금속 사출 성형 소개
금속 사출 성형(MIM) 플라스틱 사출 성형 산업에서 파생된 분말 야금 정형 성형 기술입니다. 플라스틱 사출 성형 기술 다양한 복잡한 형상 제품을 생산하는 데 저렴한 가격이 들지만 플라스틱 성형 제품은 강도가 높지 않습니다. 금속 또는 세라믹 분말을 플라스틱에 첨가하여 강도가 높고 내마모성이 우수한 제품을 얻음으로써 성능을 향상시킬 수 있습니다. 최근에는 이러한 아이디어가 발전하여 고체 입자의 함량을 최대화하고 바인더를 제거하며 후속 소결 공정에서 성형 블랭크를 치밀화합니다. 이 새로운 분말 야금 방법을 금속 사출 성형(MIM).
금속 사출 성형(MIM)의 장점
금속 사출 성형(MIM) 공정은 다음과 같은 이점을 제공합니다.
- 저비용 제조 대량 복잡 부품의
- 더 짧은 생산 시간 정밀 주조와 비교했습니다.
- 최소한의 재료 낭비로 인한 정미형상 제조.
- 주조에서 탁월한 기계적 특성 및 부품은 입자 크기를 반영하고 소결 밀도를 증가시켰습니다.
- 단조 합금과 동등한 특성
- 여러 프리 합금 및 마스터 합금을 사용할 수 있습니다.
- 적은 시간 소요 작업 완료에
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금속 사출 성형(MIM)은 분말 형태의 금속을 성형하는 금속 성형 공정으로, 미세 분말 금속은 바인더 재료와 결합되어 공급 원료를 만듭니다. 이 공급 원료는 경화되고 성형되어 최종 제품을 만듭니다.
금속 사출 성형은 복잡한 형상과 대량 생산이 필요한 제품의 제작을 용이하게 하는 이상적인 공정입니다.
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MS 가공이 제공하는 사업 분야
금속 사출 성형(MIM) 자동차 부품, 항공 우주 장비, 휴대폰, 치과 기구, 전자 방열판 및 밀봉 패키지, 전자 커넥터 하드웨어, 산업용 도구, 광섬유 커넥터, 분무 시스템, 디스크 드라이브, 의료 기기, 휴대용 전동 공구, 수술 기구, 스포츠 장비 등 다양한 산업 분야에서 사용됩니다.
금속 사출 성형 공정
금속 사출 성형의 기본 공정 단계는 먼저, MIM 요구 사항에 맞는 금속 분말과 바인더를 선택하는 것부터 시작합니다. 분말과 바인더는 적절한 방법을 사용하여 특정 온도에서 균일한 공급 원료로 혼합됩니다; 맞춤형 사출 성형 후, 성형 블랭크는 소결 및 템퍼링 과정을 거쳐 최종 제품으로 완성됩니다.
1: MIM 분말 및 분말 제조 기술
MIM 원료 분말의 요구 사항은 높으며, 혼합, 사출 성형, 탈지, 소결을 용이하게 하는 분말 선택은 종종 상충됩니다. MIM 원료 분말 연구에는 분말 형태, 입자 크기, 입자 크기 조성, 표면적 등이 포함되며, 표 1은 원료 분말의 특성에 가장 적합한 것을 나열합니다.
MIM 원료 분말의 요구 사항이 뛰어나기 때문에, MIM 원료 분말 가격은 일반적으로 높으며, 일부는 전통적인 PM 분말 가격의 10배에 달하기도 합니다. 이는 MIM 기술의 광범위한 사용을 제한하는 중요한 요인입니다. 원료로 분말을 제조하는 핵심 방법은 압력 수(水) 분무법, 고압 가스 분무법, 카보닐법입니다.
2: 바인더
MIM 바인더 기술은 유동성을 향상시켜 사출 성형에 적합하게 하고, 블랭크의 형태를 유지하는 데 사용됩니다. 가장 기본적인 두 가지 기능 외에도, 쉽게 제거 가능하고, 오염이 없으며, 무독성이고, 적절한 비용을 갖추어야 합니다. 이러한 이유로 최근 몇 년간 다양한 바인더는 경험에 의존하는 것에서 벗어나 탈지 방법으로 선택되고 있으며, 바인더 시스템의 설계 방향은 바인더 기능의 요구 사항을 목표로 하고 있습니다.
바인더는 일반적으로 저분자 및 고분자 성분과 일부 필수 첨가제를 포함합니다. 저분자 성분의 점도는 낮고 유동성이 좋아 제거가 쉽고, 고분자 성분의 점도는 높아 강도를 높여 성형 블랭크의 강도를 유지하는 데 도움을 줍니다. 이 두 성분의 적절한 비율을 조합하여 높은 분말 적재 용량을 얻고, 최종적으로 제품의 높은 정밀도와 균일성을 확보합니다.
3: 혼합
혼합은 금속 분말과 바인더를 섞어 균일한 공급 재료를 만드는 과정입니다. 공급 재료의 특성이 최종 사출 성형 부품의 성능을 결정하므로, 혼합 과정은 매우 중요합니다. 이 과정에는 바인더와 분말의 첨가 방법과 순서, 혼합 온도, 혼합 장치의 특성 등 다양한 요소가 포함됩니다. 이 단계는 경험 수준에 머무르고 있으며, 궁극적으로 혼합 과정을 평가하는 중요한 지표는 결과물의 균일성과 일관성입니다.
MIM 공급물의 혼합은 열과 전단의 결합 효과 하에 이루어집니다. 혼합 온도는 너무 높지 않아야 하며, 그렇지 않으면 바인더가 분해되거나 점도가 너무 낮아지고, 전단력의 크기가 혼합 방법에 따라 달라지면서 분말과 바인더의 두 상이 분리될 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 혼합 장치는 이중 나사 압출기, Z형 임펠러 믹서, 단일 나사 압출기, 플런저 압출기, 이중 행성 믹서, 이중 캠 믹서입니다. 이들 혼합 장치는 점도 범위 1-1000Pa·s의 혼합 준비에 적합합니다.
혼합 방법은 일반적으로 높은 융점 성분을 먼저 녹인 후 냉각시켜 저융점 성분을 첨가하고, 마지막으로 금속 분말을 배치하여 첨가하는 방식입니다. 이는 저융점 그룹 원소의 증발 또는 분해를 방지할 수 있습니다. 분말을 배치하여 첨가하면 냉각 시 토크 급증을 방지하고 장비 손실을 줄일 수 있습니다.
일본 특허는 분말의 입자 크기별 혼합 방법을 소개합니다: 15-40μm 수분 분무 분말을 먼저 바인더에 첨가하고, 그 다음 5-15μm 분말을 넣으며, 마지막으로 ≤5μm 분말을 첨가하여 최종 제품의 수축률 변화를 최소화합니다.
분말 주위에 바인더 층을 균일하게 코팅하려면, 고융점 성분에 금속 분말을 직접 넣고, 그 다음 저융점 성분을 넣으며, 마지막으로 공기 중에서 제거합니다. 예를 들어, Anwar PMMA 서스펜션을 스테인리스 스틸 분말 혼합물에 직접 넣고, PEG 수용액을 첨가한 후 건조시키고, 교반하면서 공기를 제거합니다. O’Connor는 용매 혼합 방식을 사용합니다. 먼저 SA와 건조 분말을 혼합하고, 그 다음 테트라하이드로푸란 용매를 넣으며, 폴리머를 첨가하고, 가열하여 테트라하이드로푸란을 증발시킨 후, 분말 혼합물을 넣어 균일한 공급을 얻습니다.
4: 사출 성형
사출 성형의 목적은 결함이 없고 균일한 입자 배열의 원하는 형상을 얻는 것으로, MIM 성형 블랭크를 통해 이루어집니다. 먼저, 과립 공급물을 일정 고온으로 가열하여 유동성을 높이고, 이를 금형 캐비티에 주입한 후 냉각시켜 일정 강도를 갖는 형상을 얻으며, 이후 금형에서 제거하여 MIM 성형 블랭크를 만듭니다. 이 과정은 전통적인 플라스틱 사출 성형과 동일하지만, MIM 공급물의 높은 분말 함량으로 인해 성형 공정의 조건과 일부 측면이 매우 달라지며, 부적절한 제어는 다양한 결함을 유발할 수 있습니다.
5: 탈유
MIM 기술이 등장한 이후, 다양한 바인더 시스템과 함께 여러 MIM 공정 경로 및 탈유 방법이 개발되었습니다. 탈유 시간은 초기 몇 일에서 몇 시간으로 단축되었습니다. 모든 탈유 방법은 대략 두 가지 단계로 나눌 수 있는데, 하나는 이단계 탈유 방법입니다.
이단계 방법에는 용매 탈유 + 열 탈유, 사이펀 탈유 + 열 탈유 등이 포함됩니다. 일단계 방법은 주로 일단계 열 탈유 방법이며, 가장 진보된 방법은 메타 몰드입니다. 다음은 대표적인 MIM 탈유 방법입니다.
6: 소결
소결은 MIM 공정의 마지막 단계로, 분말 입자 사이의 기공을 제거하는 과정입니다. MIM 제품은 완전 밀집 또는 거의 밀집 상태를 달성하며, 금속 사출 성형 기술에 사용되는 바인더의 양이 많기 때문에 소결 시 수축률이 매우 크고, 선형 수축률은 일반적으로 13-25%에 달하여 변형 제어와 치수 정밀도에 문제가 발생합니다. 특히 대부분의 MIM 제품이 복잡한 형상 부품인 만큼, 이 문제는 점점 더 두드러지고 있으며, 균일한 공급은 최종 소결 제품의 치수 정밀도와 변형 제어에 핵심적인 요소입니다.
높은 분말 밀도는 소결 수축률을 줄이고, 소결 과정과 치수 정밀도 제어를 용이하게 합니다. 철계 및 스테인리스 강 제품의 경우, 소결 시 잠재적인 탄소 조절 문제도 존재합니다. 고가의 미분말을 사용하는 만큼, 조잡한 분말 블랭크에 대한 향상된 소결 기술 연구는 생산 비용 절감의 중요한 방법이며, 이는 금속 분말 사출 성형의 중요한 연구 분야입니다.
복잡한 형상과 큰 소결 수축률로 인해, 대부분의 제품은 소결 후 후처리(형상 성형, 열처리(탄소화, 질화, 탄질화 등), 표면 처리(세밀 연삭, 이온 질화, 도금, 샷 경화 등))가 필요합니다.
정밀도
MIM 네트 성형 정밀도의 기준 설계는 일반적으로 크기 ±0.5%입니다. 네트 성형의 특정 특성은 ±0.3%까지 도달할 수 있습니다. 다른 기술과 마찬가지로, 정밀도 요구가 높을수록 비용이 증가하므로, 품질이 허용하는 범위 내에서 공차 요구를 적절히 완화하는 것이 권장됩니다. MIM 초기 성형으로 달성할 수 없는 공차는 표면 처리로 보완할 수 있습니다.
얇게 만들기
벽 두께가 6mm 미만인 것이 MIM에 최적입니다. 더 두꺼운 외벽도 가능하지만, 가공 시간 증가와 추가 재료로 인해 비용이 상승합니다. 또한, 0.5mm 이하의 매우 얇은 벽도 MIM으로 제작 가능하지만, 높은 설계 요구사항이 따릅니다.
용량
MIM은 매우 유연한 공정으로 연간 수천에서 수백만의 수요를 매우 경제적으로 달성할 수 있습니다. 주조 및 사출 성형 부품과 마찬가지로, MIM은 고객의 금형 투자와 금형 비용이 필요하므로 소량의 경우 비용 추정에 영향을 미치는 경우가 많습니다.
