กระบวนการฉีดขึ้นรูปโลหะ

คุณเห็นคำว่า 'MIM' ถูกใช้บ่อยในปัจจุบัน ซึ่งมักเป็นคำที่ใช้เรียก 'ชิ้นส่วนที่ซับซ้อนและราคาถูก' นั่นเป็นความเข้าใจผิดประการแรก มันไม่ใช่เวทย์มนตร์และก็ไม่ได้ถูกเสมอไป เรื่องจริงของ กระบวนการฉีดขึ้นรูปโลหะ เริ่มต้นก่อนที่แม่พิมพ์จะปิดตัวลงในขั้นตอนวิกฤตของวัตถุดิบ เข้าใจผิดแล้วไม่มีอะไรสำคัญอีก

การเต้นรำวัตถุดิบ: ศิลปะมากกว่าวิทยาศาสตร์

ใครๆ ก็พูดถึงการขึ้นรูปหรือการเผาผนึก แต่หัวใจสำคัญของการดำเนินการ MIM ที่เชื่อถือได้คือความสม่ำเสมอของวัตถุดิบตั้งต้น เราไม่เพียงแค่ผสมผงโลหะและสารยึดเกาะเท่านั้น เรากำลังสร้างสารประกอบที่สม่ำเสมอและไหลได้ อัตราส่วนคือทุกอย่าง สารยึดเกาะมากเกินไป? คุณจะเกิดการตกต่ำและการบิดเบี้ยวระหว่างการแยกส่วน น้อยเกินไปเหรอ? คุณไม่สามารถเติมส่วนที่บางได้ ฉันเคยเห็นแบทช์จากซัพพลายเออร์หลายรายถึงแม้จะมีสเปคเดียวกัน แต่ก็มีพฤติกรรมแตกต่างออกไปมาก มันไม่ได้เกี่ยวกับ D50 ของแป้งเท่านั้น มันคือการกระจายรูปร่างของอนุภาค แน่นอนว่าผงทรงกลมจากการทำให้เป็นอะตอมของแก๊สจะไหลได้ดีกว่า แต่บางครั้งรูปร่างที่โค้งมนอาจทำให้ความหนาแน่นสุดท้ายเสียหายได้ หากคุณไม่ระวังโปรไฟล์การเผาผนึก

ในช่วงต้น เรามีโครงการสำหรับคันโยกเครื่องมือผ่าตัดขนาดเล็ก ซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่มีหน้าตัดที่ขยายจาก 2 มม. เป็น 0.5 มม. เราใช้วัตถุดิบมาตรฐาน 316L ชิ้นส่วนต่างๆ ดูสมบูรณ์แบบเมื่อออกมาจากแม่พิมพ์ จากนั้นก็มาถึงการแยกตัวเร่งปฏิกิริยา ส่วนบางๆก็...หายไป ไม่ละลาย แต่ล้มเหลวในเชิงโครงสร้าง อัตราการกำจัดสารยึดเกาะรุนแรงเกินไปสำหรับส่วนต่างมวลนั้น บทเรียน? การกำหนดสูตรวัตถุดิบของคุณจะต้องได้รับการปรับแต่งไม่เฉพาะกับวัสดุเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรูปทรงของชิ้นส่วนด้วย การผสมผสานผง/สารยึดเกาะขนาดเดียวเหมาะกับทุกคนคือสูตรสำเร็จของความเสียใจ คุณต้องมีคู่ครองที่เข้าใจเรื่องนี้ในระดับปลีกย่อย เช่นคนประเภทนี้ ชิงเต่า Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY). ด้วยทศวรรษแห่งการหล่อที่แม่นยำ พวกเขาเข้าใจถึงความสำคัญของพฤติกรรมของวัสดุภายใต้ความเครียดจากความร้อน ซึ่งเป็นแนวคิดที่แปลโดยตรงไปยังการจัดการวัตถุดิบตั้งต้น MIM และการเผาผนึก

และระบบสารยึดเกาะนั้นเอง—นั่นคืออีกโลกหนึ่ง ขี้ผึ้ง-โพลีเมอร์ ละลายน้ำได้ ตัวเร่งปฏิกิริยา—แต่ละชนิดทิ้งรอยนิ้วมือไว้บนชิ้นส่วน ตัวเร่งปฏิกิริยา (โดยใช้ไอกรดไนตริก) รวดเร็วแต่สามารถโจมตีโลหะผสมบางชนิดได้ การละลายด้วยความร้อนทำได้ช้าแต่อ่อนโยน ตัวเลือกนี้จะกำหนดตารางเวลาเตาเผา การจัดการชิ้นส่วน และอัตราข้อบกพร่องของคุณ มันเป็นตัวเลือกพื้นฐานที่คุณต้องทำก่อนที่คุณจะออกแบบเครื่องมือด้วยซ้ำ

การเผาผนึก: ที่ซึ่งความมหัศจรรย์ (และการหดตัว) เกิดขึ้นจริง

นี่คือขั้นตอนการสร้างหรือทำลาย คุณมี 'ส่วนสีน้ำตาล' ของคุณ ซึ่งเปราะบาง เป็นสารยึดเกาะและโครงกระดูกที่เป็นผงทั้งหมด วงจรของเตาหลอมคือจุดที่มันกลายเป็นโลหะ การหดตัวสามารถคาดเดาได้ โดยปกติจะอยู่ที่ประมาณ 15-20% แต่ก็ไม่เคยมีไอโซโทรปิกที่สมบูรณ์แบบ ส่วนที่ยาวและแบนอาจบิดเบี้ยวได้หากไม่ได้รับการสนับสนุนอย่างถูกต้องบนตัวเซ็ต ครั้งหนึ่งเราเคยใช้แผ่นขั้วต่อหลายชุด พิกัดความเผื่อของขนาดแน่นบนรูยึด เราบรรลุถึงความหนาแน่นของการเผาผนึกตามทฤษฎี แต่รูนั้นมีรูปร่างเป็นวงรีเพียงไม่กี่ไมครอน ทำไม บรรยากาศเตาหลอมมีความลาดชันเล็กน้อย ชิ้นส่วนทางด้านซ้ายของสายพานมีโปรไฟล์อุณหภูมิที่แตกต่างจากชิ้นส่วนทางด้านขวา

การควบคุมบรรยากาศคือทุกสิ่ง ไฮโดรเจน อาร์กอน สุญญากาศ หรือแอมโมเนียที่แตกร้าว สำหรับเหล็กสเตนเลส คุณต้องมีบรรยากาศที่ลดลงอย่างสมบูรณ์แบบเพื่อให้ได้พื้นผิวที่สะอาดปราศจากการเกิดคาร์บูไรซิ่ง มีการรั่วไหลเล็กน้อย มีออกซิเจนเข้าไปเล็กน้อย และคุณจะได้ส่วนที่เป็นสนิมและเผาผนึกที่เปราะ ก็ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเสมอไปเช่นกัน เรามีชิ้นส่วน PH 17-4 ชุดที่ผ่านการตรวจสอบด้วยสายตาและแม้แต่การตรวจสอบขนาดขั้นพื้นฐาน แต่ในการใช้งาน พวกเขาล้มเหลวเนื่องจากความเหนื่อยล้า วิชาโลหะวิทยาแสดงให้เห็นการรวมตัวของออกไซด์ตามขอบเขตของเกรน ซึ่งเป็นร่องรอยของอากาศในระหว่างขั้นตอนกลางขั้นวิกฤตของการเผาผนึก

นี่คือสิ่งที่ประสบการณ์ของโรงหล่อแสดงให้เห็นจริงๆ บริษัทอย่าง QSY ซึ่งดำเนินธุรกิจด้านเปลือกและการหล่อการลงทุนมานานกว่า 30 ปีด้วยโลหะผสมตั้งแต่เหล็กมาตรฐานไปจนถึงซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิล เข้าใจกระบวนการทางความร้อนในกระดูกของพวกเขา ความรู้เกี่ยวกับวิธีการที่โลหะผสมชนิดพิเศษมีพฤติกรรมที่อุณหภูมิสูง วิธีการจัดการบรรยากาศเพื่อป้องกันการปนเปื้อน สามารถถ่ายโอนได้โดยตรงและประเมินค่าไม่ได้สำหรับ กระบวนการฉีดขึ้นรูปโลหะ. พวกเขารู้ดีว่าการเผาผนึกไม่ใช่แค่ 'การทำให้ร้อนขึ้น' เท่านั้น; มันเป็นการเปลี่ยนแปลงที่มีการควบคุม

กับดักเครื่องมือและการปฏิบัติการรอง

ผู้คนคิดว่า MIM ช่วยลดการตัดเฉือน มันย่อให้เล็กสุด คุณยังคงต้องการปฏิบัติการรองเกือบทุกครั้ง EDM สำหรับคุณสมบัติที่ไม่สามารถขึ้นรูปได้ เช่น การเซาะร่องหรือมุมภายในที่เป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสอย่างสมบูรณ์แบบ การตัดเฉือน CNC แบบเบาสำหรับพื้นผิวการซีลหรือเกลียวที่สำคัญ บางครั้ง การดำเนินการสร้างเหรียญภายหลังการเผาผนึกเพื่อสร้างมิติให้เป็นจริง กับดักกำลังออกแบบส่วน MIM ราวกับว่ามันจะเป็นส่วนที่มีรูปร่างเหมือนตาข่ายขั้นสุดท้าย คุณต้องออกแบบสำหรับกระบวนการ รัศมีกว้าง ความหนาของผนังสม่ำเสมอ (หากเป็นไปได้) มุมร่าง สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่คำแนะนำ

ฉันจำอุปกรณ์สำหรับส่วนประกอบของกรอบกล้องได้ นักออกแบบต้องการความสวยงามและความสวยงามที่เฉียบคม รัศมีเป็นศูนย์ เราลองแล้ว วัตถุดิบป้อนเข้าไม่สม่ำเสมอ และมุมจะบิ่นระหว่างการดีดออกหรือการจัดการในสถานะสีน้ำตาล เราต้องย้อนกลับไปเพิ่มรัศมี 0.1 มม. มันไม่สามารถมองเห็นได้ในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายแต่ทำให้สามารถผลิตชิ้นส่วนได้ เครื่องมือนั้นเป็นสัตว์ร้ายอีกตัวหนึ่ง มันเป็นเครื่องมือฉีดขึ้นรูป จึงต้องขัดเงา ช่องระบายอากาศที่ดี และประตูที่เหมาะสม แต่คุณกำลังขัดมันด้วยผงโลหะ การสึกหรอที่มุมและประตูสูงกว่าพลาสติก คุณต้องวางแผนการบำรุงรักษานั้น

และนี่คือการผนึกกำลังกับผู้ให้บริการแบบครบวงจร หากคุณดูที่ความสามารถของ QSY พวกเขาจะแสดงรายการเครื่องจักร CNC ควบคู่ไปกับความเชี่ยวชาญพิเศษในการหล่อ นั่นคือกุญแจสำคัญ โดยสามารถนำชิ้นส่วน MIM เผาผนึกไปทำเองในโรงงาน กลึงพื้นผิวข้อมูลที่สำคัญ หรือเจาะรูขวางที่ไม่สามารถขึ้นรูปได้ การบูรณาการในแนวตั้งนั้นควบคุมคุณภาพและต้นทุน คุณไม่ได้จัดส่งชิ้นส่วนเผาผนึกที่เปราะบางไปยังร้านขายเครื่องจักรอื่น ซึ่งเสี่ยงต่อความเสียหาย

ความเป็นจริงของวัสดุ: ไม่ใช่แค่สำหรับสเตนเลสเท่านั้น

วัสดุโบรชัวร์คือ 316L, 17-4PH, เหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา แต่แอปพลิเคชั่นที่น่าสนใจนั้นอยู่ในสิ่งที่แปลกใหม่ เราได้ทำงานร่วมกับโลหะผสมทังสเตนหนักเพื่อความสมดุลของน้ำหนักและแม้กระทั่งการทดลองบางอย่างกับไทเทเนียม Ti MIM เป็นฝันร้ายในตัวมันเอง คุณกำลังเผาผนึกในสุญญากาศที่สูง และผงมีราคาแพงและลุกติดไฟได้เองในการจัดการ ผลลัพธ์ที่ได้คือการปลูกถ่ายชีวการแพทย์ที่ซับซ้อนและมีน้ำหนักเบา แต่อัตราผลตอบแทน... นั่นคือความท้าทาย

ซึ่งสอดคล้องกับพอร์ตโฟลิโอวัสดุของผู้เชี่ยวชาญเช่นเดียวกับที่กล่าวไว้ข้างต้นอย่างสมบูรณ์แบบ ประสบการณ์ของพวกเขากับโลหะผสมที่มีโคบอลต์และนิกเกิลในการหล่อการลงทุนถือเป็นทรัพย์สินมหาศาล โลหะผสมเหล่านี้มีนิสัยเฉพาะในการเผาผนึกของตัวเอง เช่น การเผาผนึกในเฟสของเหลว การเผาผนึกแบบแอคติเวท และการรู้จักโลหะวิทยาทั่วไปจากกระบวนการอื่นจะช่วยให้มีจุดเริ่มต้นที่ดี ที่ กระบวนการฉีดขึ้นรูปโลหะ สำหรับส่วนประกอบซูเปอร์อัลลอยด์ไม่ได้เป็นเพียงการตั้งค่าวัสดุที่แตกต่างกันเท่านั้น มันเป็นปรัชญาที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงในการพัฒนาความหนาแน่นและโครงสร้างจุลภาค

คุณไม่สามารถละเลยโลหะผสมแม่เหล็กอ่อน เช่น Fe-Si หรือ Fe-Ni ได้ การเผาผนึกสิ่งเหล่านี้เพื่อให้ได้ทั้งความหนาแน่นสูงและคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ถูกต้องนั้นต้องอาศัยการเดินไต่เชือก อุณหภูมิสูงเกินไป คุณจะสูญเสียคุณสมบัติ ต่ำเกินไป คุณมีความพรุน เป็นแอปพลิเคชั่นเฉพาะกลุ่มที่ MIM โดดเด่นอย่างแท้จริง ไม่ใช่เพื่อสร้างอุปกรณ์ทั่วไปอื่นที่สามารถประทับตราได้

เมื่อ MIM ไม่ใช่คำตอบ

นี่อาจเป็นส่วนที่สำคัญที่สุด MIM เหมาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนที่มีปริมาณมาก รูปทรงที่ซับซ้อน และชิ้นส่วนที่มีพิกัดความเผื่อปานกลาง แต่หากชิ้นส่วนของคุณเป็นแบบเรียบง่าย เช่น สเปเซอร์แบบธรรมดา หรือแบบก้านตรง ให้เลือกใช้การตัดเฉือนหรือการปั๊ม หากคุณต้องการความต้านทานแรงดึงสูงเป็นพิเศษหรือความทนทานต่อแรงกระแทกขณะหล่อ ให้ดูที่การหล่อแบบลงทุน หากคุณต้องการต้นแบบแบบครั้งเดียว การพิมพ์โลหะ 3 มิติอาจดีกว่า แม้ว่าจะมีปัญหาเรื่องพื้นผิวก็ตาม

ครอสโอเวอร์ที่มีการหล่อการลงทุนมีความน่าสนใจเป็นพิเศษ สำหรับชิ้นส่วนขนาดใหญ่ (เช่น มากกว่า 100-150 กรัม) หรือชิ้นส่วนที่ไม่ต้องการความพรุนเลยในส่วนที่สำคัญ การหล่อแบบหล่อที่ดำเนินการอย่างดีอาจมีความน่าเชื่อถือและคุ้มค่ามากกว่า บริษัทที่นำเสนอทั้งสองอย่าง เช่น QSY สามารถให้คำแนะนำที่เป็นกลางแก่คุณได้ พวกเขาไม่ได้พยายามบังคับกระบวนการ พวกเขาสามารถดูงานพิมพ์ของคุณและพูดว่า สำหรับชุดคุณสมบัติและปริมาณนี้ MIM จะช่วยคุณประหยัดต้นทุนต่อหน่วยได้ 30% หรือช่องภายในนี้ลึกเกินไป มาดูการหล่อแม่พิมพ์เปลือกแทน

เราเรียนรู้สิ่งนี้ด้วยวิธีที่ยากลำบาก ลูกค้ายืนยัน MIM สำหรับวงเล็บขนาดใหญ่และค่อนข้างเรียบง่าย เครื่องมือนี้มีขนาดใหญ่และมีราคาแพง การบิดเบือนการเผาผนึกถือเป็นการต่อสู้ และต้นทุนชิ้นส่วนก็สูงกว่าทางเลือกอื่นที่ประดิษฐ์ขึ้นมา เราควรจะถอยกลับได้แล้ว กระบวนการนี้เป็นเพียงเครื่องมือ ไม่ใช่ศาสนา ความงดงามของมันอยู่ที่จุดที่น่าสนใจโดยเฉพาะ นั่นคือการนำส่วนประกอบที่กลึงขึ้นรูปหลายสิบชิ้นมารวมกันเป็นชิ้นเดียว คมมีด และพร้อมใช้งานของโลหะที่ออกมาจากเตาหลอมที่ดูเหมือนถูกปลูกขึ้นมาและไม่ได้ถูกสร้างขึ้นมา เมื่อใช้งานได้ มันเป็นวิศวกรรมที่ยอดเยี่ยม เมื่อถูกบังคับก็เป็นเพียงปัญหาราคาแพง