
Эффективность затрат при массовом производстве
После изготовления пресс-формы MIM становится очень экономичным при больших партиях. Детали выходят из пресс-формы почти готовыми. Вы экономите время и рабочую силу. Стоимость одной детали снижается по мере увеличения объема.
Минимум отходов и высокая степень использования материалов
В MIM почти весь металлический порошок используется в конечной детали. Остается лишь незначительное количество обрезков. Это значительное преимущество по сравнению с обработкой на станках с ЧПУ, которая предполагает срезание большого количества металла.
Улучшенные механические свойства
Детали MIM отличаются прочностью и плотностью. Они могут достигать более 95% плотности деформируемого материала. Это придает им отличную прочность, твердость и износостойкость.
Ограничения и проблемы
Хотя MIM обладает многочисленными преимуществами, у него есть и свои ограничения. Их следует понимать на ранних этапах проекта, чтобы избежать неожиданностей во время производства.
Высокие первоначальные затраты на оснастку
Для MIM требуются специальные пресс-формы. Разработка и изготовление таких форм требует больших затрат. Если объем производства невелик, затраты на оснастку могут оказаться нецелесообразными.
Усадка и деформация материала
Детали MIM усаживаются во время спекания. Усадка составляет около 15-20%. При отсутствии должного контроля это может привести к деформации или неравномерному размеру деталей.
Лучше всего подходит для деталей малого и среднего размера
MIM идеально подходит для небольших деталей, обычно весом менее 100 граммов. Более крупные детали сложнее обрабатывать равномерно. Обдирка и спекание занимают больше времени и сопряжены с большим риском.
Области применения литья металлов под давлением
MIM используется во многих отраслях промышленности. Он помогает изготавливать небольшие высокопрочные детали, для которых важны точность и объем. Такие детали часто остаются незамеченными, но играют ключевую роль в критически важных системах.
Медицинские приборы и хирургические инструменты
MIM часто используется в хирургических инструментах, стоматологических скобах и ортопедических устройствах. Эти детали должны быть маленькими, прочными и устойчивыми к коррозии. MIM обеспечивает необходимую точность и чистоту, требуемые для использования в медицине.
Компоненты для аэрокосмической и оборонной промышленности
Детали для аэрокосмической и оборонной промышленности должны быть легкими, прочными и точными. Они используются в крепежные деталиКорпуса датчиков, системы блокировки и кронштейны. Эти детали выигрывают от прочности и детализации, которые может обеспечить MIM.
Потребительская электроника и мобильные устройства
MIM широко распространен в мобильных телефонах, носимых устройствах и ноутбуках. Такие детали, как петли, модули камер и разъемы, часто изготавливаются с использованием MIM. Он позволяет создавать тонкие профили, гладкие поверхности и детали, которые соответствуют узкой компоновке устройства.
Запчасти для автомобильных двигателей и трансмиссий
В автомобилях MIM используется для изготовления шестеренок, компонентов турбокомпрессоров, рычагов и механизмов блокировки. Эти детали должны выдерживать нагрев, давление и износ.
Заключение
Литье металла под давлением - это метод, сочетающий литье пластмассы под давлением и обработку металла. Для литья сложных форм используется мелкий металлический порошок, смешанный со связующим веществом. MIM идеально подходит для производства небольших сложных металлических деталей в больших объемах. Он обеспечивает точность, прочность и экономию средств.
Вам нужны нестандартные металлические детали с жесткими допусками и исключительной прочностью? Свяжитесь с нами чтобы узнать, как MIM может помочь вашему следующему проекту. Наша команда готова поддержать ваше производство от прототипа до полномасштабного.
Привет, я Кевин Ли
Последние 10 лет я занимался различными формами изготовления листового металла и делился здесь интересными идеями из своего опыта работы в различных мастерских.
Связаться
Кевин Ли
У меня более десяти лет профессионального опыта в производстве листового металла, специализирующегося на лазерной резке, гибке, сварке и методах обработки поверхности. Как технический директор Shengen, я стремлюсь решать сложные производственные задачи и внедрять инновации и качество в каждом проекте.
