Введение в металлоинжекционное формование
Металлоинжекционное формование (MIM) является технологией порошковой металлургии для формирования почти готовых изделий, происходящей из индустрии пластмассового литья под давлением. Технология пластмассового литья под давлением имеет низкую стоимость для производства различных сложных изделий, но пластиковые изделия не обладают высокой прочностью. Мы можем улучшить их характеристики, добавляя металлические или керамические порошки в пластики для получения изделий с большей прочностью и хорошей износостойкостью. В последние годы эта идея развилась до максимизации содержания твердых частиц, удаления связующего и уплотнения формовочного заготовки во время последующего спекания. Этот новый метод порошковой металлургии называется металлоинжекционное формование (MIM).
ПРЕИМУЩЕСТВА МЕТАЛЛОИНЖЕКЦИОННОГО ФОРМОВАНИЯ (MIM)
Процесс металлоинжекционного формования (MIM) предлагает следующие преимущества:
- Дешевое производство высокого объема сложных деталей
- Меньшее время производства по сравнению с литьем по моделям.
- Формование почти по форме с минимальными отходами материала.
- Отливки до Отличные механические свойства и детали, отражающие размер частиц и увеличенную плотность спекания.
- Свойства, равные ковким сплавам
- Доступно несколько предсплавов и мастер-сплавов.
- Занимает меньше времени на выполнение операций
Не стесняйтесь Связаться с нашими профессиональными токарями для обсуждения ваших индивидуальных требований к пластиковому формованию.
Металлоинжекционное формование (MIM) — это процесс формовки металла, при котором металл в порошкообразной форме смешивается с связующим материалом для получения исходного материала. Затем исходный материал затвердевает и формуется для изготовления конечного продукта.
Металлоинжекционное формование — идеальный процесс для производства сложных форм и крупносерийных изделий.
Свяжитесь с нами для получения услуг по производству пластиковых форм
Области бизнеса, обслуживаемые MS Machining
Металлоинжекционное формование (MIM) используется в различных отраслях, таких как автомобильная, медицинская, электронная, промышленная и потребительская, для продукции, такой как автозапчасти, аэрокосмическое оборудование, мобильные телефоны, стоматологические инструменты, электронные радиаторы и герметичные упаковки, аппаратные соединители, промышленный инструмент, оптоволоконные разъемы, системы распыления, жесткие диски, медицинские устройства, ручные электроинструменты, хирургические инструменты и спортивное оборудование.
Процесс металлоинжекционного формования
Основные этапы процесса металлоинжекционного формования включают выбор металлического порошка и связующего материала в соответствии с требованиями MIM. Порошок и связующее смешиваются в однородную массу при определенной температуре с использованием подходящих методов; после грануляции в индивидуальной форме для инжекционного формования заготовка подвергается спеканию и термической обработке после удаления смазки для получения конечного продукта.
1: Технология производства порошка для MIM
Требования к исходному порошку для MIM очень высоки, и выбор порошка, облегчающего смешивание, инжекционное формование, дегазацию и спекание, часто противоречив. Исследование порошка включает форму порошка, размер частиц, состав по размеру, удельную поверхность и т.д.; таблица 1 показывает наиболее подходящие свойства исходного порошка для MIM.
Поскольку требования к исходному порошку для MIM очень высоки, цены на порошки для MIM обычно выше; некоторые достигают в 10 раз стоимости традиционного порошка для ПМ, что является важным фактором ограничения широкого внедрения технологии MIM. Основные методы получения порошка — водо-давление, газовая атомизация высокого давления и карбонилирование.
2: Связующее
Технология связующих для MIM используется для повышения текучести, чтобы обеспечить инжекционное формование и сохранить форму заготовки. Основные функции — это облегчение удаления, отсутствие загрязнений, токсичность, разумная стоимость и другие характеристики. В последние годы различные связующие выбираются на основе опыта или методов дегазации, а требования к связующему направлены на проектирование системы связующих.
Связующее обычно состоит из компонентов с низкой и высокой молекулярной массой, а также некоторых необходимых добавок. Вязкость компонентов с низкой молекулярной массой обеспечивает хорошую текучесть и легкость удаления; компоненты с высокой молекулярной массой придают прочность, что помогает сохранять прочность формовочной заготовки. Правильное соотношение этих компонентов обеспечивает высокую загрузку порошка и в итоге — высокую точность и однородность продукта.
3: Смесь
Смешивание — это процесс объединения металлического порошка с связующим веществом для получения однородного материала для подачи. Поскольку свойства исходного материала определяют характеристики конечных деталей, процесс смешивания очень важен. Он включает такие факторы, как способ и последовательность добавления связующего и порошка, температура смешивания и характеристики устройства для смешивания. Этот этап остается на уровне опыта, и важным показателем эффективности процесса является однородность и стабильность полученной смеси.
Смешивание исходного материала для MIM осуществляется под воздействием тепла и сдвига. Температура смешивания не должна быть слишком высокой; иначе связующее может разрушиться из-за низкой вязкости и разделения фаз порошка и связующего, поскольку сила сдвига зависит от метода смешивания. Обычно используются такие устройства для смешивания, как двойной шнековый экструдер, Z-образный мешалка, одинарный шнековый экструдер, поршневой экструдер, двойной планетарный миксер и двойной кулачковый миксер. Эти устройства подходят для приготовления смесей с вязкостью в диапазоне 1-1000 Па·с.
Метод смешивания обычно заключается в добавлении компонентов с высокой температурой плавления для их первоначального расплавления, затем охлаждении, добавлении компонентов с низкой температурой плавления, и затем добавлении металлического порошка порциями. Это предотвращает испарение или разложение элементов с низкой температурой плавления. Добавление металлического порошка порциями позволяет избежать скачков крутящего момента, вызванных слишком быстрым охлаждением, и снижает износ оборудования.
Что касается метода добавления порошка разного размера при подборе, японский патент вводит: сначала добавляется водоаттестованный порошок размером 15-40 мкм в связующее, затем добавляется порошок 5-15 мкм, и в конце — порошок ≤5 мкм, чтобы полученный конечный продукт имел минимальные изменения усадки.
Для равномерного нанесения слоя связующего вокруг порошка, металлический порошок добавляется непосредственно к компоненту с высокой температурой плавления, затем — к компоненту с низкой температурой плавления, и, наконец, его удаляют из воздуха. Например, суспензия Anwar PMMA добавляется прямо в смесь порошков из нержавеющей стали, добавляется водный раствор PEG, высушивается, а затем удаляется воздух при перемешивании. O’Connor использует растворительное смешивание: сначала смешиваются SA и сухой порошок, затем добавляется тетрагидрофуран, после чего добавляется полимер, при нагреве тетрагидрофуран испаряется, и затем добавляется смесь порошков, что позволяет получить равномерное питание.
4: Литье под давлением
Цель литья под давлением — получить желаемую форму без дефектов и с однородной последовательностью частиц, формируя заготовки методом MIM. Сначала гранулированный материал нагревается до определенной высокой температуры для придания текучести. Затем он вводится в форму и охлаждается для получения заготовки нужной формы и определенной жесткости, после чего извлекается из формы для получения заготовки методом MIM. Этот процесс аналогичен традиционному процессу пластмассового литья под давлением. Но из-за высокого содержания порошка в материале для MIM, параметры процесса и некоторые другие аспекты значительно отличаются, неправильное управление может привести к различным дефектам.
5: Обезжиривание
С появлением технологии MIM, с различными системами связующих, формируются различные технологические пути и методы обезжиривания. Время обезжиривания сократилось с нескольких дней в начале до нескольких часов. Все методы обезжиривания можно условно разделить на две категории по этапам: один — двухэтапный метод обезжиривания.
Двухэтапный метод включает растворительное обезжиривание + термическое обезжиривание, обезжиривание с помощью сифона — термическое обезжиривание и т.д. Одноэтапный метод — это в основном одноступенчатый термический метод, наиболее продвинутый — это мета-форма. Ниже приведены несколько типичных методов обезжиривания для MIM.
6: В sintering
Синтерование — последний этап процесса MIM; оно устраняет пористость между частицами порошка. Продукты MIM достигают полной плотности или почти полной плотности. Из-за большого количества связующего, используемого в технологии металлопорошкового литья, усадка при синтеровании очень велика, и линейная усадка обычно достигает 13-25%, что создает проблемы с контролем деформации и точностью размеров. Особенно, поскольку большинство изделий MIM имеют сложную форму, эта проблема становится все более актуальной, а равномерное питание — ключевой фактор для точности размеров и контроля деформации готовых синтерованных изделий.
Высокая плотность порошка снижает усадку при синтеровании и облегчает контроль процесса и точности размеров. Для изделий из железа и нержавеющей стали также существует проблема потенциального контроля углерода при синтеровании. Из-за высокой стоимости тонкого порошка исследование технологий усиленного синтерования для заготовок из крупнозернистого порошка — важный способ снижения стоимости производства порошкового литья. Эта технология является важным направлением исследований в области металлопорошкового литья.
Из-за сложной формы изделий MIM и большой усадки при синтеровании большинство изделий требуют пост-синтеровочной обработки, включая формовку, термическую обработку (карбюрование, нитрирование, карбонизацию и т.д.), обработку поверхности (тонкое шлифование, ионное нитрирование, электроосаждение, закалку ударом и т.д.).
Точность
Рекомендуемый дизайн точности формования сетки MIM обычно составляет ± 0,5% размера. Некоторые характеристики сеточного формования могут достигать ± 0,3%. Как и в других технологиях, чем выше требования к точности, тем выше стоимость, поэтому при допустимых условиях рекомендуется умеренное снижение требований к допускам. Допуски, недостижимые при первичном формовании MIM, могут быть достигнуты с помощью подготовки поверхности.
Тонкостенность
Толщина стенок менее 6 мм оптимальна для MIM. Более толстые внешние стенки также возможны, но стоимость увеличивается из-за более длительных сроков обработки и добавления дополнительного материала. Также, очень тонкие стенки менее 0,5 мм возможны для MIM, но требуют высоких требований к проектированию.
Вместимость
MIM — очень гибкий процесс, который может быть реализован очень экономично при ежегодном спросе от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Как и при литье и формовке, требуются инвестиции заказчика в инструменты и их стоимость, поэтому для небольших партий это обычно влияет на оценку стоимости.
