Kad lielākā daļa cilvēku dzird “metāla iesmidzināšanas liešanas mašīnu”, viņi attēlo vienu monolītu bloku — sava veida rūpniecisku 3D printeri metālam. Tas ir pirmais nepareizs priekšstats. Patiesībā tā ir sistēma, un pati iekārta, iesmidzināšanas bloks, ir tikai redzamākā daļa. Patiesais stāsts notiek izejvielu sagatavošanā, atdalīšanas krāsnī un saķepināšanas krāsnī. Esmu redzējis, ka pārāk daudz projektu apstājas, jo tie atvēlēja budžetu augstas klases projektiem metāla iesmidzināšanas formēšanas mašīna bet aizmirsa pakārtotos termiskos procesus. Iekārta ir precīza šļirce; tā ir ķīmija un termiskā apstrāde, kas faktiski veido daļu.
Sistēmas kodols: vairāk nekā tikai injekcija
Parunāsim par injekcijas vienību. Tas nav kā plastmasas iesmidzināšana, kur tu vienkārši izkausē un šauj. Izejviela šeit ir homogēns smalka metāla pulvera un polimēru saistvielas maisījums. Viskozitāte ir sarežģīta. Ja jūsu mašīnas mucas temperatūras profils kādā zonā ir pazemināts pat par 10°C, var rasties atdalīšanās — saistvielas noplūde uz virsmas vai pulvera nosēšanās. Es atceros skrējienu pēc dažiem maziem, sarežģītiem nerūsējošā tērauda ķirurģiskajiem ceļvežiem. Mēs izmantojām vācu ražotāja mašīnu, kas bija izturīga kā jebkas, taču mums pastāvīgi radās laminārās plūsmas defekti. Problēma nebija mašīnas spiediens vai skavas spēks; tas bija skrūvju dizains. Tas bija pārāk agresīvs šīs konkrētās izejvielas bīdes jutībai. Mums bija jāsadarbojas ar materiālu piegādātāju, lai pielāgotu saistvielu sistēmu. Mašīnas iespējas nosaka tās saderība ar materiālu, nevis tikai tonnāža.
Skavas spēks ir vēl viens. Cilvēki par to aizraujas. Mums vajag 50 tonnu mašīnu! Lielākajai daļai MIM detaļu jums reti ir nepieciešams liels spēks, jo jūs aizpildāt sīkus dobumus. Precizitāte ir dozēšanā, šāviena kontrolē un spējā noturēt konsekventu, lēnu iesmidzināšanas ātrumu, lai izvairītos no strūklas. Izplatīta kļūme ir pārāk liela iesmidzināšanas ātruma izmantošana, kas aiztur gaisu un rada tukšumus, kas parādās tikai pēc saķepināšanas. Iekārtas vadības programmatūrai ir jānodrošina lēna, daudzpakāpju piepildīšana. Tā ir smalka spēle.
Tad ir mucas un skrūves nodilums. Metāla pulveris ir abrazīvs. Pat ar rūdītiem komponentiem jūs meklējat apkopes grafiku, kas ir stingrāks nekā plastmasām. Esmu izvilcis skrūves pēc tam, kad gadu izmantoju 17-4 PH nerūsējošās izejvielas, kas izskatījās apstrādātas ar smilšu strūklu. Tas maina mērīšanas zonas tilpumu, ietekmējot šāviena svara konsistenci. Jūs to nemācāties no brošūras; jūs to iemācāties, katrā maiņā reģistrējot metienu svaru un redzot novirzi.
Padarīt vai pārtraukt: atsaistīšana un saķepināšana
Šeit patiesi ir maģija un galvassāpes. Jūs varat iegūt perfektu zaļo daļu no labākajiem metāla iesmidzināšanas formēšanas mašīna, un nākamajās darbībās to pilnībā sabojāt. Katalītiskā atsaistīšana, atdalīšana ar šķīdinātāju, termiskā atdalīšana — katrai no tām ir savas prasības attiecībā uz krāsni, un tā nosaka saistvielu sistēmu, kurā esat ieslēgts. Mēs reiz mēģinājām pāriet no labi zināmas izejvielas uz lētāku alternatīvu, lai samazinātu izmaksas klientam, kurš ražo šaujamieroču sastāvdaļas. Jaunā izejviela izmantoja citu saistvielu. Mūsu atdalīšanas krāsns cikls, kuru mēs bijām pilnveidojuši gadu gaitā, tagad bija nepareizs. Detaļas izveidojās tulznas un saplaisāja, jo saistvielas noņemšanas ātrums bija pārāk ātrs. Vesela partija, vairāki tūkstoši detaļu, nodota metāllūžņos. Mašīna lieliski paveica savu darbu; procesa zināšanas neizdevās.
Saķepināšana ir galīgā transformācija. Krāsns atmosfēra (ūdeņradis, slāpekļa-argona maisījums, vakuums) ir kritiska. Tādam uzņēmumam kā Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY), ar savu dziļo vēsturi īpašu sakausējumu liešanā un apstrādē, šis ir galvenais krustpunkts. Viņi saprot augstas temperatūras metalurģiju. Uz niķeļa vai kobalta bāzes izgatavotu supersakausējumu darbināšana, izmantojot MIM, atšķiras no standarta nerūsējošā tērauda. Saķepināšanas temperatūras profils, turēšanas laiki un dzesēšanas ātrums tieši nosaka galīgās mehāniskās īpašības un izmēru pielaidi. Saraušanās ir paredzama, aptuveni 15-20%, taču tā nav pilnīgi izotropiska. Garš, plāns elements saruks savādāk nekā biezs rumba. Jūs to kompensējat instrumenta dizainā, taču jums ir nepieciešams, lai saķepināšanas process būtu konsekvents, lai uzticētos šīm kompensācijām.
Šeit ir jēga vertikāli integrētai darbībai. QSY pieredze investīciju liešanā un CNC apstrādē dod viņiem izteiktas priekšrocības. Viņi saprot gandrīz tīkla formas veidošanu un precīzu apdari. MIM detaļa bieži rodas saķepināšanas rezultātā, kam nepieciešams viegls CNC pieskāriens — urbt īstu caurumu, frēzējot nulles virsmu. Ja uzņēmumā ir šīs apstrādes zināšanas, viņi var izstrādāt MIM procesu, lai optimizētu saķepināšanas stāvokli, precīzi zinot, kā tas tiks pabeigts. Tas ir holistisks skatījums, kas trūkst daudziem tīras spēles MIM veikaliem.
Instrumenti: klusais partneris
Neviena diskusija par mašīnu nav pilnīga, nerunājot par veidni. MIM instrumenti ir augstas precizitātes, bieži vien ar vairāku dobumu izkārtojumiem šīm mazajām daļām. Izšķiroša nozīme ir ventilācijai. Tā kā izejviela nav īsti šķidra, gaisa evakuācija ir grūtāka. Mēs esam izmantojuši veidnes ar vakuuma ventilācijas palīdzību, kas savienotas tieši ar plāksni. Veidnes tērauds ir jāsacietē, piemēram, H13, bet jānopulē līdz spoguļa apdarei. Jebkurš niecīgs skrāpējums radīs vilkšanas pēdas un palielinās izmešanas spēku, kas, iespējams, izkropļo maigo zaļo daļu.
Dzesēšanas kanāli ir vēl viena smalka māksla. Jūs vēlaties ātri iestatīt saistvielu, lai samazinātu cikla laiku, taču pārāk strauja dzesēšana var izraisīt stresu. Esmu redzējis rīkus, kuros mums bija jāpalaiž dažādas dzesēšanas šķidruma temperatūras dažādās zonās, lai līdzsvarotu sarežģītas daļas piepildījumu un dzesēšanu. Tas ir iteratīvs. Jūs veicat eksperimentu dizainu (DOE) vietnē metāla iesmidzināšanas formēšanas mašīna: noregulējiet kausēšanas temperatūru, iesmidzināšanas ātrumu, turēšanas spiedienu un dzesēšanas laiku, pēc tam izmēra zaļās daļas blīvumu un izmērus. Pēc tam pielāgojiet rīku, varbūt pievienojiet pārplūdes aku, lai tvertu pēdējā posma materiālu, un vēlreiz palaidiet DOE. Tā ir saruna starp mašīnas parametriem un instrumenta ģeometriju.
Reālās pasaules pielietojuma un materiālu nianses
Apskatiet nozares: medicīna, zobārstniecība, šaujamieroči, automobiļu sensori, plaša patēriņa elektronika. Daļu apjomi attaisno augstās sākotnējās izmaksas par instrumentu un procesu attīstību. Tipisks pielietojums varētu būt nerūsējošā tērauda kaula skrūve vai sarežģīta niķeļa sakausējuma turbīnas lāpstiņa mikrodronam. Materiālu izvēle, kā liecina QSY pieredze īpašu sakausējumu jomā, ir plaša. Bet katrs materiāls saķepinās savādāk. Titanium MIM ir nepieciešama īpaši augsta vakuuma krāsns. Volframa smagajiem sakausējumiem ir savi protokoli.
MIM skaistums ir vairāku daļu apvienošana vienā. Mēs strādājām pie automobiļu degvielas iesmidzināšanas projekta, kas tradicionāli tika izgatavots no trim atsevišķiem kopā lodētiem gabaliem. Mēs to izstrādājām kā vienu MIM daļu no 316L nerūsējošā tērauda. Izaicinājums bija sasniegt nepieciešamo virsmas apdari iekšējos degvielas kanālos tieši no saķepināšanas, lai izvairītos no pēcapstrādes. Lai samazinātu virsmas porainību līdz pieņemamam līmenim, bija vajadzīgi mēneši, kad tika pielāgots pulvera izmēra sadalījums izejvielās un saķepināšanas atmosfērā. Mašīnas uzdevums bija radīt nevainojami zaļu daļu bez pilnīgi bez iekšējiem tukšumiem, kas vēlāk varētu kļūt par bedrēm.
Neveiksme ir lielisks skolotājs. Sākumā mums bija keramikas MIM projekts (kas izmanto to pašu mašīnas principu). Mēs to apstrādājām kā metālu. Nepareizi. Keramikas saistvielas izdegšanas cikls bija pilnīgi atšķirīgs, un saķepināšanas saraušanās bija virs 25%. Daļas šausmīgi deformējās. Tas mums iemācīja, ka iekārta ir daudzpusīga platforma, bet procesa zināšanas — atsaistīšanas un saķepināšanas receptes — ir specifiskas materiālam un nav nododamas tālāk. Jūs nevarat pieņemt, ka zināšanas tērauda jomā nozīmē alumīnija oksīdu vai silīcija karbīdu.
Integrācija un nākotnes perspektīva
Tātad, kur tas metāla iesmidzināšanas formēšanas mašīna sēdēt šodien? Tas kļūst arvien vairāk saistīts. Mūsdienu mašīnās ir integrēta procesa uzraudzība, kas reāllaikā izseko šāvienu spiediena profilus un salīdzina tos ar zelta līkni. Ja tiek konstatēta novirze, tā var brīdināt operatoru, pirms tiek izgatavota slikta daļa. Tas virzās uz rūpniecību 4.0, kur dati no iesmidzināšanas iekārtas, atdalīšanas krāsns un saķepināšanas krāsns ir saistīti ar galīgās daļas kvalitāti.
Tādam ražotājam kā QSY MIM integrācija kopā ar čaulas veidņu liešanu, ieguldījumu liešanu un CNC apstrādi rada spēcīgu portfeli. Klientam var būt komponents, kas ir pārāk sarežģīts tradicionālajai apstrādei, ar mērenu tilpumu (10 000–100 000 vienību gadā) un kuram ir nepieciešams augstas veiktspējas materiāls. MIM kļūst par ideālu risinājumu. Viņi var tikt galā ar visu ceļojumu: daļu projektēšana MIM, izejvielu atlase, instrumentu izgatavošana, formēšana, atdalīšana, saķepināšana un galīgā precīzā apstrāde — viss zem viena jumta. Tas kontrolē kvalitāti un samazina loģistikas berzi.
Galu galā iekārta ir ļoti svarīga, taču tā ir stulba bez apkārtējās materiālzinātnes, termisko procesu inženierijas un precīzās darbarīku ekosistēmas. Īstā prasme nav vadīt presi; tas ir zināt, kā organizēt visu ķēdi no pulvera līdz izpildes daļai. Tas atšķir darba veikalu no patiesa risinājumu sniedzēja. Jūs iemācāties cienīt visu sistēmu, nevis tikai skaļāko iekārtu uz grīdas.
