金属射出成形プロセス総合ガイド

はじめに メタル 射出成形 (MIM）とは、プラスチック射出成形と粉末冶金を組み合わせたクールなものだ。金属粉末をポリマーバインダーと混ぜて溶かし、通常の射出成形機を使って金型に射出する。

そして冷えて固まり、希望の形になる。最終製品は、医療、歯科、航空宇宙、自動車などあらゆる産業で使われている。金属射出成形プロセスは、従来の製造方法とは異なります。

高精度、複雑な形状、大量生産を必要とする金属部品の製造に適した、高度で効率的な製造技術です。 この記事では、主に金属射出成形について説明する。

MIMとは何か？

金属射出成形は、従来のプラスチック射出成形と粉末冶金プロセスを組み合わせたもので、金属粉末とバインダーを混合して射出成形する方法である。

まず、欲しいパウダーをバインダーと混ぜ合わせる。そして、ミックスから小さなボールを作り、好きな形に成形する。バインダーを燃やして取り除くと、欲しい金属部品が出来上がるし、それをまた成形したり、見栄えを良くしたり、熱したり、切ったりしてさらに良くすることもできる。

MIM = 粉末冶金 + 射出成形

MIMは典型的な分野横断的製品である。全く異なる2つの加工技術（粉末冶金とプラスチック射出成形）を統合することで、エンジニアは従来の制約から解放され、プラスチック射出成形によって低価格で特殊形状のステンレス、ニッケル、鉄、銅、チタンなどの金属部品を得ることができるため、他の多くの生産プロセスよりも設計の自由度が高い。

MIMプロセスとは？

金属射出成形の手順は、まず、金属射出成形の要件を満たす金属粉末を選択し、適切な方法で一定の温度で有機バインダーと混合し、均一なフィードを作成し、次に造粒した後、射出成形機を使用して、加熱されたプラスチック状態で金型キャビティに注入し、形成されたブランクを取得し、化学または溶剤抽出によって脱脂し、最後に焼結と高密度化によって最終製品を得る。

金属粉

金属射出成形工程で使用される金属粉末の粒径は、一般的に0.5～20μmである。理論的には、粒子が細かいほど比表面積が大きくなり、成形や焼結が容易になる。伝統的な粉末冶金プロセスでは、40マイクロメートル以上の粗い粉末を使用する。

有機接着剤

有機接着剤は金属粉末粒子を結合させるために使用され、射出成形機のバレル内で加熱されたときに混合物がレオロジー特性と潤滑特性を持つようにする。

したがって、接着剤の選択は、粉末射出成形全体の鍵となります。有機接着剤の要件：少量、つまり、より少ない接着剤を使用すると、混合物は、より良いレオロジー特性を持つことができます。

混合と造粒

混合の際、金属粉末と有機接着剤を均一に混合し、レオロジー特性を調整する。 射出成形.

混合物の均一性は流動性に直接影響し、射出成形プロセスのパラメーター、さらには最終材料の密度やその他の特性にも影響する。射出成形工程で発生する端材や廃棄物は、粉砕、造粒、リサイクルすることができる。

射出成形

この工程の工程は、基本的にプラスチック射出成形の工程と同じであり、設備条件も基本的に同じである。

射出成形工程では、混合物を射出成形機のバレル内で加熱してレオロジー特性を持つプラスチック材料を形成し、適切な射出圧力で金型に射出してブランクを形成する。射出成形されたブランクの密度は、焼結工程で製品が均一に収縮するように、ミクロのレベルで均一でなければならない。

安定したグリーン重量を得るためには、射出温度、金型温度、射出圧力、保持時間などの成形パラメーターのコントロールが重要である。射出材料中の成分の分離や偏析を防ぐ必要があり、そうでなければ寸法損失や歪み、スクラップの原因となる。デボンディング

成形されたブランクの有機バインダーは、焼結前に除去しなければならない。これをデボンディングという。デボンディング工程では、ブランクの強度を低下させることなく、バインダーが粒子間の小さな溝に沿ってブランクのさまざまな部分から徐々に排出されるようにしなければなりません。

溶剤がバインダーの一部を抽出した後、残ったバインダーも熱剥離によって除去しなければならない。剥離の際には、ブランク中の炭素含有量を制御し、酸素含有量を減らさなければならない。

焼結

焼結は、制御された雰囲気の焼結炉で行われる。MIM部品の高密度化は、高い焼結温度と長い焼結時間によって達成され、これにより部品材料の機械的特性が大幅に向上・改善されます。

後処理

より精密な寸法要求や特殊な性能要求のある部品には、後加工が必要です。この工程は、従来の複雑な形状の金属部品の熱処理工程と同じです。

MIMの利点とは？

MIMは粉末冶金とプラスチック射出成形の利点を組み合わせたものです。従来の金属粉末成形プロセスの製品形状の限界を打ち破る。プラスチック射出成形技術を利用し、大量生産と複雑な形状の部品の効率的な成形を実現します。高品質の精密部品を現代的に製造するためのニアネット成形技術となっている。

従来の粉末冶金、機械加工、精密鋳造とは比較にならない利点がある。CNC機械加工は、穴加工、ねじ加工、表面研磨など、特定の工学的要件を満たすために、MIM部品の二次加工に使用できる。

成形可能な高度に複雑な部品

板金プレスのような他の金属成形プロセスと比較して、MIMは実に複雑な形状の部品を作ることができる。

MIMは、プラスチック射出成形でできるような複雑な形状も作ることができる。

このため、MIMは、他の金属成形プロセスで作られていた部品を一体化して作ることができる。

CNCマシニングは、穴加工、ネジ加工、表面研磨など、MIM部品の二次加工に使用することができ、特定のエンジニアリング要件を満たすことができる。

高い材料利用率

MIM成形はニアネット成形である。その部品形状は最終製品形状に近く、材料利用率が高く、特に貴金属の加工ロスに対して重要である。

多孔質金属技術と金属射出成形プロセスは、材料製造と応用の交差点で互いに補完し合い、発展する可能性があり、材料製造技術をより効率的で複雑な方向へと押し進める。

部品の微細構造が均一で、密度が高く、性能が良い。

MIMは液体から物を作るプロセスだ。接着剤で粉をくっつけることで、作ったものに穴が開かないようにする。そうすれば、作ったものを想定通りの重さにすることができる。

通常、MIMでは95%から99%の重いものを作る。モノを重くすれば強くなる。また、より丈夫になり、より伸びるようになり、電気や熱の伝導性が良くなります。また、磁石としての性能も向上する。

従来の粉末成形でプレスされた部品の密度は、最大でも理論密度の85%にしか達しない。これは主に金型壁と粉末、粉末同士の摩擦によるもので、プレス圧力が不均一になり、プレスされたブランクの微細構造が不均一になります。

このため、プレスされた粉末冶金部品は焼結過程で不均一に収縮し、この影響を低減するために焼結温度を下げなければならず、その結果、空隙が大きくなり、材料密度が悪くなり、製品の密度が低くなり、部品の機械的特性に深刻な影響を及ぼす。

高効率、大量・大量生産の実現が容易

MIMの用途 射出成形 同時に、射出成形製品の一貫性と再現性がよく、大量生産と大規模な工業生産に保証を提供します。

金属射出成形技術は、軟磁性合金部品の製造に大きな利点があり、複雑な形状や高精度の要求を満たし、生産コストを削減し、生産効率を向上させることができる。

幅広い適用材料と幅広い応用分野

MIMに使用できる金属材料は数多くある。基本的に、高温で鋳造できる粉末材料であれば、従来の製造工程では加工が難しい材料や融点の高い材料も含めて、MIMで部品を作ることができる。

MIMで加工できる金属材料には、低合金鋼、ステンレス鋼、工具鋼、ニッケル基合金、タングステン合金、超硬合金、チタン合金、磁性材料、コバール合金、精密セラミックスなどがある。

また、MIMはユーザーの要求に応じて材料配合を研究し、あらゆる組み合わせの合金材料を作り、複合材料を部品にすることができる。

非鉄合金のアルミニウムや銅のMIM成形は技術的には可能だが、通常はダイカストや機械加工など、より経済的な他の方法で行われる。

MIM製品の特徴とは？

複雑さ

MIMは射出成形のように形状の制限がありません。MIMは成形プロセスであるため、機能を追加してもコストがかからず、部品を組み合わせて多機能製品を作るのに最適です。MIMの設計ルールは射出成形に非常に近いため、ほとんどの製品に適しています。

精密

MIMのネット成形精度の参考設計は、通常サイズの±0.5%である。一部のフィーチャーでは±0.3%に達することもある。他の技術と同様、要求精度が高いほどコストが高くなるため、品質が許せば公差要件を適度に緩和することが推奨される。MIMではワンパスで達成できない公差も、表面処理によって達成することができます。

重量とサイズ

MIMは100グラム以下の部品には最適で、50グラム以下が最も費用対効果が高い。しかし、250グラムまでの部品は作ることができる。MIMの主なコストは原材料なので、MIMはパーツの重量をできる限り減らすために新しい技術を使います。

プラスチック部品と同様に、製品の完全性に影響を与えることなく、コアやブラケットを使用することで部品の重量を減らすことができます。MIMは非常に小さい部品や極小部品に最適で、0.1グラム以下の重量も可能です。重量は制限要因ではなく、250mmを超える部品も製造可能です。

間伐

MIMの場合、肉厚は6mm以下がベストです。これ以上厚くすることもできますが、時間がかかり、より多くの材料を使うことになるため、コストは高くなります。0.5mmまで薄くすることもできますが、設計が難しくなります。

製造

MIMは非常に柔軟なプロセスで、年間数千から数百万の部品を非常に安く作ることができます。鋳造や射出成形のように、MIMは金型や工具を購入する必要があるため、少量の部品の場合、通常はコストに影響する。

原材料

MIMは、合金鉄、超合金、チタン合金、銅合金、耐火金属、超硬合金、セラミックス、金属粒子マトリックス複合材料など、多くのものを加工することができます。アルミニウムや銅の非鉄合金も技術的には可能だが、通常はダイカストや機械加工など、他の安価な方法で行われる。

MIMの用途とは？

MIMは家電製品、自動車部品、医療機器、電動工具、産業機器、日用品などに使用されている。

コンシューマー・エレクトロニクス

家電製品には通常、スマートフォン、タブレット、ノートパソコン、デジタルカメラ、スマートウェアラブル、ドローンなどが含まれる。

2010年、MIMプロセス技術は、ブラックベリー携帯電話の看板の外観に使用され、携帯電話へのMIM部品の大量応用を開いた。

アップルも2010年からMIM部品の使用を開始し、MIMの応用範囲を拡大しリードしている。電源インターフェース部品、カードトレイ、ヒンジ、カメラリング、ボタンなどのMIM部品が携帯電話に採用され、成功を収めている。

スマートフォンやスマート・ウェアラブルが軽量化、薄型化するにつれて、その中のものはより洗練され、複雑になっていく。だからこそ、MIMは大きな意味を持つことになる。

自動車部品

自動車部品製造の分野において、MIM技術は材料を節約し、生産コストを削減することができる非切削金属部品成形プロセスである。そのため、MIM技術は自動車業界から大きな注目を集め、1990年代から自動車部品市場で使用され始めた。

現在、自動車産業はMIM技術を使って、ターボチャージャー部品、調整リング、燃料噴射装置部品、ブレード、ギアボックス、パワーステアリング部品など、複雑な形状のバイメタル部品やグループ化された微小部品を製造している。

医療機器

医療機器分野では、MIMプロセスで消費される医療用付属品は高精度で、小型、高複雑度、高機械的特性など、ほとんどの高級医療機器で必要とされる付属品の要件を満たすことができる。

近年、MIM技術の応用は、手術用ハンドル、ハサミ、ピンセット、歯科用部品、整形外科用関節部品など、ますます広範囲に及んでいる。

電動工具

電動工具の部品加工は非常に複雑で、加工コストが高く、材料利用率が低く、MIMへの依存度が高い。代表的な製品としては、特殊形状のフライスカッター、切削工具、ファスナー、マイクロギア、近年開発されたほぐし機/織機/圧着機部品などがある。

結論

金属射出成形（MIM）は、物を作るための派手な方法である。粉末冶金とプラスチックをミックスしたようなものだ。 射出成形.金属の粉と他のものを混ぜてペースト状にするんだ。それを型に流し込む。その後、他のものを取り除いて熱するんだ。

完成すれば、本当に良い金属部品ができる。人々はMIMを使ってあらゆるものを作っています。医療、歯科、宇宙、自動車などに使われています。MIMを使えば、作るのが難しいものを作ることもできます。ものを作るにはいい方法なんだ。