Литье металла под давлением - Metal injection molding
 | эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. (Сентябрь 2010 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
Литье металла под давлением (МИМ) это металлообработка процесс, в котором мелкодисперсный металлический порошок смешивается со связующим материалом для создания «исходного материала», который затем формируется и затвердевает с использованием литье под давлением. Процесс формования позволяет формировать сложные детали большого объема за один этап. После формования деталь подвергается операциям кондиционирования для удаления связующего (удаления связующего) и уплотнения порошков. Готовая продукция - это небольшие компоненты, используемые во многих отраслях и сферах применения.
Поведение сырья MIM регулируется реология, исследование шламов, взвесей и других неньютоновских жидкостей.
Из-за текущих ограничений оборудования продукты должны быть отформованы с использованием количества не более 100 граммов на «выстрел» в форму. Эта дробь может быть распределена по нескольким полостям, что делает MIM рентабельным для небольших, сложных, крупносерийных продуктов, производство которых в противном случае было бы дорогостоящим. Сырье для MIM может состоять из множества металлов, но наиболее распространенными являются нержавеющие стали, широко используемые в порошковая металлургия. После первоначального формования связующее удаляют, а частицы металла связывают диффузией и уплотняют для достижения желаемых прочностных свойств. Последняя операция обычно приводит к усадке продукта на 15% в каждом измерении.
Рынок литья металлов под давлением вырос с 9 миллионов долларов США в 1986 году до 382 миллионов долларов США в 2004 году и более 1,5 миллиардов долларов США в 2015 году. Связанная с этим технология - литье под давлением керамического порошка, обеспечивающая общий объем продаж около 2 миллиардов долларов США. Большая часть роста в последние годы пришлась на Азию.[1]
Обработать
В монографии П.О. Грибовский, опубликованный в 1956 году, подробно описывает технологию горячего литья (горячего формования) керамических изделий под давлением (сейчас - Low Pressure Powder Injection Molding) и, в частности, отмечает, что «технология горячего литья дает возможность изготавливать изделия из любых материалов. твердые материалы, начиная от природных минералов, чистых оксидов, карбидов, металлов и др., и заканчивая многокомпонентными композитными синтетическими материалами и их комбинациями ».[2] Это указание на возможность MIM-кастинга, которое было реализовано доктором Раймондом Э. Вичем младшим в 1970-х годах, который усовершенствовал технологию MIM в качестве соучредителя Калифорния названная компания Парматек, название сокращено от словосочетания «технология материалов с частицами».[3] Позднее Wiech запатентовал[4] его процесс, и он был широко принят для промышленного использования в 1980-х годах.
MIM получил признание на протяжении 1990-х годов, поскольку усовершенствования последующих процессов кондиционирования привели к получению конечного продукта, который по своим характеристикам аналогичен или превосходит те, которые производятся с помощью конкурирующих процессов. Технология MIM повысила рентабельность за счет крупносерийного производства до "чистой формы", исключив дорогостоящие дополнительные операции, такие как механическая обработка, хотя MIM слаб с точки зрения жестких требований к размерам.
Этапы процесса включают объединение металлических порошков с полимерами, такими как воск и полипропилен. связующие для производства "исходной" смеси, которая вводится в виде жидкости в форму с использованием машин для литья пластмасс под давлением. Формованная или «сырая часть» охлаждается и выталкивается из формы. Затем часть связующего материала удаляется с использованием растворителя, термических печей, каталитического процесса или комбинации методов. Образовавшаяся хрупкая и пористая (40 об.% «Воздуха») часть находится в состоянии, называемом «коричневой» стадией. Чтобы улучшить обращение, часто удаление вяжущего и спекание объединяют в один процесс. Спекание нагревает порошок до температур, близких к температуре плавления в печи с защитной атмосферой, чтобы уплотнить частицы с помощью капиллярных сил в процессе, называемом спекание. Детали из MIM часто спекаются при температурах, достаточно высоких, чтобы вызвать частичное плавление в процессе, называемом жидкофазным спеканием. Например, нержавеющая сталь может быть нагрета до 1350–1400 ° C (2460–2550 ° F). Высокие скорости диффузии приводят к высокой усадке и уплотнению. При выполнении в вакууме обычно достигается плотность твердого вещества 96–99%. Металл конечного продукта имеет сравнимые механические и физические свойства с отожженными деталями, изготовленными с использованием классических методов обработки металлов. Термическая обработка после спекания для MIM такая же, как и для других маршрутов производства, и с высокой плотностью компонент MIM совместим с обработками для кондиционирования металла, такими как покрытие, пассивирующий, отжиг, науглероживание, азотирование и дисперсионное твердение.
Приложения
Окно экономического преимущества металлических деталей, полученных литьем под давлением, заключается в сложности и объеме для деталей малых размеров. Материалы MIM сопоставимы с металлом, полученным конкурирующими методами, а конечные продукты используются в широком спектре промышленного, коммерческого, медицинского, стоматологического, огнестрельного оружия, аэрокосмический, и автомобильный Приложения. Допуски на размеры обычно составляют ± 0,3%, а для более точных допусков требуется обработка. MIM может производить детали там, где сложно или даже невозможно эффективно изготовить элемент с помощью других средств изготовления. В идеале лучше всего иметь по крайней мере 75 размерных спецификаций для компонента с максимальным размером всего 25 мм и массой 10 г - например, требуемых для корпусов часов, вилок сотовых телефонов и петель портативных компьютеров. Повышенные затраты на традиционные методы производства, 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, изготовленные с учетом их веса нетто, что снижает отходы материалов и затраты; Плотность контролируется с точностью 95–98%; Объединение частей и комплекса 3D Геометрии.[5]
Возможность объединить несколько операций в один процесс гарантирует, что MIM успешно сокращает время выполнения заказа, а также затраты, обеспечивая производителям значительные преимущества. Процесс литья металла под давлением может быть экологически чистой технологией из-за значительного сокращения отходов по сравнению с «традиционными» методами производства, такими как 5-осевая обработка с ЧПУ. Однако некоторые из старых производств производят токсичные выбросы, такие как формальдегид, утилизируют хлорированные растворители и должны сжигать воск или другие полимеры, что приводит к выбросам парниковых газов.
При использовании процесса MIM доступен широкий спектр материалов. Традиционные процессы металлообработки часто связаны с большим количеством отходов материала, что делает MIM высокоэффективным вариантом для изготовления сложных компонентов, состоящих из дорогих / специальных сплавов (кобальт-хром, 17-4 PH нержавеющая сталь, титановые сплавы и карбиды вольфрама ). MIM является жизнеспособным вариантом, когда требуются очень тонкие стенки (например, 100 микрометров). Дополнительно, электромагнитная интерференция Требования к экранированию поставили уникальные задачи, которые успешно решаются за счет использования специальных сплавов (ASTM A753 Тип 4).[6]
использованная литература
- ^ Субраманиан, Виджай. «Литье металла и керамики под давлением - AVM049C». www.bccresearch.com. Получено 2015-05-27.
- ^ Грибовский П.О. (1956). Горячее литье керамических изделий. Госэнергоиздат опубл. (По-русски).
- ^ Уильямс, Б. (1989). «Parmatech придает металлам форму пластика». Отчет о металлическом порошке. 44 (10): 675–680.
- ^ Wiech, Raymond E. Jr. (1980-04-08) "Производство деталей для твердых частиц", Патент США 4,197,118 .
- ^ «Проектирование металлических форм на заказ для прецизионных деталей, Великобритания - CMG Technologies». www.cmgtechnologies.co.uk.
- ^ ООО «ЭМИ и магнитное экранирование - ФлоМет». www.flomet.com.