Imali smo klijente koji su nam dolazili sa MIM projektima alata nakon što su se opekli negdje drugdje. Jedan dobavljač automobila proveo je osam mjeseci razvijajući komponentu zupčanika s dobavljačem koji nije razumio kompenzaciju skupljanja pri sinteriranju. Alat je proizveo dijelove 0,4 mm manje veličine u svakoj kritičnoj dimenziji. Morali su početi ispočetka. To iskustvo nas je naučilo da većina PM neuspjeha seže do osnova koje je neko previdio ili pretpostavio da će uspjeti.
Kako radi
Za konvencionalnu presu-i-sinter PM, imate posla sa prahom veličine oko 50 mikrona. Dovoljno grubo da vidite ako dobro pogledate. Hidraulične prese koriste 150-700 MPa za kompaktiranje ovog praha u krutim kalupima. Ono što izlazi zove se "zeleni" kompakt. Zadržava oblik zahvaljujući mehaničkom povezivanju, ali još nema pravu snagu. Gustina je negdje između 60-90% teorijske.
Sinterovanje se odvija u pećima s kontroliranom atmosferom. Materijali na bazi gvožđa{1}}teku oko 1120 stepeni. Nerđajući čelici zahtevaju više temperature, obično 1.250-1.400 stepeni. Tokom ove faze, atomi difundiraju preko granica čestica. Dio se lagano zgušnjava i skuplja, obično 0,1-0,3%.
MIM je drugačija životinja.
Prašak je mnogo finiji, oko 8 mikrona, pomešan sa polimernim vezivom da bi se stvorio sirovina koja se ponaša kao plastika tokom ubrizgavanja. Ova sirovina se ubrizgava u kalupe pri 50-200 MPa. Nakon oblikovanja, uklanjate vezivo kroz termičke ili rastvaračke procese, a zatim sinterirate. Skupljanje tokom MIM sinterovanja iznosi 15-20%. Nedostaje vam to u svom dizajnu alata i imate otpad.
Jedna stvar koja iznenađuje timove za nabavku: MIM prah košta 3-5 puta konvencionalni PM prah. Procesi atomizacije plina i karbonilne razgradnje potrebni za fine sferne čestice su skupi. Taj trošak se pojavljuje u svakoj ponudi, a neki dobavljači ne objašnjavaju zašto su njihove MIM ponude toliko veće od alternativa za presovanje-i sinter za naizgled slične dijelove.
MIM vs. Pritisnite-i-Sinter
| Konvencionalni PM | MIM | |
|---|---|---|
| Težina dijela | 0,68 g do 6,8 kg | Ispod 50g tipično, 150g max |
| Gustina | 85-92% | 95-99% |
| Najtanji zid | Oko 2 mm | 0,3 mm moguće |
| Tolerancija | ±0.3-0.5% | ±0,3% ili bolje |
| Geometrija | Uglavnom 2D | Podrezi, navoji, poprečne{0}}rupe |
| Alati | $2,000-$10,000 | $10,000-$50,000 |
| Jačina zvuka{0}}ujednačena | 5.000/god | 10.000/god |
Konvencionalno PM ograničenje dolazi iz smjera pritiska. Primjenjujete aksijalnu silu, tako da su karakteristike okomite na tu osu teške. Unutrašnje niti? Ne dešava se. Poprečne-otvore zahtijevaju sekundarnu obradu.
MIM uklanja ta ograničenja, ali dodaje nova. Dijelovi preko 150g nailaze na izazove odvajanja. Varijacije debljine stijenke preko ±40-60% uzrokuje savijanje koje je gotovo nemoguće ukloniti tokom sinterovanja.
Jedan kupac nas je prošle godine pitao za MIM dio od 200 g sa omjerom debljine stijenke 4:1. Rekli smo im da to neće uspjeti. Ipak su otišli kod drugog dobavljača, potrošili 45.000 dolara na alate i vratili se šest mjeseci kasnije nakon što su odustali od projekta. Neke geometrije jednostavno ne odgovaraju MIM-u bez obzira na to što gladni prodajni tim obećava.
Protiv drugih metoda proizvodnje
PM pobjeđuje u korištenju materijala. Koristite 95-97% ulaznog materijala. CNC obrada pretvara možda polovinu vaših zaliha u čips.
Zupčanik pumpe za ulje za komercijalna vozila koji smo citirali protiv strojne obrade je koštao 32% cijene obrade. Ušteda od 68% dolazi gotovo u potpunosti od materijala i vremena ciklusa.
Ali obrada ima prednosti koje PM ne može dodirnuti. Tolerancije od ±0,01 mm su rutinske. Materijal koji želite. Prototipne količine koje imaju ekonomski smisla. Ispod oko 1.000 jedinica godišnje, matematika obično favorizuje mašinsku obradu čak i za geometrije kojima PM dobro rukuje.
Lijevanje pod tlakom pobjeđuje za veće jednostavne dijelove gdje pogoni sa vremenom ciklusa koštaju. PM nudi bolju mikrostrukturnu kontrolu i namjernu poroznost kada vam je potrebna za ležajeve ili filtere.
Kovanjem se dobijaju jači delovi. Oko 26% veća vlačna čvrstoća za ekvivalentne legure, skoro-nulta poroznost, poravnanje protoka zrna koje poboljšava vijek trajanja. Vidjeli smo da klijenti specificiraju PM za aplikacije kojima je zaista bilo potrebno kovanje, a zatim se nositi s kvarovima na terenu.
O mehaničkim svojstvima: PM čelik dostiže vlačnu snagu od 900 MPa kao-sinterovano, 1.200 MPa nakon termičke obrade. MIM 316L pri 97% gustine radi 520-650 MPa sa 35-50% izduženja. Blizu kovanih svojstava ali nije identično.
Prijave
Komponente automobilskog menjača dominiraju zapreminom PM. GKN isporučuje dijelove za Ford F{1}}brzinske i GM 9{7}}brzinske mjenjače. MPIF dokumentuje preko 750 PM automobilskih aplikacija (mpif.org). Sadržaj PM po vozilu kreće se oko 25 kg za kamione, a pada na otprilike 2,3 kg za EV na baterije jer se prijenos pojednostavljuje.
Medicinski uređaji favorizuju MIM. Hirurške čeljusti klamerice proizvedene kao jednodijelne MIM komponente zamijenile su sklopove za koje je nekada bilo potrebno 12 mašinski obrađenih dijelova.
Potrošačka elektronika potaknula je rast obima MIM-a u protekloj deceniji. Appleov Lightning konektor pokrenuo je MIM proizvodnju u desetinama miliona sedmično. OPPO Find N2 Flip šarka ima 136 dijelova, mnogo MIM-a.
Aerospace koristi PM za ekstremne primjene. GE-ova -proizvodnja aditiva za mlaznice goriva na bazi praha postiže smanjenje težine od 25%. Turbinski diskovi u Rolls-Royceu koriste PM superlegure za let{5}}kritične rotirajuće komponente.
Šta privlači ljude
Zvao nas je mašinista nakon što se njegova radnja tri nedelje borila sa PM delom. On je to opisao kao "mašinsku obradu čiste abrazije". Dio je testiran na razumnoj tvrdoći, ali je pojeo standardni alat. Ispostavilo se da PM može sadržavati vrlo tvrde čestice raspršene u matrici koje ispitivanje čvrstoće ne otkriva.
Njegovo rješenje: slavine obložene TiN-, bez rashladne tekućine. Suvi čips se ne lijepi za poroznost. On je na taj način vodio PM dijelove dvadeset godina s dosljednim rezultatima.
Što se tiče kontrole kvaliteta, stalna je debata u industrijama koje uveliko koriste MIM. Jedan strojar s kojim smo razgovarali to je otvoreno rekao: proces radi dobro, ali kvalitet u potpunosti ovisi o radnji koja ga vodi. Dobri dobavljači proizvode konzistentne dijelove. Loši dobavljači se kriju iza "inherentne varijabilnosti" kao izgovora.
Videli smo ovu igru. Kupac je promijenio MIM dobavljača kako bi uštedio 12% po komadu. Stopa odbijanja je porasla sa 0,3% na 4,2%. Uštede su nestale u troškovima sortiranja i kašnjenju u proizvodnji.
Kada procjenjujete MIM dobavljače, tražite podatke o Cpk o kritičnim dimenzijama. Pitajte o-nadziranju procesa. Provjerite da li certifikati odgovaraju vašoj industriji. IATF 16949 za automobilsku industriju. AS9100D za vazduhoplovstvo. ISO 13485 za medicinu.
Specifičnosti nabavke
Rok isporuke je 6-12 sedmica za alat. Dodajte 1-2 sedmice za PPAP na automobilske radove. Za prve članke potrebno je 8-14 sedmica od objavljivanja dizajna. Ponovljene narudžbe: 4-8 sedmica MIM, 2-4 sedmice za uspostavljene PM dijelove.
Ograničenja dizajna su bitna. MIM debljina zida najbolje radi na 1,0-3,0 mm. Minimalno 0,5 mm, maksimalno oko 12,5 mm. Održavajte varijacije unutar ±40-60%. Uglovima je potreban radijus od 0,5 mm za protok praha.
Zašto ovo pišemo
Mi gradimokalupi za injektiranje. MIM alati spadaju u tu mogućnost, a zahtjevi za preciznošću odražavaju ono što radimo za zahtjevne aplikacije za brizganje plastike. Kada kupci pitaju da li MIM ima smisla za njihovu geometriju, prolazimo kroz ista razmatranja koja su ovdje obrađena.
Odbili smo projekte koji se ne uklapaju u tehnologiju. Radije ćemo izgubiti ponudu nego gledati kako kupac troši šest cifara na alat koji ne može proizvesti prihvatljive dijelove.
Ako ocjenjujete PM za aplikaciju, mi ćemo pregledati vaš dizajn prije nego što se posvetite alatima. Bez naknade za procjenu izvodljivosti. Razgovor obično traje trideset minuta i pokriva da li geometrija radi, koje su tolerancije realne i da li zapremina opravdava ulaganje.
Tehničke reference: MPIF (mpif.org), Mordor Intelligence (mordorintelligence.com)