دليل شامل لعملية القولبة بحقن المعادن

مقدمة: القولبة بحقن المعادن (MIM) تقنية تجمع بين القولبة بالحقن البلاستيكي وتعدين المساحيق. يُخلط مسحوق المعدن مع مادة رابطة بوليمرية، ثم يُصهر الخليط ويُحقن في قالب باستخدام ماكينة قولبة بالحقن عادية.

وهي تقنية تصنيع متقدمة وفعالة تناسب إنتاج الأجزاء المعدنية التي تتطلب دقة عالية أو هندسة معقدة أو إنتاجًا واسع النطاق. ويستكشف هذا المقال أساسًا القولبة بحقن المعادن.

ما هو MIM؟

يجمع قولبة حقن المعادن بالحقن بين عمليات قولبة حقن البلاستيك التقليدية وعمليات حقن المساحيق المعدنية.

أولاً، تقوم بخلط المسحوق الذي تريده مع مادة رابطة. ثم تصنع كرات صغيرة من المزيج وتطلقها بالشكل الذي تريده. تقوم بإزالة المادة الرابطة عن طريق حرقها ومن ثم تحصل على الجزء المعدني الذي تريده، أو يمكنك القيام بالمزيد من الأشياء مثل إعادة تشكيله مرة أخرى، أو جعله يبدو أفضل، أو تسخينه، أو تقطيعه لجعله أفضل.

تصنيع MIM = تعدين المساحيق + القولبة بالحقن

تعد تقنية التصنيع متعدد الأشكال (MIM) منتجًا نموذجيًا متعدد التخصصات. فهو يدمج تقنيتي معالجة مختلفتين تمامًا (تعدين المساحيق وصب حقن البلاستيك) لتمكين المهندسين من التحرر من القيود التقليدية والحصول على قطع معدنية منخفضة السعر وذات شكل خاص من الفولاذ المقاوم للصدأ والنيكل والحديد والنحاس والتيتانيوم وغيرها من الأجزاء المعدنية من خلال صب حقن البلاستيك، لذلك فهو يتمتع بحرية تصميم أكبر من العديد من عمليات الإنتاج الأخرى.

ما هي عملية MIM؟

خطوات قولبة حقن المعادن بالحقن هي: أولاً، اختيار المسحوق المعدني الذي يلبي متطلبات قولبة حقن المعادن وخلطه مع مادة رابطة عضوية عند درجة حرارة معينة بطريقة مناسبة لعمل تغذية موحدة، ثم بعد التحبيب، استخدام آلة القولبة بالحقن لحقنه في تجويف القالب تحت حالة بلاستيكية ساخنة للحصول على فراغ مُشكّل، ثم إزالة الشحوم منه عن طريق الاستخلاص الكيميائي أو الاستخلاص بالمذيبات، وأخيراً الحصول على المنتج النهائي عن طريق التلبيد والتكثيف.

المسحوق المعدني

يتراوح حجم جسيمات المسحوق المعدني المستخدم في عملية قولبة حقن المعادن بشكل عام من 0.5 إلى 20 ميكرومتر. ومن الناحية النظرية، كلما كانت الجسيمات أدق، زادت مساحة السطح المحددة، وكان من الأسهل تشكيلها وتلبيدها. تستخدم عملية تعدين المسحوق التقليدية مسحوقًا خشنًا أكبر من 40 ميكرومترًا.

مادة لاصقة عضوية

يتم استخدام المادة اللاصقة العضوية لربط جزيئات المسحوق المعدني، بحيث يكون للخليط خصائص انسيابية وتشحيمية عند تسخينه في ماسورة ماكينة الحقن، أي أنها حاملة تدفع المسحوق إلى التدفق.

ولذلك، فإن اختيار المادة اللاصقة هو المفتاح لكامل عملية قولبة حقن المسحوق بالحقن. متطلبات المواد اللاصقة العضوية: جرعة صغيرة، أي أن استخدام كمية أقل من المادة اللاصقة يمكن أن يجعل الخليط يتمتع بخصائص انسيابية أفضل؛ غير تفاعلي، لا يوجد تفاعل كيميائي مع مسحوق المعدن أثناء إزالة المادة اللاصقة؛ سهل الإزالة، لا توجد بقايا كربون في المنتج.

الخلط والتحبيب

عند الخلط، يتم خلط المسحوق المعدني والمواد اللاصقة العضوية معًا بالتساوي لضبط خصائصهما الريولوجية إلى الحالة المناسبة للقولبة بالحقن.

يؤثر تجانس الخليط تأثيرًا مباشرًا على سيولته، وبالتالي يؤثر على معلمات عملية القولبة بالحقن وحتى الكثافة والخصائص الأخرى للمادة النهائية. يمكن سحق البقايا والنفايات الناتجة أثناء عملية القولبة بالحقن وتحبيبها وإعادة تدويرها.

القولبة بالحقن

عملية هذه الخطوة هي في الأساس نفس عملية قولبة حقن البلاستيك وظروف المعدات هي نفسها في الأساس.

أثناء عملية القولبة بالحقن، يتم تسخين الخليط في ماسورة ماكينة الحقن لتشكيل مادة بلاستيكية ذات خصائص انسيابية، ويتم حقنها في القالب تحت ضغط حقن مناسب لتشكيل الفراغ. يجب أن تكون كثافة الفراغ المقولب بالحقن موحدة على المستوى المجهري بحيث يتقلص المنتج بالتساوي أثناء عملية التلبيد.

يُعد التحكم في معلمات القولبة، مثل درجة حرارة الحقن ودرجة حرارة القالب وضغط الحقن وزمن التثبيت، ضروريًا للحصول على وزن ثابت للقطعة الخضراء. ويجب منع انفصال مكوّنات مادة الحقن وتفككها، وإلا أدى ذلك إلى فقدان الأبعاد والتشوه والخردة. إزالة المادة الرابطة

يجب إزالة المادة العضوية الرابطة في الفراغ المقولب قبل التلبيد. وهذا ما يسمى إزالة الترابط. يجب أن تتأكد عملية إزالة الترابط من أن المادة الرابطة يتم تفريغها تدريجيًا من أجزاء مختلفة من الفراغ على طول القنوات الصغيرة بين الجسيمات دون تقليل قوة الفراغ.

بعد أن يستخلص المذيب جزءًا من المادة الرابطة يجب أيضًا إزالة المادة الرابطة المتبقية عن طريق إزالة الترابط الحراري. وأثناء عملية إزالة الترابط، يجب التحكم في محتوى الكربون في الفراغ وتقليل محتوى الأكسجين.

التلبيد

تتم عملية التلبيد في فرن تلبيد مع جو يتم التحكم فيه. يتم تحقيق الكثافة العالية لأجزاء التصنيع بقطع التصنيع بقطع التصنيع المغناطيسي من خلال درجة حرارة التلبيد العالية ووقت التلبيد الطويل، مما يعزز ويحسن بشكل كبير من الخصائص الميكانيكية لمادة الجزء.

المعالجة اللاحقة

بالنسبة للأجزاء ذات متطلبات الأبعاد الأكثر دقة ومتطلبات الأداء الخاصة، تحتاج إلى إجراء بعض المعالجة اللاحقة. هذه العملية هي نفس عملية المعالجة الحرارية للمكونات المعدنية التقليدية المعقدة الشكل.

ما هي مزايا تقنية MIM؟

تجمع تقنية MIM بين مزايا تعدين المسحوق المعدني وصب حقن البلاستيك. فهو يخترق قيود عمليات قولبة المساحيق المعدنية التقليدية في شكل المنتج. فهي تستخدم تقنية القولبة بحقن البلاستيك لإنتاج كميات كبيرة وتشكيل الأجزاء المعقدة الشكل بكفاءة. وقد أصبحت تقنية التشكيل شبه الصافي للتصنيع الحديث للأجزاء الدقيقة عالية الجودة.

تتميز هذه التقنية بمزايا لا تضاهى مقارنةً بالمعادن المسحوق التقليدية، والتصنيع الآلي، والصب الدقيق، ويمكن استخدام التصنيع باستخدام الحاسب الآلي في المعالجة الثانوية لأجزاء التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (MIM)، مثل تصنيع الثقوب وتصنيع الخيوط وطحن السطح وما إلى ذلك، لتلبية متطلبات هندسية محددة.

الأجزاء المعقدة للغاية التي يمكن تشكيلها

بالمقارنة مع عمليات تشكيل المعادن الأخرى مثل ختم الصفائح المعدنية، يمكن لعمليات تشكيل القوالب المعدنية MIM صنع أجزاء ذات أشكال معقدة للغاية.

يمكن لقولبة MIM أيضًا صنع نفس الأشكال المعقدة التي يمكن لقولبة حقن البلاستيك صنعها.

ولهذا السبب، يمكن لـ MIM صنع الأجزاء التي كانت تُصنع بواسطة عمليات تشكيل المعادن الأخرى في قطعة واحدة.

وهذا يجعل تصميم الجزء أسهل، ويجعل الجزء أرخص، ويجعل تجميع الجزء أسهل، ويمكن استخدام التصنيع باستخدام الحاسب الآلي في المعالجة الثانوية لأجزاء التصنيع باستخدام الحاسب الآلي في المعالجة الثانوية لأجزاء التصنيع باستخدام القطع المدمجة، مثل تصنيع الثقوب وتصنيع الخيوط وطحن السطح وما إلى ذلك، لتلبية متطلبات هندسية محددة.

ارتفاع معدل استخدام المواد

تشكيل MIM هو عملية تشكيل شبه صافي. يكون شكل أجزائها قريبًا من شكل المنتج النهائي، ويكون معدل استخدام المواد مرتفعًا، وهو أمر مهم بشكل خاص لمعالجة فقدان المعادن الثمينة.

قد تكمل تقنيات المعادن المسامية وعمليات قولبة حقن المعادن بعضها البعض وتطورها عند تقاطع تصنيع المواد والتطبيق، مما يدفع تكنولوجيا تصنيع المواد نحو اتجاه أكثر كفاءة وتعقيدًا.

البنية المجهرية للأجزاء موحدة، والكثافة عالية، والأداء جيد

MIM هي عملية صنع الأشياء من السائل. الصمغ يجعل المسحوق يلتصق ببعضه البعض بحيث لا يوجد ثقوب في الشيء الذي تصنعه. ومن ثم يمكنك جعل الشيء الذي تصنعه ثقيلًا كما يجب أن يكون.

عادةً ما تجعل MIM الأشياء ثقيلة من 95% إلى 99%. إذا جعلت الأشياء ثقيلة، فإنها تصبح أقوى. كما أنها تصبح أكثر صلابة ومطاطية وأفضل في حمل الكهرباء والحرارة. كما أنها تصبح أفضل في كونها مغناطيسات.

يمكن أن تصل كثافة الأجزاء المضغوطة بواسطة قولبة المسحوق التقليدية إلى 85% فقط من الكثافة النظرية على الأكثر. ويرجع ذلك بشكل رئيسي إلى الاحتكاك بين جدار القالب والمسحوق وبين المساحيق، مما يجعل ضغط الضغط المكبوس موزعًا بشكل غير متساوٍ، مما يؤدي إلى بنية مجهرية غير متساوية للفراغ المضغوط.

سيؤدي هذا إلى انكماش أجزاء تعدين المساحيق المضغوطة بشكل غير متساوٍ أثناء عملية التلبيد، لذلك يجب خفض درجة حرارة التلبيد لتقليل هذا التأثير، مما يؤدي إلى مسامية كبيرة، وكثافة مواد ضعيفة، وكثافة منخفضة للمنتجات، مما يؤثر بشكل خطير على الخواص الميكانيكية للأجزاء.

كفاءة عالية، وسهولة تحقيق الإنتاج الضخم والواسع النطاق

تستخدم MIM ماكينات القولبة بالحقن لتشكيل القطع الخضراء، ما يرفع كفاءة الإنتاج بدرجة كبيرة ويجعلها مناسبة للإنتاج الكمي. كما تتميز منتجات القولبة بالحقن بالاتساق وقابلية التكرار، وهو ما يضمن ملاءمتها للإنتاج الصناعي الكمي والواسع النطاق.

تتميز تقنية القولبة بالحقن المعدني بمزايا كبيرة في تصنيع أجزاء السبائك المغناطيسية اللينة، ويمكنها تلبية متطلبات الأشكال المعقدة والدقة العالية، مع تقليل تكاليف الإنتاج وتحسين كفاءة الإنتاج.

مجموعة واسعة من المواد القابلة للتطبيق ومجالات التطبيق الواسعة

هناك الكثير من المواد المعدنية التي يمكن استخدامها في عملية التصنيع بقطع التصنيع المدمجة. وبصورة أساسية، يمكن تحويل أي مادة مسحوق يمكن صبها في درجة حرارة عالية إلى أجزاء بواسطة التصنيع بقطع التصنيع المدمج المتعدد الوسائط، بما في ذلك المواد التي يصعب معالجتها والمواد التي لها نقاط انصهار عالية في عملية التصنيع التقليدية.

تشمل المواد المعدنية التي يمكن معالجتها عن طريق التصنيع المدمج المتعدد الوسائط الفولاذ منخفض السبائك، والفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ للأدوات، والسبائك القائمة على النيكل، وسبائك التنجستن، والكربيد الأسمنتي، وسبائك التيتانيوم، والمواد المغناطيسية، وسبائك كوفار، والسيراميك الدقيق، وما إلى ذلك.

كما يمكن لـ MIM إجراء بحث عن صيغة المواد وفقًا لمتطلبات المستخدم، وصنع مواد السبائك من أي تركيبة، وصنع مواد مركبة في أجزاء.

إن قولبة سبائك الألومنيوم والنحاس غير الحديدية في قوالب MIM ممكنة من الناحية التقنية، ولكن عادةً ما يتم ذلك بطرق أخرى أكثر اقتصادًا، مثل الصب بالقالب أو التصنيع الآلي.

ما هي خصائص منتجات MIM؟

التعقيد

لا توجد قيود على الشكل في عملية MIM، مثل القولبة بالحقن، لا توجد قيود على الشكل. نظرًا لأن MIM هي عملية قولبة، فإن إضافة ميزات لا تضيف تكلفة، مما يجعل MIM طريقة رائعة لدمج الأجزاء في منتجات متعددة الوظائف. قواعد تصميم MIM قريبة جدًا من القولبة بالحقن، مما يجعلها مناسبة لجميع المنتجات تقريبًا.

الدقة

عادةً ما يكون التصميم المرجعي لدقة التشكيل الصافي لقولبة MIM ± 0.5% من الحجم. يمكن أن تصل دقة التشكيل الصافي لبعض الخصائص إلى ± 0.3%. مثل التقنيات الأخرى، كلما زادت متطلبات الدقة كلما زادت التكلفة، لذلك يتم تشجيع الاسترخاء المعتدل لمتطلبات التفاوت المسموح به إذا سمحت الجودة بذلك. يمكن تحقيق التفاوتات التي لا يمكن تحقيقها باستخدام MIM في مسار واحد بمساعدة المعالجة السطحية.

الوزن والحجم

يعتبر التصنيع بقطع MIM رائعًا للأجزاء التي يقل وزنها عن 100 جرام، والأقل من 50 جرامًا هو الأكثر فعالية من حيث التكلفة. ومع ذلك، يمكن تصنيع أجزاء يصل وزنها إلى 250 جرامًا. وتتمثل التكلفة الرئيسية لتصنيع القوالب MIM في المواد الخام، لذلك تستخدم MIM تقنيات جديدة لتقليل وزن الأجزاء قدر الإمكان.

مثل الأجزاء البلاستيكية، يمكن تقليل وزن الأجزاء باستخدام النوى والأقواس دون التأثير على سلامة المنتج. تُعد MIM رائعة بالنسبة للأجزاء الصغيرة جدًا والمتناهية الصغر، ويمكن أن يقل وزنها عن 0.1 جرام. الوزن ليس عاملاً مقيدًا، ويمكن صنع أجزاء يزيد طولها عن 250 مم.

التخفيف

بالنسبة ل MIM، من الأفضل أن يكون سمك الجدار أقل من 6 مم. يمكنك أن تكون أكثر سمكًا، ولكن ذلك سيكلفك أكثر لأن ذلك يستغرق وقتًا أطول وستستخدم مواد أكثر. يمكنك أيضًا أن تكون أقل سمكًا، حتى 0.5 مم، ولكن من الصعب تصميمها.

الإنتاج

تعد عملية MIM عملية مرنة للغاية، ويمكنك صنع آلاف إلى ملايين القطع سنويًا بتكلفة زهيدة جدًا. ومثلها مثل المسبوكات والقولبة بالحقن، تتطلب منك عملية MIM شراء قوالب وأدوات، لذلك بالنسبة للكميات الصغيرة من القطع، عادةً ما يؤثر ذلك على التكلفة.

المواد الخام

يمكن لـ MIM معالجة الكثير من الأشياء، مثل السبائك الحديدية والسبائك الفائقة وسبائك التيتانيوم وسبائك النحاس والمعادن المقاومة للحرارة والكربيدات الأسمنتية والسيراميك ومركبات مصفوفة الجسيمات المعدنية. سبائك الألومنيوم والنحاس غير الحديدية ممكنة من الناحية الفنية، ولكن عادةً ما يتم ذلك بطرق أخرى أرخص، مثل الصب بالقالب أو التصنيع الآلي.

ما هي تطبيقات MIM؟

يُستخدم التصنيع المدمج في الإلكترونيات الاستهلاكية، وقطع غيار السيارات، والأجهزة الطبية، والأدوات الكهربائية، والمعدات الصناعية، والضروريات اليومية.

الإلكترونيات الاستهلاكية

تشمل منتجات الإلكترونيات الاستهلاكية عادةً الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات الرقمية والأجهزة الذكية القابلة للارتداء والطائرات بدون طيار، إلخ.

في عام 2010، تم استخدام تقنية عملية MIM في ظهور لافتات هاتف BlackBerry المحمول، مما فتح المجال للتطبيق الشامل لقطع MIM في الهواتف المحمولة.

بدأت شركة Apple أيضًا في استخدام أجزاء MIM منذ عام 2010، وهي تعمل على توسيع نطاق تطبيق MIM وريادتها. وقد تم استخدام أجزاء MIM مثل أجزاء واجهة الطاقة وصواني البطاقات والمفصلات وحلقات الكاميرا والأزرار وغيرها بنجاح في الهواتف المحمولة.

بينما تصبح الهواتف الذكية والأجهزة الذكية القابلة للارتداء أخف وزناً وأقل سمكاً، تصبح الأشياء الموجودة بداخلها أكثر دقة وتعقيداً. لهذا السبب ستكون MIM صفقة كبيرة.

قطع غيار السيارات

في مجال تصنيع قطع غيار السيارات، تُعد تقنية MIM عملية تشكيل الأجزاء المعدنية غير القابلة للقطع، وهي عملية تشكيل الأجزاء المعدنية غير القابلة للقطع، والتي يمكنها توفير المواد وتقليل تكاليف الإنتاج. لذلك، حظيت تقنية MIM باهتمام كبير من صناعة السيارات وبدأ استخدامها في سوق قطع غيار السيارات في التسعينيات.

في الوقت الحالي، تستخدم صناعة السيارات تقنية MIM لصناعة بعض الأجزاء المعقدة ثنائية الشكل والمعدن ثنائية المعدن والأجزاء الصغيرة المجمعة مثل أجزاء الشاحن التوربيني، وحلقات التنظيم، وأجزاء حاقن الوقود، والشفرات، وعلب التروس، وأجزاء التوجيه المعزز، وما إلى ذلك.

الأجهزة الطبية

في مجال الأجهزة الطبية، تتسم الملحقات الطبية التي تستهلكها عملية التصنيع بقطع التصنيع المدمج MIM بالدقة العالية ويمكنها تلبية متطلبات الحجم الصغير والتعقيد العالي والخصائص الميكانيكية العالية وغيرها من متطلبات الملحقات التي تتطلبها معظم الأجهزة الطبية الدقيقة.

في السنوات الأخيرة، أصبح تطبيق تقنية التصنيع بقطع التصنيع المدمجة (MIM) أكثر اتساعًا، مثل المقابض الجراحية والمقصات والملاقط وأجزاء الأسنان وأجزاء مفاصل العظام، إلخ.

الأدوات الكهربائية

إن معالجة أجزاء الأدوات الكهربائية معقدة للغاية، وتكلفة المعالجة مرتفعة، ومعدل استخدام المواد منخفض، والاعتماد على التصنيع الميكانيكي متعدد الأجزاء مرتفع. تشمل المنتجات النموذجية قواطع التفريز ذات الشكل الخاص، وأدوات القطع، والمثبتات، والتروس الدقيقة، وماكينات الفك/ماكينات النسيج/قطع غيار ماكينات التجعيد التي تم تطويرها في السنوات الأخيرة، إلخ.

الخاتمة

القولبة بحقن المعادن (MIM) طريقة متقدمة للتصنيع تجمع بين تعدين المساحيق والقولبة بالحقن البلاستيكي. يُخلط مسحوق المعدن مع مواد أخرى لتكوين عجينة، ثم تُحقن في قالب. وبعد ذلك تُزال المواد الأخرى وتُسخّن القطعة.

عندما تنتهي، يكون لديك جزء معدني جيد حقًا. يستخدم الناس تقنية MIM لصنع جميع أنواع الأشياء. يستخدمونه في الطب وطب الأسنان والفضاء والسيارات. يمكنك أيضًا استخدام MIM لصنع أشياء يصعب صنعها. إنها طريقة جيدة لصنع الأشياء.

احصل على أسعار تنافسية وملاحظات DFM وجدول الإنتاج من فريق ZetarMold الهندسي.

اطلب عرض سعر مجانيًا ← راجع دليل القولبة بالحقن الشامل للاطلاع على نظرة عامة متكاملة.