Wprowadzenie

Formowanie wtryskowe proszków metali łączy zalety metalurgii proszków i technologii formowania wtryskowego, przełamując ograniczenia tradycyjnego procesu formowania proszków metali w kształcie produktu. Jednocześnie wykorzystuje technologię formowania wtryskowego tworzyw sztucznych do formowania części o złożonych kształtach w dużych ilościach i z wysoką wydajnością. Charakteryzuje się tym, że stała się technologią o kształcie zbliżonym do siatki do nowoczesnej produkcji wysokiej jakości precyzyjnych części. Ma ona zalety, z którymi konwencjonalna metalurgia proszków, obróbka skrawaniem, odlewanie precyzyjne i inne metody przetwarzania nie mogą się równać.

MIM proces formowania wtryskowego metalustała się szybko rozwijającą się i obiecującą nową technologią formowania w pobliżu sieci w dziedzinie metalurgii proszków i jest znana jako jedna z "najpopularniejszych technologii formowania części metalowych na świecie".

Ten artykuł przedstawi podstawowe pojęcia, przebieg procesu, zalety, porównanie z innymi procesami, odpowiednie typy części i zastosowania procesu MIM.

II. Czym jest formowanie wtryskowe metalu?

Formowanie wtryskowe metali, określane jako MIM (Metal Injection Molding), to metoda mieszania proszku metalowego i spoiwa do formowania wtryskowego.

Najpierw miesza wybrany proszek ze spoiwem, następnie granuluje mieszaninę, a następnie wtryskuje ją do wymaganego kształtu. Po odtłuszczeniu i spiekaniu spoiwo jest usuwane w celu uzyskania pożądanego produktu metalowego lub jest następnie przetwarzane Późniejsze kształtowanie, obróbka powierzchni, obróbka cieplna, obróbka skrawaniem i inne metody sprawiają, że produkt jest doskonalszy.

MIM = metalurgia proszków + formowanie wtryskowe

MIM to typowy produkt interdyscyplinarny. Integruje dwie zupełnie różne technologie przetwarzania (metalurgię proszków i formowanie wtryskowe), umożliwiając inżynierom pozbycie się tradycyjnych ograniczeń i uzyskanie niedrogich, specjalnie ukształtowanych części ze stali nierdzewnej, niklu, żelaza, miedzi, tytanu i innych metali, zapewniając większą swobodę projektowania niż wiele innych procesów produkcyjnych.

III.Szczegółowe wyjaśnienie procesu MIM

Proces MIM dzieli się głównie na cztery etapy, w tym granulację, wtryskiwanie, odtłuszczanie i spiekanie. W razie potrzeby później można przeprowadzić obróbkę wtórną, taką jak obróbka skrawaniem lub ciągnienie drutu i galwanizacja.

Granulacja

Drobne proszki metali są mieszane ze spoiwami parafinowymi i tworzywami termoplastycznymi w ściśle określonych proporcjach. Proces mieszania odbywa się w specjalnym urządzeniu mieszającym, które jest podgrzewane do określonej temperatury w celu stopienia spoiwa.

W większości przypadków maszyny są używane do mieszania, aż cząstki proszku metalowego zostaną równomiernie pokryte spoiwem i schłodzone do postaci granulek (zwanych surowcami), które można wtryskiwać do gniazda formy.

Zastrzyki

Granulowane surowce są podawane do maszyny w celu podgrzania i wtryśnięcia do gniazda formy pod wysokim ciśnieniem, a zielona część jest uzyskiwana przez formowanie wtryskowe. Proces ten jest bardzo podobny do formowania wtryskowego tworzyw sztucznych. Formy mogą być zaprojektowane z wieloma wnękami w celu zwiększenia wydajności, a rozmiar wnęki formy powinien być zaprojektowany tak, aby uwzględnić skurcz generowany podczas procesu spiekania części metalowych.

odtłuszczony

Odtłuszczanie to proces usuwania spoiwa z zielonego zarodka, a brązową część uzyskuje się po odtłuszczeniu. Proces ten jest zwykle realizowany w kilku etapach. Większość spoiwa jest usuwana przed spiekaniem, a pozostała część może wspierać część w piecu do spiekania.

Odtłuszczanie można przeprowadzić różnymi metodami, z których najczęściej stosowaną jest ekstrakcja rozpuszczalnikiem. Odtłuszczone części są półprzepuszczalne, a pozostałości spoiwa są łatwo odparowywane podczas spiekania.

spiekanie

Odtłuszczony brązowy kęs jest umieszczany w piecu kontrolowanym przez wysoką temperaturę i wysokie ciśnienie. Brązowy półfabrykat jest powoli podgrzewany pod osłoną gazu w celu usunięcia pozostałego kleju. Po całkowitym usunięciu spoiwa, brązowy półfabrykat jest podgrzewany do bardzo wysokiej temperatury, a szczeliny między cząstkami znikają w wyniku stopienia się cząstek. Brązowy półfabrykat kurczy się kierunkowo do zaprojektowanego rozmiaru i przekształca się w gęstą bryłę, w wyniku czego powstaje produkt końcowy.

IV.Zalety procesu MIM

MIM łączy w sobie zalety metalurgii proszków i technologii formowania wtryskowego tworzyw sztucznych, przełamując ograniczenia tradycyjnego procesu formowania proszków metali w zakresie kształtu produktu. Jednocześnie wykorzystuje technologię formowania wtryskowego tworzyw sztucznych do formowania części o złożonych kształtach w dużych ilościach i z wysoką wydajnością. Stała się ona technologią o kształcie zbliżonym do siatki dla nowoczesnej produkcji wysokiej jakości precyzyjnych części. Ma ona zalety, z którymi konwencjonalna metalurgia proszków, obróbka skrawaniem, odlewanie precyzyjne i inne metody przetwarzania nie mogą się równać.

Może tworzyć bardzo złożone części

W porównaniu z innymi procesy formowania metaliMIM może tworzyć części o bardzo złożonych kształtach geometrycznych, takich jak tłoczenie blach, formowanie proszkowe, kucie i obróbka skrawaniem.

Złożone struktury części, które można uzyskać za pomocą formowania wtryskowego, można generalnie uzyskać za pomocą MIM.

Wykorzystując tę cechę, MIM ma możliwość łączenia wielu części, które pierwotnie zostały utworzone z innych metali, w jedną część, upraszczając projekt produktu, zmniejszając liczbę części, a tym samym zmniejszając koszty montażu produktu.

Części mają jednolitą mikrostrukturę, wysoką gęstość i dobrą wydajność

Formowanie wtryskowe metalu jest procesem formowania płynnego. Obecność spoiwa zapewnia równomierne rozprowadzenie proszku, eliminując w ten sposób nierównomierną mikrostrukturę półfabrykatu, dzięki czemu gęstość spiekanego produktu może osiągnąć teoretyczną gęstość materiału.

Ogólnie rzecz biorąc, formowanie wtryskowe metalu może osiągnąć gęstość teoretyczną od 95% do 99%. Wysoka gęstość może zwiększyć wytrzymałość, wytrzymałość, plastyczność, przewodność elektryczną i cieplną części MIM oraz poprawić właściwości magnetyczne.

Gęstość części tłoczonych tradycyjną metodą formowania proszkowego może osiągnąć tylko 85% gęstości teoretycznej. Wynika to głównie z tarcia między ścianą formy a proszkiem oraz między proszkiem a proszkiem, co powoduje nierównomierny rozkład ciśnienia prasowania, co prowadzi do nierównomiernej mikrostruktury półfabrykatu, co spowoduje nierównomierne kurczenie się prasowanych części metalurgii proszków podczas procesu spiekania. Dlatego temperatura spiekania musi zostać obniżona, aby zmniejszyć ten efekt, co skutkuje dużą porowatością, słabą gęstością materiału i niską gęstością. Poważnie wpływa to na właściwości mechaniczne części.

Wysoka wydajność, łatwa do osiągnięcia masa i produkcja na dużą skalę

MIM wykorzystuje wtryskarkę do formowania ekologicznych produktów, co znacznie poprawia wydajność produkcji i nadaje się do produkcji masowej. Jednocześnie, Produkty formowane wtryskowo mają dobrą spójność i powtarzalność, zapewniając w ten sposób gwarancję masowej i wielkoskalowej produkcji przemysłowej.

Szeroki zakres stosowanych materiałów i szerokie obszary zastosowań

Materiały metalowe nadające się do MIM są bardzo szerokie. Zasadniczo każdy materiał proszkowy, który może być odlewany w wysokich temperaturach, może być wytwarzany w częściach w procesie MIM, w tym materiały trudne do przetworzenia i materiały o wysokiej temperaturze topnienia w tradycyjnych procesach produkcyjnych.

Materiały metalowe, które Formowanie wtryskowe metali Może przetwarzać stal niskostopową, stal nierdzewną, stal narzędziową, stop na bazie niklu, stop wolframu, węglik spiekany, stop tytanu, materiały magnetyczne, stop Kovar, drobną ceramikę itp.

Wysoka precyzja części

Dokładność wymiarowa części MIM wynosi zwykle ±0,5% rozmiaru, a poziom precyzji może osiągnąć więcej niż ±0,3%.

W przypadku mniejszych rozmiarów części, MIM ma wyższą dokładność niż inne procesy odlewania ciśnieniowego i generalnie nie wymaga obróbki wtórnej lub wymaga tylko niewielkiej ilości wykończenia, zmniejszając w ten sposób koszty obróbki wtórnej.

Podobnie jak w przypadku innych procesów, im wyższe wymagania dotyczące dokładności wymiarowej, tym wyższe koszty. Dlatego też, gdy pozwala na to jakość, zaleca się umiarkowane złagodzenie wymagań dotyczących tolerancji.

Tolerancje, których MIM nie może osiągnąć w jednym formowaniu, można osiągnąć za pomocą obróbki powierzchni.

V. Porównanie: MIM a tradycyjne formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych

wybór materiału

Podstawowe rozróżnienie w świecie formowania wtryskowego koncentruje się wokół stosowanych materiałów. Tradycyjne formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych wykorzystuje głównie różne polimery i tworzywa sztuczne. Z kolei formowanie wtryskowe metali (MIM) wykorzystuje mieszankę drobnych proszków metali i spoiwa polimerowego. Ta fundamentalna różnica w surowcu i składzie nie tylko dyktuje proces, ale także wpływa na właściwości i zastosowania produktu końcowego.

Mechanika i aparatura do formowania:

Chociaż obie metodologie wykorzystują podobne urządzenia do formowania, parametry operacyjne znacznie się różnią, co wynika z odmiennych właściwości materiału. Formowanie wtryskowe metali wymaga podwyższonych temperatur w celu połączenia proszku metalicznego ze spoiwem i zazwyczaj obejmuje bardziej skomplikowane fazy usuwania lepiszcza i spiekania po formowaniu.

Właściwości produktu końcowego:

MIM pozwala uzyskać metalowe komponenty o cechach porównywalnych do tych wytwarzanych za pomocą ortodoksyjnych technik obróbki metalu, takich jak zwiększona wytrzymałość i odporność termiczna. Kontrastuje to z przeważnie plastikowymi wynikami tradycyjnego formowania wtryskowego.

Koncentracja na niejednorodności materiału i możliwości tworzenia złożonych kształtów

Różnorodność materiałów: MIM zapewnia szerszą gamę opcji materiałowych, obejmującą różne stale, tytan i stopy na zamówienie. W przeciwieństwie do tradycyjnego formowania wtryskowego, które ogranicza się do nieodłącznych właściwości tworzyw sztucznych, można je dostosować do konkretnych wymagań w zakresie wytrzymałości, długowieczności i innych atrybutów mechanicznych.

Wyrafinowanie w kształtach:

MIM jest w stanie wytwarzać części o skomplikowanej geometrii i wyrafinowanych detalach, co jest często nieosiągalne w przypadku konwencjonalnego formowania tworzyw sztucznych. Miniaturowy proszek metalowy wykorzystywany w MIM ułatwia uzyskanie większej szczegółowości i rygorystycznych tolerancji, dzięki czemu nadaje się do miniaturowych, złożonych komponentów w sektorach takich jak lotnictwo, medycyna i elektronika.

Grubość ścianki i konfiguracje wewnętrzne:

MIM jest w stanie produkować komponenty o smukłych ściankach i skomplikowanych konfiguracjach wewnętrznych bez poświęcania wytrzymałości, co jest wyzwaniem w przypadku tworzyw sztucznych ze względu na ich rozbieżne właściwości mechaniczne.

Wykończenie powierzchni i późniejsza obróbka:

Komponenty wykonane w technologii MIM mają zazwyczaj lepszą jakość powierzchni w porównaniu do tych z tradycyjnego formowania tworzyw sztucznych. Mogą być poddawane różnym ulepszeniom, takim jak polerowanie, galwanizacja lub obróbka termiczna, aby zwiększyć ich właściwości funkcjonalne lub atrakcyjność wizualną.

Podsumowując, podczas gdy Formowanie wtryskowe metali MIM i tradycyjne formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych mają wspólne podobieństwa proceduralne, ale ich różnice w wykorzystaniu materiałów, charakterystyce produktu i złożoności kształtu są znaczące. Różnice te sprawiają, że MIM jest bardziej odpowiedni dla scenariuszy wymagających odporności i precyzji komponentów metalowych w połączeniu z wszechstronnością projektowania charakterystyczną dla części maszyn do formowania wtryskowego tworzyw sztucznych.

Wnioski

W artykule zagłębiamy się w niuanse formowania wtryskowego metali (MIM), procesu, który wyróżnia się w świecie produkcji. W porównaniu do konwencjonalnego formowania wtryskowego tworzyw sztucznych, widoczna staje się znaczna różnorodność materiałów stosowanych w MIM, umożliwiająca produkcję bardziej złożonych struktur. Zdolność MIM do produkcji metalowych części formowanych wtryskowo o złożonych konstrukcjach, wyjątkowej precyzji i silnych właściwościach mechanicznych ugruntowała jego wyjątkową pozycję w produkcji, szczególnie w branżach takich jak lotnictwo, opieka zdrowotna, części samochodowe i elektronika użytkowa.

Ogólnie rzecz biorąc, formowanie wtryskowe metalu stanowi znaczący postęp w technologii produkcji, łącząc najlepsze aspekty metod produkcji metalu i tworzyw sztucznych. Jego ciągły rozwój i zdolność adaptacji będą odgrywać kluczową rolę w przyszłości produkcji, napędzając innowacje i postęp w wielu branżach.