Ja ar ražošanu esat nodarbojies pietiekami ilgi, esat dzirdējis metāla iesmidzināšanas formēšanas (MIM) piķi. To bieži pārdod kā šo maģisko procesu, kas var izgatavot jebkuru sarežģītu, niecīgu metāla daļu ar vieglu plastmasas liešanu. Tā ir pirmā vieta, kur cilvēki paklups. Tā nav maģija, un tā noteikti nav paredzēta nevienai daļai. Realitāte ir graudaina, ar detaļām pārņemta deja starp pulvermetalurģiju un plastmasas iesmidzināšanas liešanas principiem, un tajā ir daudz vietas, kur lietas iet uz sāniem, ja neievērojat procesa robežas. Esmu redzējis pārāk daudz projektu, kas ienirt sarežģītības un skaļuma sirēnas dziesmas dēļ, lai tikai tiktu sagrautas saķepināšanas kropļojumu vai izejvielu neatbilstību krastos.
MIM kodols: viss ir par izejvielu un saistvielu
Sāksim ar to, kur process sākas: izejvielu. Tas nav tikai metāla pulveris, kas sajaukts ar plastmasu. Tas ir viendabīgs ļoti smalka, sfēriska metāla pulvera maisījums, kas ir 20 mikroni vai mazāks, un daudzkomponentu saistvielu sistēma. Saistviela ir pagaidu līme. Pareiza šī maisījuma iegūšana ir 80% no cīņas. Ja pulveris nav ideāli sadalīts, tiek iegūti blīvuma gradienti. Saķepināšanas laikā šī daļa deformēsies kā kartupeļu čipsi. Es atceros ķirurģisko šķēru komponenta projektu, kurā mēs nedēļām ilgi cīnījāmies ar jaunu sakausējuma piegādātāju. Pulvera partijai bija nedaudz atšķirīgs daļiņu izmēra sadalījums. Laboratorijas ziņojumā tas izskatījās labi, taču izlietajām daļām bija dīvaina, taukainas virsmas sajūta. Saķepināti tie bija trausli. Vainīgais? Pulvera virsmas laukuma izmaiņas mainīja to, kā tas samitrina saistvielu, izraisot saistvielas atdalīšanu formēšanas laikā. Nelielas specifikācijas izmaiņas, milzīga kļūme.
Tad ir pati molding. Jūs ievadāt šo granulēto izejvielu rīkā, kas varētu maksāt no 50 000 līdz 100 000 USD. Tas izskatās un jūtas kā plastmasas iesmidzināšana, taču parametri ir atšķirīgi. Kausējuma viskozitāte ir augstāka, un jums ir darīšana ar abrazīvu materiālu. Instrumentu nodilums ir reālas, pastāvīgas izmaksas. Jūs nevarat vienkārši iestatīt iekārtu un aizmirst to. Mēs veicam procesa spēju izpēti (Cpk) par katru kritisko dimensiju no pirmajiem kadriem. Pat tad uz stobra sabojājas sildītāja lente, mainās temperatūras profils un pēkšņi tiek izslēgts iesmidzināšanas spiediens, radot nelielus tukšumus. Šie tukšumi var parādīties tikai pēc saķepināšanas kā virsmas bedres.
Atdalīšanas solis ir vieta, kur beidzas iesmidzināšanas formēšanas daļa un sākas metāla daļa. Tas ir lēns, rūpīgs ķīmiskais vai termiskais process primārās saistvielas noņemšanai. Steidzieties, un jums rodas plaisas vai tulznas. Tas ir solis, ko daudzi jaunpienācēji nenovērtē par zemu, domājot, ka tas ir tikai krāsns cikls. Tas vairāk atgādina kontrolētu sadalīšanos. Pēc tam jums paliek brūna daļa — trausls, porains metāla pulvera skelets, ko satur mugurkaula saistviela. Ir pienācis laiks rūpēties.
Saķepināšana: Atgriešanās punkts
Saķepināšana ir MIM procesa pamatā. Šeit brūnā daļa kļūst par cietu metāla daļu. Jūs karsējat to kontrolētas atmosfēras krāsnī (bieži vien ūdeņraža vai vakuuma) līdz tieši zem metāla kušanas temperatūras. Daļiņas saplūst. Jūs cerat, ka daļa samazinās, paredzami un vienmērīgi. Mēs runājam par saraušanās koeficientu, kas parasti ir aptuveni 15-20%, kas ir precīzi kompensēts veidnes dizainā. Bet paredzams ir teorētisks termins.
Es strādāju pie liela apjoma šaujamieroča komponenta. Daļa bija gara, tieva svira. Krāsnī detaļas tiek atbalstītas uz keramikas seteriem. Ja iestatītājs nav pilnīgi līdzens vai ja krāsnī ir karsta zona, šī garā daļa var nogāzties zem sava svara plastmasas saķepināšanas stadijā. Mums bija partija, kur 30% iznāca ar nelielu izliekumu. Nepietiek, lai nekavējoties sabojātu go/no-go mērierīci, bet pietiekami, lai ietekmētu atsperes spriegojumu galīgajā montāžā. Galvenais cēlonis? Saķepināšanas krāsnī nolietota konveijera sliede, kas kritiskās temperatūras rampas laikā rada tikko jūtamu vibrāciju. Pagāja vairākas dienas, kad visu pārbaudījām, pirms mēs to atradām.
Atmosfēra ir vēl viens kluss mainīgais. Nerūsējošajam tēraudam 17-4PH ir nepieciešams kaut kāds daļējs spiediens, lai kontrolētu oglekļa saturu, kas tieši ietekmē galīgo cietību un izturību pret koroziju. Neliela noplūde krāsns durvju blīvē ievada skābekli, un jūs iegūstat virsmas oksidāciju, kas var sabojāt noguruma kalpošanas laiku. Jūs to neredzat, kamēr neesat veicis sāls izsmidzināšanas testu. Tieši šīs slēptās mijiedarbības atdala veikalu, kurā tikai darbojas daļas, no tā, kas tās izstrādā.
Kur MIM der un kur nē
MIM neaizstāj apstrādi vai ieguldījumu veikšanu visās jomās. Tā saldā vieta ir sarežģītas, mazas vai vidēja izmēra detaļas (domājiet, ka svars ir mazāks par 100 gramiem, bieži vien mazāks par 25 gramiem), kurām nepieciešams gandrīz neto formas ražošana apjomos, sākot no 10 000 gabalu gadā. Padomājiet par pārnesumu komponentiem, ortopēdiskajiem kronšteiniem, šaujamieroču daļām, savienotājiem. Ja varat to viegli apstrādāt no stieņa krājumiem divās operācijās, MIM, iespējams, nav konkurētspējīga izmaksu ziņā pat apjoma ziņā. Instrumentu izmaksas ir šķērslis.
Bet tādai daļai kā miniatūrs nerūsējošā tērauda korpuss ar iekšējām vītnēm, sānu caurumiem un plānām sienām? Tur mirdz MIM. Jūs veidojat visas šīs funkcijas vienā kadrā. Alternatīva varētu būt vairāku asu CNC, kas apstrādā niecīgu sagatavi ar milzīgiem materiālu atkritumiem un lēnāku cikla laiku. Es atceros, ka novērtēju daļu zobārstniecības rokas instrumentam. Tā bija kā maza, sarežģīta metāla puzle. Apstrādes izmaksas bija astronomiskas, un tām bija problēmas ar toleranci. MIM to sasniedza iespējamā diapazonā, lai gan mums bija jāpārveido daži iekšējie stūri, lai izvairītos no pulvera iepakošanas problēmām formēšanas laikā.
Materiāla īpašības bieži ir diskusiju objekts. Saķepināta MIM daļa parasti ir 95–99% no kaltā materiāla blīvuma. Daudzos gadījumos mehāniskās īpašības ir vairāk nekā atbilstošas. Bet, ja jums ir nepieciešama maksimālā stiepes izturība vai pagarinājums, kas atbilst kaltai detaļai, MIM, iespējams, to nenovedīs. Tas ir kompromiss. Jūs tirgojat mazliet izcilu veiktspēju, ņemot vērā dizaina sarežģītību un vienības izmaksas mērogā.
Apstrādes rokasspiediens: kāpēc partneriem patīk QSY ir nozīme?
Tas ir kritisks punkts, kas bieži tiek palaists garām: ļoti maz MIM detaļu ir patiesi tīkla formas. Lielākajai daļai ir nepieciešamas sekundāras operācijas. Tas ir, ja partneris ar dziļām pakārtotām iespējām nav tikai ērts; tas ir būtiski. Paņemiet tādu uzņēmumu kā Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY). Jūs skatāties uz viņu vēsturi — vairāk nekā 30 gadu liešanā un apstrādē. Tas jums kaut ko saka. Kad es iegādājos MIM daļas vai sadarbojos ar formētāju, es nepērku tikai saķepināšanas pakalpojumu. Es pērku iespēju tikt galā ar visu ceļojumu.
Tipisks scenārijs: mēs saķepinām 316L nerūsējošā tērauda vārsta komponentu. Tam ir nepieciešams kritiskais urbums, kas noturēts līdz +/- 0,013 mm pielaidei, virsmas apdare, ko MIM vien nevar sasniegt. MIM process ļauj mums sasniegt 95% ar kontrolētu saraušanos. Pēc tam mēs to nosūtām uz veikalu, piemēram, QSY, lai veiktu precīzu CNC apstrādi šajā vienā urbumā. Viņu pieredze ar līdzīgiem materiāliem no viņu investīciju liešana un čaumalu liešana veidnēs darbs nozīmē, ka viņi saprot metalurģiju. Viņi zina, kā nostiprināt saķepināto detaļu (tā nav tik stingra kā kaltā sagatave), kādu padevi un ātrumu izmantot porainajai gandrīz tīkla formas ģeometrijai un kā pēc apstrādes saglabāt nerūsējošā tērauda izturību pret koroziju. Mēģinājums to izdarīt ar vispārēju mašīnu veikalu ir recepte lūžņiem un sirds sāpēm.
Viņu darbs ar īpašiem sakausējumiem -sakausējumi uz kobalta bāzes, sakausējumi uz niķeļa bāzes— ir vēl viena atslēgas pārklāšanās. Tie ir izplatīti MIM medicīnas un kosmosa lietojumos. Tos ir grūti apstrādāt. Formētājs, kas var saķepināt Inconel 718, un mašīnists, kurš var to pabeigt, ir spēcīga kombinācija. Tas racionalizē piegādes ķēdi un, vēl svarīgāk, nodrošina, ka kvalitātes atbildība netiek sadalīta starp trim dažādiem piegādātājiem, kas vaino viens otru. Jūs varat tos atrast viņu platformā, https://www.tsingtaocnc.com, kurā sīki aprakstītas to starpprocesu iespējas. Šī integrācija pārvērš labu MIM daļu par uzticamu, augstas veiktspējas komponentu.
Mācības no ierakumiem: neveiksme, kas iemācīja vairāk nekā panākumus
Ļaujiet man padalīties ar rupju neveiksmi. Sākumā mums bija projekts bezpilota lidaparāta kameras kardāna kronšteinam 17-4PH. Daļai bija tieva, konsoles roka. Dizains ekrānā izskatījās labi. Pirmie raksti izturēja pārbaudi. Kad tika ražoti aptuveni 50 000 vienību, mēs sākām saņemt atdevi par saplaisātām rokām. Neveiksmju analīze norādīja uz periodisku porainību gar rokas viduslīniju, kas darbojas kā stresa koncentrators.
Pēcnāves periods bija sāpīgs, bet izglītojošs. Problēma bija veidņu dizainā. Vārti, kur izejviela nonāk dobumā, tika novietoti, lai atvieglotu noņemšanu, nevis optimālu plūsmu. Šai tievai rokai injekcijas laikā tas izraisīja nelielu vilcināšanos plūsmas priekšpusē. Šī mikrovilcināšanās ļāva pulverim un saistvielai atdalīt tikai daļu, izraisot blīvuma izmaiņas. Saķepināšanas laikā šī variācija kļuva par smalku, starpgranulāru poru struktūru. To neuztvēra standarta blīvuma pārbaudes vai pat rentgena starojums mūsu paraugu ņemšanas ātrumā. Tas neizdevās tikai dinamiskā nogurumā laukumā.
Labojums bija dārgs: jauna veidne ar modificētiem vārtiem un karsto vadu sistēmu, lai labāk kontrolētu plūsmu. Tas man iemācīja, ka ar MIM katram dizaina lēmumam — vārtu atrašanās vietai, sienu biezuma pārejām, stūra rādiusiem — ir tieša līnija uz mikrostrukturālu rezultātu. Jūs ne tikai projektējat daļu; jūs plānojat pulvera-saistvielas suspensijas plūsmas ceļu un tās turpmāko konsolidāciju ar karstumu. Tas ir sistēmu inženierijas izaicinājums, kas slēpts kā metāla formēšanas process.
Tātad, kad cilvēki jautā, vai metāla iesmidzināšana ir piemērota viņu projektam, mana atbilde nekad nav vienkārša jā vai nē. Tā ir virkne jautājumu par ģeometriju, tilpumu, materiāla specifikācijām un, galvenais, par to, kas notiek pēc tam, kad daļa iziet no saķepināšanas krāsns. Tas ir spēcīgs rīks, taču tas ir precīzs. Jums ir jāsaprot tā valoda — izejvielu, saķepināšanas atmosfēru un izotropā saraušanās valoda — un jums ir nepieciešami partneri, kas runā blakus precīzās apstrādes un metalurģijas valodās, lai pēdējais skaņdarbs skanētu. Tā ir īstā MIM pasaule, tālu no glancētajām brošūrām.
