Vstřikování kovů je transformační výrobní technologie, která využívá kovové prášky v kombinaci s organickými pojivy pomocí technologie vstřikování k výrobě vysoce komplexních kovových konstrukčních dílů. V rámci první části 10% této příručky se budeme zabývat tím, proč je vstřikování kovů MIM “sňatkem” dvou existujících technologií: práškové metalurgie a vstřikování plastů.
Díly se následně zpracovávají a spékají, čímž vznikají vysoce pevné a složitě tvarované díly. Jako řešení pro velkosériovou výrobu se vstřikování kovů metodou MIM velmi rychle rozvíjí, protože tato technologie řeší mnoho problémů, které se jinými metodami nedají snadno vyřešit. Ať už je cílem výroba složitých dílů pro zdravotnické přístroje, automobilové sestavy, obranné systémy nebo spotřební elektroniku, pochopení toho, co je vstřikování kovů MIM, je prvním krokem k využití jeho mimořádné hodnoty pro díly vyžadující složitou geometrii a vynikající vlastnosti materiálu.
Pro globální průmyslová odvětví, která vyžadují přesné specifikace, je spolupráce se zkušenými výrobci nezbytná. Další technické zdroje o přesné výrobě najdete na adrese plasticmold.net a plas.co.
Co je vstřikování kovů MIM?
Zjednodušeně řečeno, vstřikování kovů MIM umožňuje vstřikování kovových prášků namísto jejich pouhého lisování. Smícháním jemných kovových prášků s plastovým pojivem vzniká za tepla a tlaku polotuhý materiál. To umožňuje vytvářet složité trojrozměrné tvary, které dříve nebylo možné vytvářet běžnými postupy s kovovými prášky.
Při konvenční práškové metalurgii, často nazývané “lisování a spékání”, se kovové prášky lisují vysokým tlakem v matrici pomocí horního a spodního razníku. Tento proces je sice skvělý, ale je omezen na dvourozměrné tvary a může trpět horšími vlastnostmi materiálu. Formování MIM tato omezení překonává využitím 360stupňové konstrukční svobody vstřikování.
Přečtěte si více na Modelování vstřikováním kovů
Čtyřkrokový procesní cyklus vstřikování kovů MIM
Výrobní cyklus pro Služby vstřikování kovů MIM se obecně dělí na čtyři kritické fáze, které zajišťují hospodárnou výrobu vysoce přesných součástí. Každá fáze musí být pečlivě kontrolována, aby konečný výrobek splňoval přísné normy moderního strojírenství.
Krok 1: Příprava směsí a surovin
Proces vstřikování kovů MIM začíná výběrem surovin. Základem jsou jemné kovové prášky, často vyráběné plynovou atomizací, která zajišťuje sférický tvar částic. Tento prášek se smíchá s termoplastickými a voskovými pojivy v úměrném množství, aby vznikla surovina pro MIM.
Míchání probíhá za tepla, takže se pojivo roztaví a obalí každou kovovou částici, čímž vznikne homogenní směs. Směs se poté ochladí a přemění na malé pelety pro snadné skladování a přenos. Kvalita vstupní suroviny určuje konzistenci rozměrů a pevnosti konečného dílu.
Krok 2: Formování MIM (vstřikování)
Výchozí pelety se přivádějí do vstřikovacího lisu, kde se komponenty tvarují pod vysokým tlakem. V této fázi se vstupní surovina pro MIM vstřikování zahřívá jen natolik, aby se roztavila plastová pojiva, a polotuhý materiál se vstřikuje do na míru zkonstruované formy.
Díly vyrobené v této fázi se nazývají zelené díly. Mají sice konečnou geometrii součásti, ale jsou podstatně větší (kvůli budoucímu smrštění) a obsahují přibližně 40% objemového pojiva. Protože je drží pohromadě pouze plastové pojivo, jsou poměrně křehké a musí se s nimi zacházet opatrně, aby nedošlo k poškození konstrukce.
Krok 3: Odstranění primárního pojiva (Debinding)
Tento krok služeb vstřikování kovů MIM zahrnuje odstranění značné části pojiv. Toho se dosáhne extrakcí rozpouštědlem, katalytickým zpracováním nebo tepelným odpařením. Po odstranění primárních pojiv se součásti nazývají hnědé díly.
V této fázi je díl držen pohromadě “páteřním” pojivem a má síť vzájemně propojených pórů. Tato pórovitost je důležitá, protože umožňuje, aby zbývající pojiva během závěrečné fáze zahřívání unikala v podobě plynu, aniž by došlo k prasknutí dílu. Zpracování na bázi rozpouštědel je často považováno za nejekonomičtější a nejefektivnější metodu pro velkoobjemové služby MIM.
Krok 4: Spékání (zhušťování)
Hnědé díly se přesunou do vsádkových vakuových pecí nebo kontinuálních atmosférických pecí, kde se odstraní sekundární pojiva a součást se zhutní. Vysoké teploty, které se obvykle pohybují mezi 2300°F a 2500°F (1260 °C až 1370 °C), umožňují, aby se kovové částice vzájemně spojily a rozptýlily.
Výsledkem jsou kovové součásti 100% bez zbytků pojiva a s minimální hustotou 97%. V této fázi prochází díl konečným “smrštěním”, aby dosáhl zadaných rozměrů výkresu.
Výhody MIM a výkonnost materiálu
Jednou z hlavních výhod technologie MIM je konstrukční svoboda, která umožňuje vyrábět složitější geometrii s přísnějšími tolerancemi a lepší hustotou. Protože služby MIM při vstřikování kovů využívají technologii, která vytváří jednodušší nástroj s menším počtem pohyblivých částí, mohou konstruktéři dosáhnout vyššího počtu cyklů a lepší kontroly nákladů.
Mechanické a fyzikální vlastnosti
Komponenty vyráběné touto metodou jsou špičkou v oboru z hlediska mechanických a fyzikálních vlastností. Vzhledem k tomu, že se při spékání ve službách MIM dosahuje vysoké hustoty, vykazují konečné výrobky velmi podobné materiálové vlastnosti jako odpovídající tepané materiály. Na rozdíl od konvenčních procesů práškového zpracování kovů dosahují materiály lisované metodou MIM téměř 95% až 99% vlastností materiálů z tvářených materiálů.
Spékané komponenty jsou velmi univerzální a lze je:
- Mechanicky zpracované: Lze je vrtat, řezat závity nebo obrábět na CNC strojích pro velmi přesné funkce.
- Tepelně zpracované: Pro zvýšení tvrdosti a pevnosti v tahu kovového vstřikovacího materiálu MIM.
- Povrchová úprava: Mohou být pokoveny, svařeny nebo otryskány pro různé estetické a funkční úpravy, jako je zrcadlové leštění nebo matná struktura.
Hodí se můj díl pro služby MIM?
Při určování, zda je součást vhodná pro služby MIM, se inženýři zaměřují na průnik čtyř faktorů: výkonnost materiálu, náklady na součást, výrobní množství a tvarová složitost. Čím blíže je aplikace průsečíku těchto čtyř kategorií, tím lepší je pro služby MIM vstřikováním kovů.
| Kritéria | Kompatibilita MIM |
| Rozsah hmotnosti | Nejvhodnější hmotnost je 0,20 g až 30 g; životaschopná až do 100 g. |
| Tloušťka stěny | Nejlépe mezi 2 mm a 4 mm; minimálně 0,3 mm. |
| Objem výroby | Škálovatelnost od 5 000 do milionů ročně. |
| Geometrie | Vysoká složitost; vnitřní/venkovní vlákna a loga. |
Obecně platí, že pro vstřikování kovů metodou MIM jsou ekonomicky výhodné součásti s hmotností nižší než 100 gramů, přičemž hmotnostní rozmezí “sweet spot” se pohybuje mezi 0,20 a 30 gramy. Tento proces je vysoce škálovatelný a řeší objemy od méně než 5 000 kusů ročně až po několik milionů ročně.
Přečtěte si více: Tlakové lití hardwaru: Kompletní průvodce
Běžné aplikace a odvětví MIM
Služby vstřikování kovů MIM umožňují výrobu složitých součástí používaných ve zdravotnictví, elektronice, rekreaci a dalších odvětvích.
- Zdravotnictví a zubní lékařství: Jedná se o jednoho z dominantních uživatelů vstřikování kovů MIM. Mezi aplikace patří endoskopické chirurgické přístroje, zvukové trubice pro naslouchadla vyrobené z nerezové oceli 316 a ortodontické pomůcky z nerezové oceli 17-4 PH.
- Střelné zbraně a sportovní zboží: Služby MIM jsou preferovaným postupem pro malé, složité ocelové součásti ručních zbraní a pušek. Typická ruční zbraň může mít až 15 dílů pro lisování MIM.
- Spotřební elektronika: Velkoobjemové součástky, jako je například konektor lightning v telefonech iPhone, se vyrábějí pomocí vstřikování kovů MIM.
- Automobilový průmysl: Významné společnosti používají velké množství komponentů MIM lisování ve svých sestavách, jako jsou díly turbodmychadel a snímače.
Obecně platí, že čím složitější je díl, tím lepší je aplikace pro služby vstřikování kovů MIM. Součásti velkých rozměrů nejsou vhodnými kandidáty na MIM, protože primární roli hrají náklady na prášek.
Omezení vstřikování kovů MIM
Tento proces je sice účinný, ale má své hranice. Je důležité si uvědomit, že jakýkoli kov, který se taví při teplotě nižší než 1000 °C, jako např. hliník, zinek nebo měď nelze zpracovávat vstřikováním kovů MIM.g snadno. Teploty spékání potřebné pro zhutnění by způsobily, že by se tyto kovy roztavily a zcela ztratily svůj tvar.
U projektů zahrnujících tyto materiály s nižší teplotou tání se používají alternativní metody, jako např. tlakové lití hliníku nebo odlévání hliníku do písku. Technické srovnání těchto technologií a zjištění, která z nich odpovídá vašim specifickým požadavkům na slitinu, naleznete zde. zde
Často kladené otázky (FAQ)
Proč se kovový vstřikovaný díl MIM po spékání tolik smrští?
Po procesu spékání ve službách MIM je běžné až 15 až 20procentní smrštění. K tomu dochází proto, že se součást smršťuje, aby vytlačila veškerý prázdný prostor, který po sobě zanechala pojiva při vzájemné difúzi kovových částic. Toto smrštění je většinou izotropní.
Jaká typická pojiva se používají v receptuře surovin pro služby MIM?
Typickými pojivy jsou polyoxymethylen (POM), polyethylen nebo polypropylen, což jsou syntetické nebo přírodní vosky. Jako pojiva pro lisování MIM se často používají také kyseliny stearové.
3. Jaký je rozdíl mezi “zeleným dílem” a “hnědým dílem” při lisování MIM?
Vytvořený tvar se nazývá zelený díl; jedná se o konsolidaci kovového prášku, který je spojen plastovými pojivy. Po fázi odbednění mimovrstvami se pak součásti nazývají hnědé díly.
Proč si vybrat odlévání pod tlakem pro služby MIM?
Velmi rádi využíváme naše zkušenosti a talent, abychom se stali dalším zdrojem, který našim zákazníkům pomůže dosáhnout jejich cílů. Ať už chcete integrovat vícedílnou sestavu nebo převést plastový výlisek na nerezovou ocel, nabízíme technické znalosti pro vaše potřeby v oblasti vstřikování kovů MIM.
Při správné aplikaci mohou služby MIM ušetřit až 80% nákladů na součástky. Doporučujeme vám, abyste se obrátili na společnost The Die Casting a zeptali se na její služby MIM. Stačí nám zaslat tisk nebo model CAD a naši inženýři s vámi budou spolupracovat na řešení vašich problémů s využitím naší technologie MIM služeb vstřikování kovů.
