Клієнти приходили до нас із проектами інструментів MIM після того, як обпеклися деінде. Один автомобільний постачальник витратив вісім місяців на розробку компонента редуктора з постачальником, який не розумів компенсації усадки при спіканні. Інструмент виготовляв деталі на 0,4 мм заниженими по кожному критичному виміру. Їм довелося починати спочатку. Цей досвід навчив нас, що більшість невдач PM сходять до основ, які хтось не помітив або припускав, що вони впораються.
Як це працює
Для звичайного пресу-та-агломерату PM ви маєте справу з порошком близько 50 мікрон. Досить грубий, щоб побачити, якщо придивитися. Гідравлічні преси застосовують 150-700 МПа для ущільнення цього порошку в жорстких матрицях. Те, що виходить, називається «зеленим» компактом. Він тримає форму завдяки механічному з’єднанню, але ще не має справжньої міцності. Щільність становить десь 60-90% від теоретичної.
Спікання відбувається в печах з контрольованою атмосферою. Матеріали на основі-заліза мають температуру близько 1120 градусів. Для нержавіючої сталі потрібні вищі температури, як правило, 1250-1400 градусів. Під час цієї стадії атоми дифундують через кордони частинок. Деталь трохи ущільнюється і дає усадку, зазвичай на 0,1-0,3%.
МІМ - це інша тварина.
Порошок набагато дрібніший, приблизно 8 мікрон, змішаний із полімерними зв’язуючими для створення сировини, яка під час ін’єкції поводиться як пластик. Цю сировину вводять у форми під тиском 50-200 МПа. Після формування ви видаляєте сполучну за допомогою термічних процесів або процесів розчинника, а потім спікаєте. Усадка при спіканні МІМ становить 15-20%. Пропустіть це у своїй конструкції інструментів, і ви отримаєте брухт.
Одна річ, яка дивує команди закупівель: порошок MIM коштує в 3-5 разів дорожче звичайного порошку PM. Процеси розпилення газу та розкладання карбонілу, необхідні для дрібних сферичних частинок, дорогі. Ця вартість відображається в кожній пропозиції, і деякі постачальники не пояснюють, чому їхні ціни на MIM набагато вищі, ніж альтернативи прес{4}}і спекання для, здавалося б, подібних деталей.
MIM проти Press-та-Sinter
| Звичайний ПМ | МІМ | |
|---|---|---|
| Вага частини | 0,68 г до 6,8 кг | Зазвичай менше 50 г, макс. 150 г |
| Щільність | 85-92% | 95-99% |
| Найтонша стінка | Близько 2 мм | 0,3 мм можливо |
| Толерантність | ±0.3-0.5% | ±0,3% або краще |
| Геометрія | Переважно 2D | Підрізи, нитки, поперечні -дірки |
| Інструменти | $2,000-$10,000 | $10,000-$50,000 |
| Розрив{0}}обсягу | 5000/рік | 10 000/рік |
Обмеження звичайних ПМ походить від напрямку пресування. Ви застосовуєте осьову силу, тому елементи, перпендикулярні цій осі, є складними. Внутрішня різьба? Не відбувається. Поперечні-отвори потребують вторинної обробки.
MIM усуває ці обмеження, але додає нові. Деталі вагою понад 150 г стикаються з проблемами розкріплення. Зміни товщини стінки понад ±40-60% спричиняють викривлення, які майже неможливо усунути під час спікання.
Торік клієнт запитав нас про деталь MIM вагою 200 г із співвідношенням товщини стінки 4:1. Ми сказали їм, що це не спрацює. Вони все одно звернулися до іншого постачальника, витратили 45 000 доларів на інструменти та повернулися через шість місяців після того, як відмовилися від проекту. Деякі геометрії просто не підходять для MIM, незалежно від того, що обіцяє голодна команда продажів.
Проти інших методів виробництва
PM виграє за використанням матеріалів. Ви використовуєте 95-97% вихідного матеріалу. Обробка з ЧПУ перетворює, можливо, половину ваших запасів на мікросхеми.
Шестерня масляного насоса для комерційних автомобілів, яку ми цитували проти механічної обробки, коштувала 32% вартості обробки. Економія 68% відбулася майже повністю за рахунок матеріалів і часу циклу.
Але механічна обробка має переваги, яких PM не може торкнутися. Допуски ±0,01 мм є стандартними. Будь-який матеріал, який ви хочете. Прототип величин, які мають економічний сенс. Нижче приблизно 1000 одиниць на рік математика зазвичай надає перевагу механічній обробці навіть для геометрії, з якою PM добре справляється.
Лиття під тиском виграє для більших простих деталей, де час циклу підвищує вартість. PM забезпечує кращий контроль мікроструктури та навмисну пористість, коли це потрібно для підшипників або фільтрів.
Кування виробляє більш міцні деталі. Приблизно на 26% вища межа міцності на розрив для еквівалентних сплавів, майже-нульова пористість, вирівнювання потоку зерна, що покращує довговічність. Ми бачили, як клієнти специфікували PM для додатків, які дійсно потребували підробки, а потім мали справу з польовими збоями.
Щодо механічних властивостей: сталь PM досягає 900 МПа на розтяг-під час спікання, 1200 МПа після термічної обробки. MIM 316L при 97% щільності працює 520-650 МПа з подовженням 35-50%. Близько до кованих властивостей, але не ідентичні.
Додатки
Компоненти автомобільної трансмісії переважають в обсязі PM. GKN постачає запчастини для трансмісій Ford F-150 10-speed і GM 9-speed. MPIF документує понад 750 автомобільних застосувань PM (mpif.org). Вміст твердих частинок на транспортний засіб становить близько 25 кг для вантажівок, зменшуючись приблизно до 2,3 кг для електромобілів на акумуляторі, оскільки трансмісія спрощується.
Медичні прилади віддають перевагу MIM. Затискачі хірургічного степлера, виготовлені як одно-компоненти MIM, замінили вузли, для яких раніше потрібно було 12 машинно оброблених деталей.
Побутова електроніка сприяла зростанню обсягів MIM за останнє десятиліття. Роз’єм Lightning від Apple випускав десятки мільйонів щотижня. Петля OPPO Find N2 Flip складається з 136 частин, багато MIM.
Аерокосмічна промисловість використовує PM для екстремальних застосувань. Виробництво порошкових-присадок GE для паливних форсунок дозволяє зменшити вагу на 25%. Турбінні диски компанії Rolls-Royce використовують суперсплави PM для-важливих обертових компонентів.
Що дивує людей
Нам зателефонував машиніст після того, як його майстерня три тижні боролася з деталлю PM. Він описав це як "механічна обробка чистого стирання". Деталь перевірена на достатню твердість, але пройшла через стандартні інструменти. Виявляється, PM може містити дуже тверді частинки, дисперговані в матриці, які не виявляються під час об’ємного тестування на твердість.
Його рішення: крани з TiN-покриттям, без охолоджуючої рідини. Суха стружка не прилипає до пор. Він керував деталями PM таким чином протягом двадцяти років із незмінними результатами.
Щодо контролю якості, у галузях, які широко використовують MIM, тривають дебати. Один машиніст, з яким ми спілкувалися, прямо сказав: процес працює нормально, але якість повністю залежить від цеху, який його проводить. Хороші постачальники виробляють узгоджені деталі. Погані постачальники ховаються за «вродженою мінливістю» як виправдання.
Ми бачили цю гру. Клієнт змінив постачальника MIM, щоб заощадити 12% на одиниці. Відсоток відмов зріс з 0,3% до 4,2%. Економія зникла у витратах на сортування та затримках виробництва.
Оцінюючи постачальників MIM, запитуйте дані Cpk щодо критичних розмірів. Запитайте про-моніторинг процесу. Переконайтеся, що сертифікати відповідають вашій галузі. IATF 16949 для автомобільної промисловості. AS9100D для аерокосмічної галузі. ISO 13485 для медицини.
Особливості закупівель
Термін виконання інструментів становить 6-12 тижнів. Додайте 1-2 тижні для PPAP на автомобільну роботу. Для перших статей потрібно 8-14 тижнів після випуску дизайну. Повторні замовлення: 4-8 тижнів MIM, 2-4 тижні для готових деталей PM.
Обмеження дизайну мають значення. Товщина стінки MIM найкраще працює при 1,0-3,0 мм. Мінімум 0,5 мм, максимум близько 12,5 мм. Зберігайте коливання в межах ±40-60%. Кути повинні мати радіус 0,5 мм для потоку порошку.
Чому ми це пишемо
Ми будуємопрес-форми для лиття під тиском. Інструменти MIM підпадають під цю здатність, і вимоги до точності відображають те, що ми використовуємо для вимогливих застосувань пластмаси під тиском. Коли клієнти запитують, чи MIM має сенс для їхньої геометрії, ми розглядаємо ті самі міркування, що розглядаються тут.
Ми відхиляли проекти, які не відповідали технології. Ми краще втратимо цінову пропозицію, ніж спостерігатимемо, як клієнт витрачає шестизначні цифри на інструменти, які не можуть виготовити прийнятні частини.
Якщо ви оцінюєте PM для програми, ми переглянемо ваш дизайн, перш ніж ви візьмете на себе зобов’язання використовувати інструменти. Без плати за техніко-економічну оцінку. Розмова зазвичай займає тридцять хвилин і стосується того, чи працює геометрія, які допуски реалістичні та чи виправдовує обсяг інвестиції.
Технічні посилання: MPIF (mpif.org), Mordor Intelligence (mordorintelligence.com)