Лиття під тиском металу
Металеве лиття під тиском (MIM) - це металообробний процес, при якому тонкодисперсний порошок металу змішується з сполучним матеріалом для створення «вихідної сировини», яка потім формується і твердне за допомогою лиття під тиском . Процес лиття дозволяє формувати складні деталі високого об'єму за один крок. Після формування деталь проходить процедуру кондиціонування для видалення в'яжучого (дебандування) та ущільнення порошків. Готова продукція - це невеликі компоненти, які використовуються в багатьох галузях промисловості та в застосуванні.
Поведінка сировини МІМ регулюється реологією , вивченням осадів, суспензій та інших неньютонових рідин.
Через існуючі обмеження на обладнання, вироби повинні формуватися, використовуючи кількість 100 грам або менше за "постріл" у форму. Цей знімок можна розподілити по декількох порожнинах, що робить MIM економічно вигідним для невеликих, хитромудрих, об'ємних продуктів, які інакше було б дорого виготовити. Вихідні матеріали MIM можуть складатися з безлічі металів, але найбільш поширеними є нержавіючі сталі, широко застосовувані в порошковій металургії . Після первинного формування вихідне сполучне речовина видаляється, а металеві частинки дифузійно склеюються та ущільнюються для досягнення бажаних властивостей міцності. Остання операція, як правило, скорочує виріб на 15% у кожному вимірі.
Ринок лиття під тиском металу зріс з 9 млн. Дол. США у 1986 р., З 382 млн. Дол. США у 2004 р. До понад 1,5 млрд. Дол. США у 2015 р. Пов'язаною технологією є лиття під керуванням порошком кераміки, що призводить до загального обсягу продажів у розмірі близько 2 млрд. Дол. Найбільше зростання за останні роки було в Азії.
Процес
Етапи процесу включають комбінування металевих порошків з полімерами, такими як віск та поліпропіленові в'яжучі, для отримання суміші "сировини", яка вводиться у вигляді рідини у форму за допомогою пластикових машин для лиття під тиском. Відформована або «зелена частина» охолоджується і викидається з форми. Далі частина сполучного матеріалу видаляється за допомогою розчинника, термічних печей, каталітичного процесу або комбінації методів. Отримана, тендітна і пориста частина (40 об.% "Повітря") знаходиться в стані, що називається "коричневою" стадією. Для поліпшення поводження часто осадження та спікання поєднуються в єдиний процес. Спікання нагріває порошок до температури поблизу температури плавлення в печі захисної атмосфери для ущільнення частинок, використовуючи капілярні сили в процесі, який називається спіканням . Частини MIM часто спекаються при температурі, майже достатньо високій, щоб викликати часткове плавлення в процесі, званому спіканням рідкої фази. Наприклад, нержавіюча сталь може бути нагріта до 1350 до 1400 градусів Цельсія). Швидкість дифузії велика, що призводить до високої усадки та ущільнення. Якщо проводити у вакуумі, зазвичай досягають 96–99% твердої щільності. Метал кінцевого продукту має порівнянні механічні та фізичні властивості з відпаленими деталями, виготовленими за класичними методами обробки металу. Термообробка для MIM після спікання така ж, як і для інших способів виготовлення, і з високою щільністю компонент MIM сумісний з обробкою металів, таких як покриття , пасивація , відпал, карбюризація, азотування та загартовування.
Програми
Вікно економічної переваги металевих деталей з лиття під тиском полягає в складності та об'ємі для деталей невеликого розміру. Матеріали MIM можна порівняти з металами, утвореними конкуруючими методами, а кінцеві вироби використовуються в широкому діапазоні промислового, комерційного, медичного, стоматологічного, вогнепальної, аерокосмічної та автомобільної техніки . Допустимі відхилення розмірів ± 0,3% є загальними, а обробка потрібна для більш високих допусків. MIM може виготовляти деталі, де важко або навіть неможливо ефективно виготовити предмет за допомогою інших засобів виготовлення. В ідеалі найкраще щонайменше 75 розмірних характеристик у складі максимального розміру всього 25 мм і маси 10 г - як це потрібно для шаф годин, стільникових телефонних штепселів і петель для ноутбуків. Збільшення витрат на традиційні способи виготовлення, притаманні складності деталей, таких як внутрішня / зовнішня нитка, мініатюризація або маркування ідентичності, як правило, не збільшують вартість в операції MIM через гнучкість лиття під тиском.
Інші можливості проектування, які можуть бути реалізовані в операції MIM, включають коди товарів, номери деталей або штампи дат; деталі, виготовлені з їх чистою вагою, зменшуючи матеріальні відходи та вартість; Щільність контролюється в межах 95–98%; Об'єднання деталей та складної 3D- геометрії.
Можливість поєднання декількох операцій в один процес забезпечує успішність MIM в економії часу, а також витрат, забезпечуючи значні переваги для виробників. Процес лиття під тиском металу може бути зеленою технологією через значне зменшення витрат в порівнянні з "традиційними" способами виготовлення, такими як 5-вісна обробка з ЧПУ. Однак деякі старі операції генерують токсичні викиди, такі як формальдегід, утилізують хлоровані розчинники і повинні спалювати віск або інші полімери, що призводить до викидів парникових газів.
Існує широкий спектр матеріалів, доступних при використанні процесу MIM. Традиційні металообробні процеси часто включають значну кількість матеріальних відходів, що робить MIM високоефективним варіантом для виготовлення складних компонентів, що складаються з дорогих / спеціальних сплавів ( кобальт-хром , нержавіюча сталь 17-4 рН , титанові сплави та карбід вольфраму ). MIM - це життєздатний варіант, коли потрібні надзвичайно тонкі стінні характеристики (тобто 100 мікрометрів). Крім того, вимоги до екрануючого електромережі ( електромагнітні перешкоди ) поставили унікальні проблеми, які успішно досягаються за рахунок використання спеціальних сплавів.