Jakie są zalety i wady formowania wtryskowego metali?

Wprowadzenie: Formowanie wtryskowe metali, znane również jako MIM, jest zaawansowanym procesem wytwarzania metali. Umożliwia niedrogą produkcję części metalowych o dużej gęstości, złożonych kształtach i wysokiej funkcjonalności. MIM łączy elastyczność formowania wtryskowego z wytrzymałością spiekania proszków metali.

MIM jest cenione, ponieważ pozwala wytwarzać mocne, niedrogie części metalowe o złożonych kształtach. Technologię tę stosuje się w wielu branżach, między innymi w elektronice, medycynie, przemyśle i motoryzacji. W tym artykule wyjaśniono, jak działa MIM oraz jakie ma zalety i ograniczenia.

Na czym polega proces formowania wtryskowego metalu?

Formowanie wtryskowe metali (MIM) to proces produkcji precyzyjnych, złożonych części metalowych. Łączy w sobie proszek metalowy, formowanie wtryskowe i spiekanie w celu wytworzenia części MIM o wąskich tolerancjach i doskonałym wykończeniu powierzchni.

Stosując różne rozmiary i kształty proszków metali, dodając różne dodatki, można uzyskać części MIM o różnych właściwościach chemicznych i fizycznych. Skład spoiwa w każdej cząsteczce proszku określa ostateczną twardość części.

Jaka jest zasada procesu formowania wtryskowego metalu?

Proces formowania wtryskowego dzieli się na dwa etapy: formowanie wtryskowe i spiekanie.

Na etapie formowania wtryskowego materiał metalowy jest podgrzewany do stanu ciekłego, a następnie wtryskiwany do formy za pomocą strzykawki. Temperatura formy jest niska, dzięki czemu materiał metalowy szybko stygnie i krzepnie w formie, tworząc metalowy kęs o określonym kształcie i rozmiarze.

Na etapie spiekania metalowy kęs jest wysyłany do pieca do spiekania w celu obróbki w wysokiej temperaturze. W wysokich temperaturach cząsteczki w metalowym kęsie lepiej łączą się ze sobą, dzięki czemu metalowy kęs jest gęstszy i mocniejszy. Spiekane części metalowe mają dobre właściwości mechaniczne i odporność na ciepło.

Jakie są zalety formowania wtryskowego metalu?

W porównaniu z tradycyjną technologią produkcji metali formowanie wtryskowe metali (MIM) ma wiele zalet. Po 30 latach ciągłego rozwoju technologii MIM firma BRM może wykorzystywać ją do produkcji części MIM o dużej objętości, z wielu stopów, w różnych rozmiarach i o złożonych konstrukcjach. Nasze podsumowanie zalet MIM przedstawia się następująco:

Możliwość formowania części strukturalnych o bardzo złożonej strukturze

Technologia formowania wtryskowego wykorzystuje wtryskarkę do wtryskiwania półfabrykatów produktu, aby zapewnić, że materiał całkowicie wypełnia wnękę formy, co zapewnia również realizację bardzo złożonych struktur części. W przeszłości, w tradycyjnej technologii przetwarzania, najpierw wytwarzano poszczególne elementy, a następnie łączono je w komponenty.

Korzystając z technologii MM, można je zintegrować w kompletną pojedynczą część, co znacznie zmniejsza liczbę etapów i upraszcza procedury przetwarzania.

W porównaniu z innymi metodami obróbki metalu, MIM charakteryzuje się wysoką dokładnością wymiarową produktów i nie jest wymagana żadna dodatkowa obróbka lub wymagana jest tylko niewielka ilość wykończenia. Proces formowania wtryskowego może bezpośrednio tworzyć cienkie ścianki i złożone części konstrukcyjne. Kształt produktu jest zbliżony do wymagań produktu końcowego.

Tolerancja wymiarowa części jest zwykle utrzymywana na poziomie około ±0,1 do ±0,3, co jest szczególnie ważne dla obniżenia kosztów obróbki węglika spiekanego, który jest trudny w obróbce, i zmniejszenia strat przetwarzania metali szlachetnych.

Nie ma ograniczeń co do projektu kształtu, który jest odpowiedni dla prawie wszystkich produktów. Tolerancja, której nie można osiągnąć za pomocą formowania MIM, może zostać osiągnięta za pomocą obróbki powierzchni.

Mikrostruktura produktu jest jednorodna, gęstość wysoka, a wydajność dobra.

Podczas prasowania ścianki formy i proszek oraz proszek i proszek ocierają się o siebie, a nacisk jest nierównomierny. To sprawia, że mikrostruktura sprasowanych włosów jest nierówna. Podczas spiekania prasowane części metalurgii proszków kurczą się nierównomiernie.

Należy więc obniżyć temperaturę spiekania, aby zredukować ten efekt. Ale wtedy powstają duże dziury, niska gęstość i słaba gęstość materiału, co sprawia, że produkt jest słaby.

W rzeczywistości formowanie wtryskowe jest procesem formowania płynnego. Obecność spoiwa zapewnia równomierne ułożenie proszku, eliminując nierównomierną mikrostrukturę włosa, a następnie gęstość spiekanego produktu może osiągnąć teoretyczną gęstość materiału.

W normalnych warunkach gęstość prasowanego produktu może osiągnąć tylko 85% gęstości teoretycznej. Wysoka gęstość produktu może zwiększyć wytrzymałość, wzmocnić wytrzymałość, poprawić plastyczność, przewodność elektryczną i przewodność cieplną oraz poprawić właściwości magnetyczne.

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

Metalowe formy stosowane w technologii MIM mają żywotność podobną do inżynieryjnych form wtryskowych z tworzyw sztucznych. Ponieważ stosowane są formy metalowe, MIM nadaje się do masowej produkcji części.

Ponieważ półfabrykaty produktów są formowane przez wtryskarki, wydajność produkcji jest znacznie lepsza, koszty produkcji są zmniejszone, a spójność i stała jakość oraz powtarzalność produktów formowanych wtryskowo są dobre, co stanowi gwarancję produkcji przemysłowej na dużą skalę i na dużą skalę.

MIM to proces charakteryzujący się większą elastycznością, dzięki któremu można bardzo ekonomicznie produkować od tysięcy do milionów części rocznie. Podobnie jak odlewy i części formowane wtryskowo, MIM wymaga od klientów inwestycji w formy i koszty oprzyrządowania, więc w przypadku małych partii części zwykle wpływa to na szacunek kosztów.

Szeroki zakres stosowanych materiałów i szeroki zakres zastosowań

W formowaniu wtryskowym można stosować wiele materiałów. Zasadniczo każdy materiał proszkowy, który można odlewać w wysokiej temperaturze, może być przetwarzany na detale w procesie MIM, w tym materiały trudne w obróbce i materiały o wysokiej temperaturze topnienia w tradycyjnych procesach produkcyjnych.

Ponadto MIM może prowadzić badania nad formułą materiału zgodnie z wymaganiami użytkownika, tworzyć dowolne kombinacje materiałów stopowych i tworzyć części z materiałów kompozytowych. MIM może przetwarzać wiele materiałów, w tym stal niskostopową, stal nierdzewną, stal narzędziową, stop na bazie niklu, stop wolframu, węglik spiekany, stop tytanu, materiał magnetyczny, stop KoVr, drobną ceramikę itp.

Chociaż nieżelazne stopy aluminium i miedzi są technicznie wykonalne, są one zwykle przetwarzane innymi, bardziej ekonomicznymi metodami, takimi jak odlewanie ciśnieniowe lub obróbka skrawaniem.

Proces MIM wykorzystuje drobny proszek klasy mikronowej

MIM wykorzystuje drobny proszek o średnicy cząstek 2-15 μ, podczas gdy tradycyjna metalurgia proszków wykorzystuje proszek o wielkości cząstek 50-100 μ. Mały rozmiar cząstek może przyspieszyć skurcz spiekania, poprawić właściwości mechaniczne, wydłużyć żywotność zmęczeniową oraz poprawić odporność na korozję naprężeniową i właściwości magnetyczne.

Drobny rozmiar cząstek nie tylko zwiększa koszt (około 1-10 razy więcej niż cena tradycyjnego proszku PM), ale także łatwo aglomeruje, zwiększa trudność jednolitego mieszania, a szybkość odtłuszczania jest stosunkowo niska, zmniejszając w ten sposób wydajność produkcji procesu MIM.

W porównaniu z tradycyjną metalurgią proszków, MIM dodaje około 30-55% (ułamek objętościowy) spoiwa organicznego, aby zapewnić, że system spoiwa proszkowego może być płynnie wypełniony w formie podczas wtrysku.

Aby uzyskać gęsty produkt końcowy, należy użyć drobnego proszku o dużej sile spiekania. Kolejną zaletą stosowania drobnego proszku jest to, że powierzchnia spiekanej części wygląda dobrze. Aby upewnić się, że części MIM dobrze się spiekają i mają dobre właściwości, należy użyć proszku o jak największej czystości i jak najmniejszej zawartości tlenu.

W przypadku skomplikowanych części, zazwyczaj tworzy się je, dzieląc je na poszczególne części, a następnie łącząc je ze sobą. MIM jest tańszy, ponieważ tworzysz całą część na raz i nie musisz wykonywać tylu kroków.

Ponadto, w przypadku tradycyjnego formowania metalu, im bardziej skomplikowana część, tym więcej kosztuje. W przypadku MIM koszt jest taki sam, bez względu na to, jak skomplikowana jest część, ponieważ forma jest po prostu bardziej skomplikowana. Im bardziej skomplikowana część, tym tańsze jest MIM i tym więcej oszczędzasz.

Jakie są wady formowania wtryskowego metalu?

Wysoki koszt produkcji

W porównaniu z metalurgią proszków, koszt materiału w technologii formowania wtryskowego proszków metali (MIM) jest wyższy, a wymagania dotyczące surowców są bardziej rygorystyczne. Oznacza to, że średnica proszku metalowego powinna być jak najmniejsza. Aby osiągnąć lepszą wydajność, proces formowania wtryskowego proszków metali (MIM) wymaga dodania spoiwa zamiast metalurgii proszków.

W porównaniu z tradycyjnym formowaniem wtryskowym tworzyw sztucznych, wymaga ono większej liczby etapów obróbki końcowej, takich jak usuwanie spoiwa i spiekanie, co może wydłużyć czas i koszty produkcji.

Trudności w kontroli jakości proszku

Technologia formowania wtryskowego proszków metalowych musi zapewniać wiele parametrów, takich jak rozmiar, rozkład i kształt proszku, aby zagwarantować dokładność i wytrzymałość gotowego produktu. Ponieważ jednak na produkcję i przetwarzanie proszków łatwo wpływa wiele czynników, takich jak środowisko i sprzęt, kontrola jakości proszków jest trudna.

Niezadowalająca jakość powierzchni

Technologia formowania wtryskowego proszków metali wiąże się z kwestiami jakościowymi związanymi z organizacją i powierzchnią. Proszki metalowe często mają problemy, takie jak nierównomierna gęstość, pory i defekty podczas procesu formowania wtryskowego. Problemy te nie tylko wpływają na wydajność pracy gotowego produktu, ale także prowadzą do niezadowalającej jakości powierzchni, łatwego rdzewienia i uszkodzeń.

Wysokie wymagania dotyczące sprzętu i materiałów

Technologia formowania wtryskowego proszków metali (MIM) wymaga specjalnych maszyn wtryskowych i urządzeń do spiekania, które są drogie i trudne w utrzymaniu. W międzyczasie produkcja, przechowywanie i przetwarzanie proszków metali również wymaga ścisłego środowiska i warunków, co nie jest dobre dla produkcji i zarządzania przedsiębiorstwem.

Części wykonane w technologii MIM są zazwyczaj niewielkie

Ponieważ piec do formowania wtryskowego proszków metali ma niewielką przestrzeń roboczą, produkowane części MIM są zwykle małe.

Zakres wymiarowy części wykonywanych technologią formowania wtryskowego proszków metali jest ograniczony do 10–15 mm; należą do nich precyzyjne części o nieregularnych kształtach, elementy złożone, mikrokoła zębate z metalurgii proszków i koła o małym module. Jest to również jedna z przyczyn znacznego ograniczenia rozwoju technologii formowania wtryskowego.

Czynniki produkcji

Producent metalurgii proszków Xintaixing uważa, że ponieważ formy są drogie, technologia formowania wtryskowego proszków metali jest lepsza do produkcji na dużą skalę. Tak więc, w przypadku niektórych małych części metalowych o złożonych kształtach, ale nie wysokich wymaganiach, obróbka CNC może być tańsza i bardziej przystępna cenowo.

Jakie są obszary zastosowania technologii formowania wtryskowego metali?

Przemysł motoryzacyjny: Technologia formowania wtryskowego metali jest szeroko stosowana w motoryzacji do produkcji części silników, kół zębatych, wałków rozrządu i innych elementów.

**Przemysł elektroniczny:**W przemyśle elektronicznym wykorzystujemy technologię wtryskiwania metali do produkcji metalowych obudów i części do takich produktów jak telefony komórkowe, komputery i telewizory.

**Wyroby medyczne:**Technologia formowania wtryskowego metali jest również szeroko stosowana w produkcji wyrobów medycznych, takich jak narzędzia chirurgiczne czy implanty stomatologiczne.

**Inne branże:**Technologia formowania wtryskowego metali (MIM) jest stosowana także w lotnictwie, energetyce, chemii i innych sektorach.

Wnioski

Krótko mówiąc, formowanie wtryskowe proszków metali (MIM) jest zaawansowaną metodą wytwarzania części metalowych. Stosuje się ją w wielu branżach, ponieważ umożliwia efektywną produkcję metalowych części o dużej gęstości i złożonej geometrii. Przypomina zwykłe formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych, lecz dotyczy metalu.

Możesz tworzyć części, które są naprawdę mocne i mają wiele szczegółów. Metoda MIM nie jest jednak doskonała. Jest drogie, trudno jest kontrolować jakość proszku i potrzebne są do tego specjalne maszyny. Te czynniki sprawiają, że trudno jest używać MIM do dużych serii produkcyjnych lub części, które muszą być tanie.

Tak więc MIM jest dobry do niektórych rzeczy, ale nie do wszystkiego. Jeśli chcesz produkować części, musisz pomyśleć o tym, co chcesz zrobić i ile to kosztuje.

Uzyskaj konkurencyjną wycenę, informacje zwrotne DFM i harmonogram produkcji od zespołu inżynierskiego ZetarMold.

Poproś o bezpłatną wycenę → Zobacz nasz Kompletny przewodnik po formowaniu wtryskowym, aby uzyskać pełny przegląd zagadnienia.