Литье металла под давлением
Литье под давлением металла (MIM) - это процесс металлообработки, при котором тонкоизмельченный металл смешивается со связующим материалом для создания «исходного сырья», которое затем формуют и затвердевают с помощью литья под давлением . Процесс формования позволяет формировать сложные объемные детали за один этап. После формования деталь подвергается операциям кондиционирования для удаления связующего (удаления связующего) и уплотнения порошков. Готовые изделия представляют собой небольшие компоненты, используемые во многих отраслях промышленности и применениях.
Поведение исходного сырья для MIM определяется реологией , изучением шламов, суспензий и других неньютоновских жидкостей.
Из-за существующих ограничений на оборудование, изделия должны быть отлиты в количестве 100 грамм или менее за «дробь» в форму. Этот снимок можно распределить по нескольким полостям, что делает MIM экономически выгодным для небольших, сложных и объемных продуктов, которые в противном случае были бы дороги в производстве. Сырье MIM может состоять из множества металлов, но наиболее распространенными являются нержавеющие стали, широко используемые в порошковой металлургии . После первоначального формования исходное связующее удаляется, а частицы металла диффузионно связываются и уплотняются для достижения желаемых прочностных свойств. Последняя операция обычно сжимает продукт на 15% в каждом измерении.
Рынок литья под давлением металлов вырос с 9 миллионов долларов США в 1986 году до 382 миллионов долларов США в 2004 году до 1,5 миллиардов долларов США в 2015 году. Связанная технология - литье керамического порошка под давлением, что привело к общему объему продаж около 2 миллиардов долларов США. Большая часть роста в последние годы была в Азии.
Процесс
Этапы процесса включают в себя объединение металлических порошков с полимерами, такими как восковые и полипропиленовые связующие, для получения смеси «исходного сырья», которая впрыскивается в виде жидкости в форму с использованием машин для литья пластмасс под давлением. Формованная или «зеленая часть» охлаждается и выталкивается из формы. Затем часть связующего материала удаляется с использованием растворителя, термических печей, каталитического процесса или комбинации методов. Получающаяся хрупкая и пористая (40 объемных процентов «воздушная») часть находится в состоянии, называемом «коричневой» стадией. Для улучшения обработки часто удаление и спекание объединяются в единый процесс. Спекание нагревает порошок до температур, близких к температуре плавления в печи с защитной атмосферой, для уплотнения частиц с использованием капиллярных сил в процессе, называемом спеканием . Части MIM часто спекаются при температурах, почти достаточно высоких, чтобы вызвать частичное плавление в процессе, называемом жидкофазным спеканием. Например, нержавеющая сталь может нагреваться до 1350–1400 градусов по Цельсию). Скорость диффузии высока, что приводит к высокой усадке и уплотнению. При выполнении в вакууме обычно достигается плотность твердого вещества 96–99%. Металл конечного продукта обладает сопоставимыми механическими и физическими свойствами с отожженными деталями, изготовленными с использованием классических методов металлообработки. Термические обработки после спекания для MIM такие же, как и для других способов изготовления, и с высокой плотностью компонент MIM совместим с обработкой металла, такими как металлизация , пассивирование , отжиг, цементация, азотирование и отверждение при осаждении.
Приложения
Окно экономического преимущества в металлических отлитых под давлением деталях заключается в сложности и объеме для мелких деталей. Материалы MIM сопоставимы с металлом, полученным конкурирующими методами, а конечные продукты используются в широком спектре промышленного, коммерческого, медицинского, стоматологического, огнестрельного, аэрокосмического и автомобильного применения. Допуски по размерам ± 0,3% являются общими, и для более жестких допусков требуется механическая обработка. MIM может производить детали там, где трудно или даже невозможно эффективно изготовить изделие с помощью других средств изготовления. В идеале лучше всего использовать как минимум 75 типоразмеров для компонента с максимальным размером всего 25 мм и массой 10 г - как, например, требуется для корпусов часов, штекеров сотовых телефонов и петель для ноутбуков. Повышенные затраты на традиционные методы изготовления, присущие сложности деталей, такие как внутренняя / внешняя резьба, миниатюризация или идентификационная маркировка, обычно не увеличивают стоимость операции MIM из-за гибкости литья под давлением.
Другие возможности проектирования, которые могут быть реализованы в операции MIM, включают коды продуктов, номера деталей или отметки даты; детали изготавливаются с учетом собственного веса, что снижает материальные отходы и стоимость; Плотность контролируется с точностью до 95–98%; Объединение деталей и сложных трехмерных геометрий.
Возможность объединить несколько операций в один процесс гарантирует, что MIM успешно сэкономит время, а также затраты, предоставляя производителям значительные преимущества. Процесс литья под давлением металла может быть экологически чистой технологией из-за значительного сокращения потерь по сравнению с «традиционными» методами производства, такими как 5-осевая обработка с ЧПУ. Тем не менее, некоторые из старых операций генерируют токсичные выбросы, такие как формальдегид, удаляют хлорированные растворители и должны сжигать воск или другие полимеры, что приводит к выбросам парниковых газов.
Существует широкий спектр материалов, доступных при использовании процесса MIM. Традиционные процессы металлообработки часто включают значительное количество отходов материала, что делает MIM высокоэффективным вариантом для изготовления сложных компонентов, состоящих из дорогих / специальных сплавов ( кобальт-хром , нержавеющая сталь 17-4 PH , титановые сплавы и карбиды вольфрама ). MIM является жизнеспособным вариантом, когда требуются очень тонкие стенки (например, 100 микрометров). Кроме того, требования по защите от электромагнитных помех ( электромагнитных помех ) представляют собой уникальные проблемы, которые успешно решаются за счет использования специальных сплавов.