Formsprutning av metall
Formsprutning av metall (MIM) är en metallbearbetningsprocess där finpulverad metall blandas med bindemedelsmaterial för att skapa en "råvara" som sedan formas och stelnas med formsprutning . Gjutningsprocessen gör att komplexa delar med hög volym kan formas i ett enda steg. Efter gjutning genomgår delen konditioneringsoperationer för att ta bort bindemedlet (bindning) och täta pulverna. Färdiga produkter är små komponenter som används i många branscher och applikationer.
MIM-råvarans beteende styrs av reologi , studier av slam, suspensioner och andra icke-Newtonska vätskor.
På grund av nuvarande utrustningsbegränsningar måste produkter formas med mängder av 100 gram eller mindre per "skott" i formen. Detta skott kan distribueras i flera håligheter, vilket gör MIM kostnadseffektivt för små, intrikata högvolymprodukter, som annars skulle vara dyra att producera. MIM-råvaror kan bestå av en mängd metaller, men de vanligaste är rostfria stål, som ofta används i pulvermetallurgi . Efter den initiala gjutningen avlägsnas råmaterialbindemedlet och metallpartiklarna diffusionsbindas och förtätas för att uppnå de önskade styrkegenskaperna. Den senare operationen krymper vanligtvis produkten med 15% i varje dimension.
Marknaden för formsprutning av metall har vuxit från 9 miljoner US-dollar 1986, till 382 miljoner US-dollar 2004 till mer än 1,5 miljarder US-dollar 2015. En relaterad teknik är formsprutning av keramiskt pulver, vilket leder till cirka 2 miljarder US-dollar. Merparten av tillväxten de senaste åren har skett i Asien.
Bearbeta
Processstegen innefattar att kombinera metallpulver med polymerer såsom vax och polypropylenbindemedel för att producera "råmaterial" -blandningen som injiceras som en vätska i en form med användning av formsprutningsmaskiner för plast. Den gjutna eller "gröna delen" kyls och matas ut från formen. Därefter avlägsnas en del av bindemedelsmaterialet med användning av lösningsmedel, termiska ugnar, katalytisk process eller en kombination av metoder. Den resulterande, bräckliga och porösa delen (40 volymprocent "luft") är i ett tillstånd som kallas det "bruna" steget. För att förbättra hanteringen kombineras ofta bindningen och sintringen till en enda process. Sintring värmer pulvret till temperaturer nära smältpunkten i en skyddande atmosfär ugn för att förtäta partiklarna med hjälp av kapillärkrafter i en process som kallas sintring . MIM-delar sintras ofta vid temperaturer som är nästan tillräckligt höga för att inducera partiell smältning i en process benämnd sintring av vätskefas. Till exempel kan ett rostfritt stål värmas upp till 1350 till 1400 grader Celsius). Diffusionsgraden är höga vilket leder till hög krympning och förtätning. Om det utförs i vakuum är det vanligt att uppnå 96–99% fast densitet. Slutproduktmetallen har jämförbara mekaniska och fysiska egenskaper med glödgade delar tillverkade med klassiska metallbearbetningsmetoder. Efter sintringsvärmebehandlingar för MIM är desamma som på andra tillverkningsvägar, och med hög densitet är MIM-komponenten kompatibel med metallkonditioneringsbehandlingar såsom plätering , passivering , glödgning, förgasning, nitridering och utfällningshärdning.
Ansökningarna
Fönstret med ekonomisk fördel i formsprutade delar av metall ligger i komplexitet och volym för små delar. MIM-material är jämförbara med metall som bildas med konkurrerande metoder, och slutprodukter används i ett brett spektrum av industriella, kommersiella, medicinska, dentala, skjutvapen, flyg- och bilapplikationer . Dimensionella toleranser på ± 0,3% är vanliga och bearbetning krävs för närmare toleranser. MIM kan producera delar där det är svårt eller till och med omöjligt att effektivt tillverka ett föremål genom andra tillverkningsmedel. Helst är minst 75 dimensionella specifikationer i en komponent med bara 25 mm maximal storlek och 10 g massa bäst - som till exempel krävs för klockfall, mobiltelefonproppar och bärbara dators gångjärn. Ökade kostnader för traditionella tillverkningsmetoder som är inneboende i delkomplexitet, såsom inre / externa trådar, miniatyrisering eller identitetsmarkering, ökar vanligtvis inte kostnaderna för en MIM-operation på grund av flexibiliteten hos formsprutning.
Andra designfunktioner som kan implementeras i MIM-operationen inkluderar produktkoder, artikelnummer eller datumstämplar; delar tillverkade till nettovikt och reducerar materialavfall och kostnad; Densitet kontrollerad till inom 95–98%; Amalgamation av delar och komplexa 3D- geometrier.
Möjligheten att kombinera flera operationer i en process säkerställer att MIM är framgångsrik när det gäller att spara både ledtider och kostnader, vilket ger betydande fördelar för tillverkarna. Formsprutningsprocessen av metall kan vara en grön teknik på grund av den betydande minskningen av avfall jämfört med "traditionella" tillverkningsmetoder såsom 5-axlad CNC-bearbetning. Vissa av de äldre operationerna genererar dock giftiga utsläpp som formaldehyd, bortskaffar klorerade lösningsmedel och måste bränna av vax eller andra polymerer, vilket leder till utsläpp av växthusgaser.
Det finns ett brett spektrum av material tillgängliga när du använder MIM-processen. Traditionella metallbearbetningsprocesser involverar ofta en betydande mängd materialavfall, vilket gör MIM till ett mycket effektivt alternativ för tillverkning av komplexa komponenter som består av dyra / speciallegeringar ( koboltkrom, 17-4 PH rostfritt stål , titanlegeringar och volframkarbider ). MIM är ett genomförbart alternativ när extremt tunna väggspecifikationer (dvs. 100 mikrometer) krävs. Dessutom har krav på EMI-skärmning ( elektromagnetisk interferens ) presenterat unika utmaningar, som framgångsrikt uppnås genom användning av speciallegeringar.