اگر به اندازه کافی در زمینه تولید بوده اید، صدای قالب گیری تزریقی فلز (MIM) را شنیده اید. اغلب به عنوان این فرآیند جادویی فروخته می شود که می تواند هر قطعه فلزی پیچیده و ریز را با سهولت قالب گیری پلاستیکی بسازد. این اولین جایی است که مردم به زمین می افتند. این جادو نیست، و مطمئناً برای هیچ بخشی نیست. واقعیت یک رقص سخت و جزییات بین متالورژی پودر و اصول قالب‌گیری تزریقی پلاستیک است، با فضای زیادی که اگر به مرزهای فرآیند احترام نمی‌گذارید، چیزها به سمتی بروند. من پروژه‌های زیادی را دیده‌ام که به دلیل پیچیدگی و حجم صدای آژیر، در سواحل اعوجاج تف جوشی یا ناسازگاری مواد اولیه خراب می‌شوند.
هسته MIM: همه چیز درباره Feedstock و Binder است
بیایید از جایی شروع کنیم که فرآیند شروع می شود: مواد اولیه. این فقط پودر فلز مخلوط با پلاستیک نیست. این یک مخلوط همگن از پودر فلز بسیار ریز و کروی - فکر کنید 20 میکرون یا کمتر - و یک سیستم بایندر چند جزئی است. چسب موقت است. درست کردن این ترکیب 80 درصد نبرد است. اگر پودر کاملاً توزیع نشده باشد، گرادیان چگالی دریافت می کنید. در پخت، آن قسمت مانند یک چیپس سیب زمینی تاب می خورد. من پروژه ای را برای یک جزء قیچی جراحی به یاد می آورم که در آن هفته ها با یک تامین کننده آلیاژ جدید جنگیدیم. مقدار زیادی پودر دارای توزیع اندازه ذرات کمی متفاوت بود. در گزارش آزمایشگاه خوب به نظر می‌رسید، اما قطعات قالب‌گیری شده احساس سطحی عجیب و غریب و چرب داشتند. زینتر شده، شکننده بودند. مقصر؟ تغییر در سطح پودر نحوه خیس کردن چسب را تغییر داد و منجر به جدا شدن بایندر در طول قالب‌گیری شد. یک تغییر مشخصات کوچک، یک شکست بزرگ.
سپس خود قالب گیری وجود دارد. شما در حال تزریق این خوراک دانه دانه به ابزاری هستید که ممکن است 50 تا 100 هزار دلار هزینه داشته باشد. به نظر می رسد و شبیه قالب گیری تزریق پلاستیک است، اما پارامترها متفاوت است. ویسکوزیته مذاب بالاتر است و شما با مواد ساینده سروکار دارید. پوشیدن ابزار یک هزینه واقعی و ثابت است. شما نمی توانید به سادگی دستگاه را تنظیم کنید و آن را فراموش کنید. ما مطالعات قابلیت فرآیند (Cpk) را در هر بعد مهم از اولین عکس‌ها اجرا می‌کنیم. حتی در این صورت، یک باند بخاری روی بشکه خراب می شود، مشخصات دما تغییر می کند و ناگهان فشار تزریق شما خاموش می شود و باعث ایجاد حفره های جزئی می شود. این حفره ها ممکن است تا پس از پخت، به عنوان چاله های سطحی ظاهر نشوند.
مرحله جداسازی جایی است که قسمت قالب گیری تزریقی به پایان می رسد و قسمت فلزی شروع می شود. این یک فرآیند شیمیایی یا حرارتی آهسته و دقیق برای حذف بایندر اولیه است. عجله کنید و دچار ترک یا تاول می شوید. این مرحله ای است که بسیاری از تازه واردان آن را دست کم می گیرند و فکر می کنند که این فقط یک چرخه کوره است. بیشتر شبیه تجزیه کنترل شده است. پس از آن، شما با یک قسمت قهوه‌ای باقی می‌مانید - یک اسکلت متخلخل و شکننده از پودر فلز که توسط یک چسبنده ردپای ستون فقرات به هم چسبیده است. این دسته با مراقبت زمان است.
پخت: نقطه بدون بازگشت
تف جوشی قلب فرآیند MIM است. اینجاست که قسمت قهوه ای به یک قسمت فلزی جامد تبدیل می شود. شما آن را در یک کوره با اتمسفر کنترل شده - اغلب هیدروژن یا خلاء - تا درست زیر نقطه ذوب فلز گرم می کنید. ذرات با هم ترکیب می شوند. امیدوارید قسمت به طور قابل پیش بینی و یکنواخت کوچک می شود. ما در مورد ضریب انقباض صحبت می کنیم که معمولاً حدود 15-20٪ است که دقیقاً در طراحی قالب جبران می شود. اما قابل پیش بینی یک اصطلاح نظری است.
من روی یک قطعه با حجم بالا برای تفنگ اسلحه کار کردم. قسمت یک اهرم بلند و نازک بود. در کوره، قطعات بر روی دستگاه‌های سرامیکی پشتیبانی می‌شوند. اگر ستر کاملاً مسطح نباشد، یا اگر کوره دارای ناحیه داغ باشد، آن قسمت طولانی می‌تواند در طول مرحله پلاستیکی تف جوشی، تحت وزن خود آویزان شود. ما دسته ای داشتیم که 30 درصد آن با خمیدگی جزئی بیرون آمد. به اندازه ای نیست که فوراً یک گیج قطع و وصل را خراب کند، اما به اندازه ای نیست که بر کشش فنر در مونتاژ نهایی تأثیر بگذارد. علت اصلی؟ یک ریل نوار نقاله فرسوده در کوره تف جوشی که باعث ایجاد ارتعاش به سختی در طول رمپ دمای بحرانی می شود. چند روز طول کشید تا همه چیز را بررسی کنیم تا آن را پیدا کنیم.
جو یکی دیگر از متغیرهای خاموش است. برای فولاد ضد زنگ 17-4PH، شما نیاز به فشار جزئی چیزی برای کنترل محتوای کربن دارید که مستقیماً بر سختی نهایی و مقاومت در برابر خوردگی تأثیر می گذارد. یک نشتی کوچک در واشر درب کوره اکسیژن را وارد می کند و اکسیداسیون سطحی را دریافت می کنید که می تواند عمر خستگی را از بین ببرد. تا زمانی که آزمایش نمک پاشی انجام ندهید، آن را نمی بینید. این فعل و انفعالات پنهان است که مغازه ای را که فقط قطعات را اجرا می کند از مغازه ای که آنها را مهندسی می کند جدا می کند.
جایی که MIM مناسب است و جایی که مناسب نیست
MIM جایگزینی برای ماشینکاری یا ریخته گری سرمایه گذاری در سراسر تخته نیست. نقطه شیرین آن قطعات پیچیده و کوچک تا متوسط است (فکر کنید کمتر از 100 گرم، اغلب کمتر از 25 گرم) که نیاز به تولید تقریباً خالص در حجم هایی از 10 هزار قطعه در سال به بالا دارند. اجزای دنده، براکت های ارتوپدی، قطعات اسلحه گرم، کانکتورها را در نظر بگیرید. اگر بتوانید آن را به راحتی از استوک میله و در دو عملیات ماشینکاری کنید، احتمالاً MIM حتی در حجم، از نظر هزینه قابل رقابت نیست. هزینه ابزارآلات مانع است.
اما برای بخشی مانند یک محفظه مینیاتوری فولاد ضد زنگ با رزوه های داخلی، سوراخ های جانبی و دیوارهای نازک؟ اینجاست که MIM می درخشد. شما تمام آن ویژگی ها را در یک شات شکل می دهید. جایگزین ممکن است یک CNC چند محوره باشد که یک شمش کوچک را با ضایعات زیاد مواد و زمان چرخه کندتر ماشین کاری کند. به یاد دارم که بخشی را برای یک هندپیس دندانپزشکی ارزیابی کردم. مثل یک پازل فلزی کوچک و پیچیده بود. هزینه ماشینکاری نجومی بود و مشکلات پشته‌ای با تحمل داشت. MIM آن را به یک محدوده عملی رساند، اگرچه مجبور شدیم برخی از گوشه های داخلی را دوباره طراحی کنیم تا از مشکلات بسته بندی پودر در طول قالب گیری جلوگیری کنیم.
خواص مواد اغلب محل بحث است. یک قطعه MIM متخلخل معمولاً 95-99٪ چگالی مواد فرفورژه است. برای بسیاری از کاربردها، خواص مکانیکی بیش از حد کافی است. اما اگر به استحکام کششی یا کشیدگی نهایی نیاز دارید که با یک قطعه آهنگری مطابقت داشته باشد، ممکن است MIM شما را به آنجا برساند. این یک معامله است. شما کمی از عملکرد نهایی را برای پیچیدگی طراحی و هزینه واحد در مقیاس معامله می کنید.
دست دادن ماشین کاری: چرا شرکای مانند QSY مهم هستند
این نکته مهمی است که اغلب فراموش می شود: تعداد بسیار کمی از قطعات MIM واقعاً به شکل شبکه هستند. بیشتر آنها نیاز به عملیات ثانویه دارند. اینجاست که داشتن یک شریک با قابلیت های عمیق پایین دستی فقط راحت نیست. ضروری است شرکتی مانند Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY). شما به تاریخچه آنها نگاه کنید - بیش از 30 سال در ریخته گری و ماشینکاری. این به شما چیزی می گوید. وقتی قطعات MIM را تهیه می‌کنم یا با یک قالب‌ساز همکاری می‌کنم، فقط یک سرویس پخت نمی‌خرم. من در حال خرید توانایی اداره کل سفر هستم.
یک سناریوی معمولی: ما یک قطعه شیر فولادی ضد زنگ 316 لیتری را زینت می کنیم. این به یک حفره حساس با تحمل +/- 0.013 میلی متر نیاز دارد، سطحی که MIM به تنهایی نمی تواند به آن دست یابد. فرآیند MIM ما را با کوچک شدن کنترل شده 95 درصد به آنجا می رساند. سپس، ما آن را به فروشگاهی مانند QSY برای ماشینکاری دقیق CNC روی آن سوراخ می فرستیم. تجربه آنها با مواد مشابه از آنها ریخته گری سرمایه گذاری و ریخته گری قالب پوسته کار یعنی متالورژی را درک می کنند. آنها می‌دانند که چگونه یک قطعه زینتر شده را ثابت کنند (به اندازه یک قطعه فرفورژه سخت نیست)، از چه تغذیه‌ها و سرعت‌هایی در هندسه نزدیک به شبکه متخلخل استفاده کنند، و چگونه مقاومت خوردگی ضدزنگ را پس از ماشینکاری حفظ کنند. تلاش برای انجام این کار با یک ماشین‌فروشی عمومی، دستوری برای ضایعات و درد دل است.
کار آنها با آلیاژهای خاص -آلیاژهای مبتنی بر کبالت, آلیاژهای مبتنی بر نیکل-همپوشانی کلیدی دیگری است. اینها در MIM برای کاربردهای پزشکی و هوافضا رایج هستند. ماشین کاری آنها سخت است. یک قالب‌ساز که می‌تواند اینکونل 718 را پخته کند و یک ماشینکاری که می‌تواند آن را تکمیل کند، ترکیب قدرتمندی هستند. این امر زنجیره تامین را ساده می کند و مهمتر از آن، تضمین می کند که مسئولیت پذیری کیفیت بین سه فروشنده مختلف که یکدیگر را مقصر می دانند تقسیم نمی شود. شما می توانید آنها را در پلت فرم آنها پیدا کنید، https://www.tsingtaocnc.com، که جزئیات قابلیت های فرآیند متقابل آنها را نشان می دهد. این ادغام چیزی است که یک قطعه MIM خوب را به یک جزء قابل اعتماد و با کارایی بالا تبدیل می کند.
درس هایی از سنگرها: شکستی که بیشتر از موفقیت آموخت
بگذارید یک شکست صریح را به اشتراک بگذارم. در اوایل، ما پروژه ای برای براکت گیمبال دوربین پهپاد در 17-4PH داشتیم. قسمت دارای بازوی نازک و کنسولی بود. طراحی روی صفحه نمایش خوب به نظر می رسید. اولین مقالات مورد بازرسی قرار گرفتند. در حدود 50000 قطعه در حال تولید، ما شروع به دریافت بازگشت میدانی برای بازوهای ترک خورده کردیم. تجزیه و تحلیل شکست به تخلخل متناوب در امتداد خط مرکزی بازو اشاره کرد که به عنوان متمرکز کننده تنش عمل می کند.
پس از مرگ دردناک اما آموزشی بود. موضوع در طراحی قالب بود. دروازه - جایی که ماده اولیه وارد حفره می شود - برای سهولت حذف و نه جریان بهینه قرار داده شده است. برای آن بازوی نازک، در هنگام تزریق، تردید جزئی در جلوی جریان ایجاد کرد. این تزلزل کوچک باعث شد که پودر و بایندر فقط کسری از هم جدا شوند و منجر به تغییر چگالی شود. در تف جوشی، این تنوع به یک ساختار حفره ای ظریف و بین دانه ای تبدیل شد. با بررسی‌های استاندارد چگالی یا حتی اشعه ایکس در میزان نمونه‌گیری ما مشخص نشد. فقط تحت خستگی پویا در میدان شکست خورد.
تعمیر گران بود: یک قالب جدید با یک دروازه اصلاح شده و یک سیستم دونده داغ برای کنترل بهتر جریان. این به من آموخت که با MIM، هر تصمیم طراحی - مکان دروازه، انتقال ضخامت دیوار، شعاع گوشه - یک خط مستقیم به یک نتیجه ریزساختاری دارد. شما فقط یک قسمت را طراحی نمی کنید. شما در حال طراحی مسیر جریان یک دوغاب پودر بایندر و تثبیت بعدی آن توسط گرما هستید. این یک چالش مهندسی سیستم است که به عنوان یک فرآیند تشکیل فلز پنهان شده است.
بنابراین، وقتی مردم می پرسند که آیا قالب گیری تزریق فلز برای پروژه آنها مناسب است، پاسخ من هرگز یک بله یا نه ساده نیست. این یک سری سوالات در مورد هندسه، حجم، مشخصات مواد، و مهمتر از همه، این است که بعد از خروج قطعه از کوره تف جوشی چه اتفاقی می افتد. این یک ابزار قدرتمند است، اما ابزار دقیقی است. شما باید زبان آن را درک کنید - زبان مواد اولیه، جوهای تف جوشی و انقباض همسانگرد - و به شرکای نیاز دارید که به زبانهای مجاور ماشینکاری دقیق و متالورژی صحبت کنند تا قطعه نهایی را بخواند. این دنیای واقعی MIM است، به دور از بروشورهای براق.
