Wprowadzenie: Metal formowanie wtryskowe (MIM) to taka fajna rzecz, w której łączy się formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych i metalurgię proszków. Mieszają proszek metalowy ze spoiwem polimerowym, topią go i wtryskują do formy za pomocą zwykłej wtryskarki.

Następnie schładza się i utwardza do pożądanego kształtu. Ludzie używają produktu końcowego we wszystkich gałęziach przemysłu, takich jak medycyna, stomatologia, lotnictwo i samochody. Proces formowania wtryskowego metalu różni się od tradycyjnych metod produkcji.

Jest to zaawansowana i wydajna technologia produkcyjna odpowiednia do wytwarzania części metalowych wymagających wysokiej precyzji, złożonej geometrii lub produkcji na dużą skalę. W tym artykule omówiono głównie formowanie wtryskowe metali.

Czym jest MIM?

Formowanie wtryskowe metali łączy w sobie tradycyjne formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych i procesy metalurgii proszków, które są sposobem mieszania proszku metalowego i spoiwa do formowania wtryskowego.

Najpierw miesza się wybrany proszek ze spoiwem. Następnie z mieszanki formuje się małe kulki i nadaje im pożądany kształt. Następnie usuwasz spoiwo, wypalając je i otrzymujesz pożądaną metalową część. Możesz też zrobić z nią więcej rzeczy, takich jak ponowne uformowanie, poprawienie wyglądu, podgrzanie lub pocięcie, aby była jeszcze lepsza.

MIM = metalurgia proszków + formowanie wtryskowe

MIM jest typowym produktem interdyscyplinarnym. Łączy w sobie dwie całkowicie różne technologie przetwarzania (metalurgię proszków i formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych), umożliwiając inżynierom uwolnienie się od tradycyjnych ograniczeń i uzyskanie niedrogich, specjalnie ukształtowanych części ze stali nierdzewnej, niklu, żelaza, miedzi, tytanu i innych metali poprzez formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych, dzięki czemu ma większą swobodę projektowania niż wiele innych procesów produkcyjnych.

Czym jest proces MIM?

Etapy formowania wtryskowego metali są następujące: najpierw wybierz proszek metalowy, który spełnia wymagania formowania wtryskowego metali i wymieszaj go ze spoiwem organicznym w określonej temperaturze za pomocą odpowiedniej metody, aby uzyskać jednolitą paszę, a następnie po granulacji użyj wtryskarki, aby wstrzyknąć go do gniazda formy w stanie podgrzanego tworzywa sztucznego, aby uzyskać uformowany półfabrykat, a następnie odtłuścić go przez ekstrakcję chemiczną lub rozpuszczalnikową, a na koniec uzyskać produkt końcowy przez spiekanie i zagęszczanie.

Metalowy proszek

Wielkość cząstek proszku metalowego stosowanego w procesie formowania wtryskowego metali wynosi zazwyczaj od 0,5 do 20 mikrometrów. Teoretycznie, im drobniejsze cząstki, tym większa powierzchnia właściwa i łatwiejsze formowanie i spiekanie. Tradycyjny proces metalurgii proszków wykorzystuje grubszy proszek większy niż 40 mikrometrów.

Klej organiczny

Klej organiczny służy do łączenia cząstek proszku metalu, dzięki czemu mieszanina ma właściwości reologiczne i smarne po podgrzaniu w cylindrze wtryskarki, to znaczy jest nośnikiem, który napędza proszek do płynięcia.

Dlatego wybór kleju jest kluczem do całego procesu formowania wtryskowego proszków. Wymagania dotyczące klejów organicznych: mała dawka, to znaczy użycie mniejszej ilości kleju może sprawić, że mieszanina będzie miała lepsze właściwości reologiczne; niereaktywny, brak reakcji chemicznej z proszkiem metalowym podczas usuwania kleju; łatwy do usunięcia, brak pozostałości węgla w produkcie.

Mieszanie i granulacja

Podczas mieszania proszek metalowy i klej organiczny są równomiernie mieszane, aby dostosować ich właściwości reologiczne do stanu odpowiedniego dla formowanie wtryskowe.

Jednorodność mieszanki bezpośrednio wpływa na jej płynność, wpływając tym samym na parametry procesu formowania wtryskowego, a nawet na gęstość i inne właściwości materiału końcowego. Skrawki i odpady powstające podczas procesu formowania wtryskowego mogą być kruszone, granulowane i poddawane recyklingowi.

Formowanie wtryskowe

Proces tego etapu jest zasadniczo taki sam jak proces formowania wtryskowego tworzyw sztucznych, a warunki sprzętowe są zasadniczo takie same.

Podczas procesu formowania wtryskowego mieszanina jest podgrzewana w cylindrze wtryskarki w celu utworzenia tworzywa sztucznego o właściwościach reologicznych i wtryskiwana do formy pod odpowiednim ciśnieniem wtrysku w celu utworzenia półfabrykatu. Gęstość półfabrykatu formowanego wtryskowo powinna być jednolita na poziomie mikroskopowym, aby produkt kurczył się równomiernie podczas procesu spiekania.

Kontrolowanie parametrów formowania, takich jak temperatura wtrysku, temperatura formy, ciśnienie wtrysku i czas utrzymywania, ma kluczowe znaczenie dla uzyskania stabilnej zielonej masy. Konieczne jest zapobieganie separacji i segregacji komponentów w materiale wtryskowym, w przeciwnym razie doprowadzi to do utraty wymiarów, zniekształceń i złomu.Debonding

Organiczne spoiwo w formowanym półfabrykacie musi zostać usunięte przed spiekaniem. Nazywa się to usuwaniem spoiwa. Proces usuwania spoiwa musi zapewnić stopniowe usuwanie spoiwa z różnych części półfabrykatu wzdłuż maleńkich kanałów między cząstkami bez zmniejszania wytrzymałości półfabrykatu.

Po wyekstrahowaniu części spoiwa przez rozpuszczalnik, pozostałe spoiwo musi również zostać usunięte przez odspajanie termiczne. Podczas usuwania spoiwa należy kontrolować zawartość węgla w półfabrykacie i zmniejszać zawartość tlenu.

Spiekanie

Spiekanie odbywa się w piecu do spiekania z kontrolowaną atmosferą. Wysoką gęstość części MIM uzyskuje się dzięki wysokiej temperaturze spiekania i długiemu czasowi spiekania, co znacznie poprawia właściwości mechaniczne materiału części.

Przetwarzanie końcowe

W przypadku części o bardziej precyzyjnych wymaganiach wymiarowych i specjalnych wymaganiach dotyczących wydajności, należy wykonać obróbkę końcową. Proces ten jest taki sam jak proces obróbki cieplnej konwencjonalnych elementów metalowych o złożonych kształtach.

Jakie są zalety MIM?

MIM łączy w sobie zalety metalurgii proszków i formowania wtryskowego tworzyw sztucznych. Przełamuje ograniczenia tradycyjnych procesów formowania proszków metali w zakresie kształtu produktu. Wykorzystuje technologię formowania wtryskowego tworzyw sztucznych do masowej produkcji i wydajnego formowania części o złożonych kształtach. Stała się technologią formowania niemalże pod siatką dla nowoczesnej produkcji wysokiej jakości precyzyjnych części.

Obróbka cnc może być stosowana do wtórnego przetwarzania części MIM, takich jak obróbka otworów, obróbka gwintów, szlifowanie powierzchni itp. w celu spełnienia określonych wymagań inżynieryjnych.

Wysoce złożone części, które można formować

W porównaniu do innych procesów formowania metalu, takich jak tłoczenie blach, MIM może tworzyć części o naprawdę skomplikowanych kształtach.

MIM może również tworzyć te same złożone kształty, co formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych.

Z tego powodu MIM może tworzyć części, które wcześniej były wytwarzane w innych procesach formowania metalu w jednym kawałku.

Obróbka cnc może być wykorzystywana do wtórnego przetwarzania części MIM, takich jak obróbka otworów, obróbka gwintów, szlifowanie powierzchni itp. w celu spełnienia określonych wymagań inżynieryjnych.

Wysoki współczynnik wykorzystania materiału

Formowanie MIM jest procesem zbliżonym do formowania siatki. Kształt jego części jest zbliżony do kształtu produktu końcowego, a stopień wykorzystania materiału jest wysoki, co jest szczególnie ważne w przypadku utraty przetwarzania metali szlachetnych.

Techniki metali porowatych i procesy formowania wtryskowego metali mogą się wzajemnie uzupełniać i rozwijać na styku produkcji materiałów i ich zastosowania, popychając technologię produkcji materiałów w kierunku bardziej wydajnego i złożonego kierunku.

Mikrostruktura części jest jednolita, gęstość wysoka, a wydajność dobra

MIM to proces, który polega na wytwarzaniu przedmiotów z cieczy. Klej sprawia, że proszek skleja się ze sobą, dzięki czemu tworzona rzecz nie ma dziur. Następnie możesz sprawić, że tworzona rzecz będzie tak ciężka, jak powinna.

Zazwyczaj MIM tworzy rzeczy, które są od 95% do 99% ciężkie. Jeśli rzeczy są ciężkie, stają się mocniejsze. Stają się również twardsze, bardziej rozciągliwe i lepiej przenoszą elektryczność i ciepło. Stają się też lepszymi magnesami.

Gęstość części tłoczonych za pomocą tradycyjnego formowania proszkowego może osiągnąć co najwyżej 85% gęstości teoretycznej. Wynika to głównie z tarcia między ścianą formy a proszkiem oraz między proszkami, co sprawia, że ciśnienie prasowania jest nierównomiernie rozłożone, co skutkuje nierównomierną mikrostrukturą prasowanego półfabrykatu.

Spowoduje to nierównomierne kurczenie się prasowanych części metalurgii proszków podczas procesu spiekania, więc temperatura spiekania musi zostać obniżona, aby zmniejszyć ten efekt, co skutkuje dużą porowatością, słabą gęstością materiału i niską gęstością produktów, co poważnie wpływa na właściwości mechaniczne części.

Wysoka wydajność, łatwa produkcja masowa i na dużą skalę

MIM wykorzystuje formowanie wtryskowe maszyny do formowania zielonych kęsów produktu, co znacznie poprawia wydajność zużycia i nadaje się do masowej produkcji; jednocześnie konsystencja i powtarzalność produktów do formowania wtryskowego są dobre, co daje gwarancję masowej i wielkoskalowej produkcji przemysłowej.

Technologia formowania wtryskowego metali ma znaczące zalety w produkcji części z miękkich stopów magnetycznych i może spełniać wymagania dotyczące złożonych kształtów i wysokiej precyzji, jednocześnie zmniejszając koszty produkcji i poprawiając wydajność produkcji.

Szeroki zakres stosowanych materiałów i szeroki zakres zastosowań

Istnieje wiele materiałów metalowych, które mogą być wykorzystywane w MIM. Zasadniczo każdy materiał proszkowy, który może być odlewany w wysokiej temperaturze, może być wytwarzany w częściach za pomocą MIM, w tym materiały trudne do przetworzenia i materiały o wysokich temperaturach topnienia w tradycyjnym procesie produkcyjnym.

Materiały metalowe, które mogą być przetwarzane przez MIM obejmują stal niskostopową, stal nierdzewną, stal narzędziową, stop na bazie niklu, stop wolframu, węglik spiekany, stop tytanu, materiał magnetyczny, stop Kovar, ceramikę precyzyjną itp.

Ponadto MIM może prowadzić badania nad formułą materiału zgodnie z wymaganiami użytkownika, wytwarzać materiały stopowe o dowolnej kombinacji i tworzyć części z materiałów kompozytowych.

Formowanie MIM nieżelaznych stopów aluminium i miedzi jest technicznie wykonalne, ale zwykle odbywa się za pomocą innych, bardziej ekonomicznych metod, takich jak odlewanie ciśnieniowe lub obróbka skrawaniem.

Jakie są cechy charakterystyczne produktów MIM?

Złożoność

MIM, podobnie jak formowanie wtryskowe, nie ma ograniczeń dotyczących kształtu. Ponieważ MIM jest procesem formowania, dodawanie funkcji nie zwiększa kosztów, dzięki czemu MIM jest doskonałym sposobem łączenia części w wielofunkcyjne produkty. Zasady projektowania MIM są bardzo zbliżone do formowania wtryskowego, dzięki czemu nadaje się do prawie wszystkich produktów.

Precyzja

Referencyjna dokładność formowania siatki MIM wynosi zwykle ± 0,5% rozmiaru. Dokładność formowania niektórych elementów może sięgać ± 0,3%. Podobnie jak w przypadku innych technologii, im wyższy wymóg dokładności, tym wyższy koszt, dlatego zaleca się umiarkowane złagodzenie wymagań dotyczących tolerancji, jeśli pozwala na to jakość. Tolerancje, których nie można osiągnąć za pomocą MIM w jednym przejściu, można osiągnąć za pomocą obróbki powierzchni.

Waga i rozmiar

MIM świetnie sprawdza się w przypadku części poniżej 100 gramów, a poniżej 50 gramów jest najbardziej opłacalne. Możliwe jest jednak wytwarzanie części o wadze do 250 gramów. Głównym kosztem MIM jest surowiec, więc MIM wykorzystuje nowe technologie, aby maksymalnie zmniejszyć wagę części.

Podobnie jak w przypadku części plastikowych, wagę części można zmniejszyć za pomocą rdzeni i wsporników bez wpływu na integralność produktu. MIM świetnie nadaje się do bardzo małych i mikro części, a waga poniżej 0,1 grama jest możliwa. Waga nie jest czynnikiem ograniczającym, a części o długości ponad 250 mm mogą być wykonane.

Przerzedzenie

W przypadku MIM najlepsze są ścianki o grubości mniejszej niż 6 mm. Można zwiększyć grubość, ale będzie to kosztować więcej, ponieważ trwa dłużej i zużywa się więcej materiału. Można też zastosować cieńsze ścianki, do 0,5 mm, ale jest to trudniejsze do zaprojektowania.

Produkcja

MIM to bardzo elastyczny proces, dzięki któremu można bardzo tanio produkować od tysięcy do milionów części rocznie. Podobnie jak odlewy i formowanie wtryskowe, MIM wymaga zakupu form i oprzyrządowania, więc w przypadku małych ilości części zwykle wpływa to na koszt.

Surowce

MIM może przetwarzać wiele rzeczy, takich jak żelazostopy, nadstopy, stopy tytanu, stopy miedzi, metale ogniotrwałe, węgliki spiekane, ceramikę i kompozyty na osnowie cząstek metalu. Stopy nieżelazne aluminium i miedzi są technicznie możliwe, ale zwykle wykonuje się je innymi tańszymi metodami, takimi jak odlewanie ciśnieniowe lub obróbka skrawaniem.

Jakie są zastosowania MIM?

MIM jest stosowany w elektronice użytkowej, częściach samochodowych, urządzeniach medycznych, elektronarzędziach, sprzęcie przemysłowym i przedmiotach codziennego użytku.

Elektronika użytkowa

Produkty elektroniki użytkowej zazwyczaj obejmują smartfony, tablety, laptopy, aparaty cyfrowe, inteligentne urządzenia do noszenia, drony itp.

W 2010 roku technologia MIM została wykorzystana do stworzenia oznakowania telefonu komórkowego BlackBerry, co zapoczątkowało masowe zastosowanie części MIM w telefonach komórkowych.

Apple również zaczęło używać części MIM od 2010 roku i rozszerza i prowadzi zakres zastosowań MIM. Części MIM, takie jak elementy interfejsu zasilania, tacki na karty, zawiasy, pierścienie aparatu, przyciski itp. zostały z powodzeniem zastosowane w telefonach komórkowych.

W miarę jak smartfony i inteligentne urządzenia do noszenia stają się coraz lżejsze i cieńsze, znajdujące się w nich elementy stają się coraz bardziej wyrafinowane i skomplikowane. Właśnie dlatego MIM będzie wielką sprawą.

Części samochodowe

W dziedzinie produkcji części samochodowych technologia MIM jest procesem formowania części metalowych bez cięcia, który pozwala zaoszczędzić materiały i obniżyć koszty produkcji. Dlatego też technologia MIM spotkała się z dużym zainteresowaniem przemysłu motoryzacyjnego i zaczęła być stosowana na rynku części samochodowych w latach 90-tych.

Obecnie przemysł samochodowy wykorzystuje technologię MIM do produkcji części bimetalowych o skomplikowanych kształtach i zgrupowanych mikromałych części, takich jak części turbosprężarek, pierścienie regulacyjne, części wtryskiwaczy paliwa, łopatki, skrzynie biegów, części wspomagania kierownicy itp.

Urządzenia medyczne

W dziedzinie urządzeń medycznych akcesoria medyczne zużywane w procesie MIM charakteryzują się wysoką precyzją i mogą spełniać wymagania dotyczące małych rozmiarów, dużej złożoności, wysokich właściwości mechanicznych i innych wymagań akcesoriów wymaganych przez większość drobnych urządzeń medycznych.

W ostatnich latach zastosowanie technologii MIM staje się coraz szersze, np. w uchwytach chirurgicznych, nożyczkach, pęsetach, częściach dentystycznych, częściach stawów ortopedycznych itp.

Elektronarzędzia

Przetwarzanie części elektronarzędzi jest bardzo skomplikowane, koszty przetwarzania są wysokie, stopień wykorzystania materiału jest niski, a zależność od MIM jest wysoka. Typowe produkty obejmują frezy o specjalnych kształtach, narzędzia skrawające, elementy złączne, mikroprzekładnie, maszyny do luzowania / maszyny tekstylne / części maszyn do zaciskania opracowane w ostatnich latach itp.

Wnioski

Formowanie wtryskowe metali (MIM) to fantazyjny sposób wytwarzania rzeczy. Jest to połączenie metalurgii proszków i plastiku formowanie wtryskowe. Miesza się proszek metalowy z innymi substancjami, aby uzyskać pastę. Następnie wlewa się ją do formy. Następnie pozbywasz się innych rzeczy i podgrzewasz.

Kiedy skończysz, masz metalową część, która jest naprawdę dobra. Ludzie używają MIM do tworzenia wszelkiego rodzaju rzeczy. Używają go w medycynie, stomatologii, kosmonautyce i samochodach. MIM można również wykorzystać do tworzenia rzeczy, które są trudne do wykonania. To dobry sposób na tworzenie rzeczy.