Литье металлов под давлением (MIM): процесс, машина, стоимость и применение

Литье металлов под давлением (MIM) — это новая технология порошковой металлургии, близкая к сетчатой, которая возникла из литье пластмасс под давлением промышленность. Общеизвестно, что технология литья пластмасс под давлением позволяет получить различные изделия сложной формы по невысокой цене, однако изделия из пластмассы обладают низкой прочностью. Для улучшения их характеристик в пластмассы можно добавлять металлический или керамический порошок для получения изделий с высокой прочностью и хорошей износостойкостью.

В последние годы эта идея получила развитие с целью максимизировать содержание твердых частиц, полностью удалить связующее и уплотнить формованную заготовку в ходе последующих процессов спекания. Этот новый метод формования порошковой металлургии называется литьем металла под давлением.

Что такое литье металла под давлением?

Металл литье под давлением, также известная как технология формования композитов, представляет собой метод обработки, который включает в себя впрыскивание металлических материалов в определенные формы под давлением жидкости или газа. Этот процесс включает в себя ряд этапов, таких как нагрев, охлаждение и формование, в результате чего производятся различные специализированные детали и компоненты в соответствии с проектными чертежами пресс-форм.

Кроме того, литье металла под давлением может также относиться к смешиванию мелкого металлического порошка со связующим материалом для создания «сырья», которое затем затвердевает с помощью литья под давлением. Этот процесс формования позволяет создавать сложные детали большого объема. После формования компоненты подвергаются корректировке для удаления связующего и уплотнения порошка. Готовые мелкие детали могут применяться в различных отраслях промышленности.

Цель

Литье металлов под давлением (MIM) направлено на производство небольших, сложных металлических компонентов в больших количествах. Этот метод предпочтителен, поскольку он устраняет необходимость механической обработки, что делает его более экономичным, чем традиционные методы, такие как ковка, литье или механическая обработка, особенно для небольших и сложных деталей, производимых в больших объемах.

Зачем использовать литье металлов под давлением?

Литье металла под давлением (MIM), передовой процесс изготовления металлов, за последние годы стал свидетелем значительного всплеска популярности. С момента своего скромного основания в 1986 году до нынешнего размера рынка, составляющего около 380 миллионов долларов США, компания MIM зарекомендовала себя как предпочтительный выбор для многих производителей. Причин такого роста популярности множество, но выделяются две: беспрецедентная эффективность и экономичность.

Эффективность MIM заключается в его способности одновременно производить множество мелких деталей. В отличие от традиционных процессов металлообработки, MIM позволяет производителям формовать только количества 100 граммов или меньше за один «заход» в несколько полостей формы. Это означает, что за один цикл формования можно производить несколько изделий, что значительно сокращает общее время производства и стоимость единицы изделия.

Более того, этот процесс обеспечивает большую гибкость и настройку. Сырье, используемое в MIM, может состоять из различных металлов, наиболее распространенным из которых является нержавеющая сталь. Такая универсальность позволяет производителям создавать продукцию с особыми свойствами и характеристиками, отвечающую их конкретным требованиям.

После того как изделия отлиты в форму, следует процесс доработки. Связующий материал, используемый для связывания металлических частиц, тщательно удаляется, а металлические частицы подвергаются процессу спекания, чтобы сплавить их вместе. Этот этап спекания не только повышает прочность и долговечность материала, но и уменьшает размер изделия примерно на 15%. Эта усадка представляет собой контролируемый процесс, гарантирующий, что конечный продукт будет соответствовать желаемым характеристикам.

Экономическая эффективность MIM является еще одним важным фактором, способствующим его популярности. Производя одновременно несколько мелких деталей, производители могут добиться экономии за счет масштаба, снижая общую стоимость производства единицы изделия. Кроме того, процесс доработки устраняет необходимость в этапах последующей обработки, таких как механическая обработка, шлифовка или полировка, что еще больше снижает общую стоимость.

Процесс литья металла под давлением

Процесс производства MIM обычно включает в себя: смешивание, гранулирование, литье под давлением, обезжиривание, спекание и вторичную обработку. Используемое оборудование включает в себя комплексную машину для смешивания и грануляции, специализированную машину для литья под давлением MIM, печь для обезжиривания, печь для спекания, а также различное оборудование для обнаружения и вторичной обработки.

1.Приготовление металлического порошка

Литье металлического порошка под давлением предъявляет высокие требования к порошковому сырьевому материалу, включая морфологию порошка, размер частиц, гранулометрический состав, удельную поверхность, свободную плотность и т. д.

Существует два основных метода получения порошкового сырья, используемого при литье металлических порошков под давлением: гидроксильный метод и метод распыления. Для литья под давлением металлического порошка требуется очень мелкий сырьевой порошок, поэтому требования к литью под давлением металлического порошка очень высоки.

2.Связующее

Клеи являются основой технологии литья металлов под давлением (MIM). В MIM клеи выполняют две основные функции: повышение текучести для литья под давлением и поддержание формы заготовки. Кроме того, они также должны обладать такими характеристиками, как легкость удаления, отсутствие загрязнения, нетоксичность и разумная стоимость. В результате появились различные типы клеев, и в последние годы они постепенно переходят от выбора исключительно на основе опыта к удовлетворению требований методов обезжиривания и связующих функций. Направление развития - проектирование клеевых систем с целенаправленными подходами.

Требования к связующему при литье металлических порошков под давлением включают: малый угол контакта с порошком и сильную адгезию; С порошком не происходит двухфазного разделения; После остывания он должен иметь определенную прочность; При обезжиривании это не вызовет серьезных дефекты литья под давлением такие как растрескивание и пузырение зеленого тела; Вязкость чистого связующего при температуре впрыска должна быть менее 0.1Па·с.

3. смешивание

Смешивание – это процесс смешивания металлического порошка со связующим для получения однородной подачи. Процесс смешивания и эффективного перемешивания порошка исходного материала и связующего для гомогенизации и удовлетворения требований к инъекции. Характер сырья определяет производительность конечного продукта. Этот технологический этап в настоящее время остался на уровне опытных исследований, и важным показателем оценки качества процесса смешивания является однородность и консистенция получаемого корма.

Таким образом, очень важным стал процесс смешивания, который будет включать в себя различные факторы, такие как способ и последовательность добавления связующих и порошков, температура смешивания, характеристики смесительного устройства и т. д. В конечном итоге важным показателем для оценки качества Процесс смешивания – это однородность и консистенция получаемого корма.

Обычно используемые смесительные устройства для литья металлов под давлением (MIM) включают двухшнековые экструдеры, смесители с Z-образными крыльчатками, одношнековые экструдеры, плунжерные экструдеры, двойные планетарные смесители, двухкулачковые смесители и т. д. Все эти смесительные устройства подходят для приготовления смесей с вязкость в пределах 1-1000Па·с.

4.Индикационное формование

В процессе литья под давлением порошка литье под давлением является важным процессом, который определяет производство качественных сырых заготовок. Смесь нагревается шнековым перемешиванием в литьевой машине, а пластифицированная смесь впрыскивается в полость формы через систему подачи литьевой машины и выдерживается под давлением для компенсации усадки при охлаждении.

После охлаждения и затвердевания, когда деталь приобретет достаточную прочность, откройте форму и с помощью выталкивателя вытолкните деталь, чтобы получить сырое тело.

5. Обезжиривание

Необработанное тело вручную регулярно помещается на керамическую пластину, а затем отправляется в печь обезжиривания для обезжиривания.

По этапам обезжиривания все методы обезжиривания можно условно разделить на две категории: первая — двухэтапный метод обезжиривания. Двухэтапный метод обезжиривания включает обезжиривание растворителем+термическое обезжиривание, сифонное обезжиривание – термическое обезжиривание и т.д. Одностадийный метод обезжиривания – это в основном одностадийный метод термического обезжиривания, а наиболее совершенным в настоящее время является метод аметамолда.

6. Спекание

Спекание — важный процесс в порошковой металлургии, а также заключительный этап процесса литья под давлением металлического порошка.

Путем спекания изделия из металлического порошка, отлитые под давлением, могут достичь полной плотности или почти полного уплотнения. На этапе спекания необходимо контролировать изменение температуры спекания, чтобы получить металлические детали высокой плотности, избежать появления поверхностных трещин и сохранить первоначальную форму деталей с одинаковой степенью усадки размеров.

7. Вторичное лечение

После спекания спеченные детали обычно имеют заусенцы. Основную часть заусенцев можно сначала удалить лазером, а затем оставшуюся часть удалить пескоструйной обработкой и т. д.

Пескоструйная обработка — это метод, в котором воздействие высокоскоростного потока песка используется для очистки заусенцев и придания шероховатости поверхности. Пескоструйная обработка обычно включает в себя медную руду, кварцевый песок, алмазный песок, железный песок, хайнаньский песок и т. д. Пескоструйная обработка позволяет не только добиться матового эффекта на поверхности изделия, но и удаление заусенцев.

Продолжительность процесса литья металла под давлением

Весь процесс литья металла под давлением (MIM), от металлического порошка до готовых деталей, обычно занимает от 24 до 36 часов. Большая часть этого времени посвящена термическому удалению связующих, этап, который сам по себе может занять до 24 часов. По сравнению с прямым лазерным спеканием металла, изготовление одной детали которого может занять до семи дней, MIM работает значительно быстрее. Такое преимущество в скорости делает MIM идеальным для крупносерийного производства.

Популярные материалы для литья металлов под давлением

Литье металлов под давлением (MIM) — это универсальный процесс, в котором можно использовать широкий спектр материалов для создания сложных металлических деталей. Вот некоторые из наиболее популярных материалов, используемых в MIM:

1. Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь является распространенным выбором для MIM из-за ее коррозионной стойкости, прочности и долговечности. Он широко используется в медицинских приборах, автомобильных компонентах и ​​других приложениях, где требуются точные металлические детали.
2. Низколегированные стали: Эти материалы обладают хорошим соотношением прочности и веса и часто используются в тех случаях, когда снижение веса имеет решающее значение, например, в компонентах аэрокосмической промышленности.
3. Сплавы на основе никеля: Никелевые сплавы известны своей устойчивостью к высоким температурам и коррозии, что делает их пригодными для применения в суровых условиях, таких как разведка нефти и газа.
4. Титан: Титан — легкий, но прочный материал, который часто используется в аэрокосмической и медицинской промышленности. Он также биосовместим, что делает его популярным выбором для имплантируемых медицинских устройств.
5. Инструментальные стали: Инструментальные стали сохраняют твердость и износостойкость при высоких температурах, что делает их пригодными для изготовления режущих инструментов и других применений, где важна долговечность.
6. Сплавы на основе меди: Медные сплавы являются отличными проводниками тепла и электричества, что делает их пригодными для изготовления электрических компонентов и теплообменников.
7. Карбид вольфрама: Карбид вольфрама — твердый и износостойкий материал, который часто используется в режущих инструментах и ​​изнашиваемых деталях.

Выбор материала для MIM зависит от требований конкретного применения, таких как прочность, коррозионная стойкость, износостойкость или электропроводность. Производители часто выбирают наиболее подходящий материал, исходя из этих требований и совместимости материала с процессом MIM.

Обычные машины для литья металла под давлением

1. Литьевая машина – Используется для впрыскивания смеси металлического порошка и связующего в форму.
2. Обвязочная печь – Используется для удаления связующего вещества с формованной детали.
3. Печь для спекания – Используется для нагрева открепившейся части, в результате чего металлические частицы сплавляются вместе.
4. Оборудование для смешивания – Используется для смешивания металлических порошков со связующим материалом.
5. Блок зажима пресс-формы – Обеспечивает плотное удержание формы во время процесса литья.
6. Блоки контроля температуры – Поддерживает точный контроль температуры на протяжении всего процесса.
7. Конвейерные системы – Облегчает перемещение деталей между различными этапами процесса.
8. Системы охлаждения – Используется для охлаждения деталей после процессов впрыска и спекания.
9. Машины для контроля качества – Такое оборудование, как координатно-измерительные машины (КИМ) и системы рентгеновского контроля, для обеспечения точности и целостности деталей.

Эти машины работают вместе в процессе литья металла под давлением для производства высокоточных металлических деталей.

Стоимость литья металла под давлением

Литье металла под давлением (MIM) включает в себя несколько факторов стоимости, которые могут варьироваться в зависимости от конкретных требований проекта. Сырье, состоящее из металлического порошка, смешанного со связующим, в MIM заметно дороже: около 24 долларов за килограмм. Это контрастирует с другими методами порошковой металлургии, где стоимость сырья составляет около 2–4 долларов за килограмм.

Инвестиции в оборудование MIM представляют собой значительные затраты. Стоимость машин для литья металла под давлением колеблется от 50,000 200,000 до 30,000 70,000 долларов в зависимости от возможностей и технических характеристик машины. Кроме того, еще одним важным фактором являются затраты на оснастку, которые обычно составляют от XNUMX XNUMX до XNUMX XNUMX долларов США.

На общую стоимость детали MIM влияют несколько других факторов, включая размер, материал и сложность продукта. Учитывая эти переменные, цена за единицу может сильно варьироваться, но часто она находится в диапазоне от 1 до 5 долларов. Конкретные требования проекта, такие как объем необходимых деталей и сложность их конструкции, играют решающую роль в определении окончательной стоимости.

Таким образом, хотя MIM предлагает ценовые преимущества при производстве небольших, сложных деталей в больших объемах, первоначальные инвестиции в сырье, оборудование и инструменты должны быть тщательно продуманы.

Каковы преимущества литья под давлением?

Литье металлов под давлением (MIM) имеет множество преимуществ, среди которых можно назвать следующие:

1.Сложность

Литье металлов под давлением (MIM) практически не имеет ограничений в дизайне формы, что делает его идеальным выбором для объединения различных независимых деталей в очень сложные и многофункциональные изделия. Правила проектирования аналогичны правилам литья под давлением, а это означает, что этот продвинутый процесс может принести пользу практически всем типам продуктов.

2. точность

Литье металла под давлением позволяет добиться высокой точности. Разброс размеров обычно находится в пределах ±0.1, а некоторые характеристики могут достигать даже ±0.005. Такой высокий уровень точности делает литье металлов под давлением предпочтительным процессом для изготовления высококачественных и прецизионных компонентов.

3.Вес и габариты

Литье металла под давлением особенно хорошо подходит для обработки небольших компонентов, особенно для компонентов весом менее 80 граммов, при этом минимальный диапазон составляет менее 40 граммов. Литье металла под давлением снижает вес компонентов за счет применения новых технологий, тем самым максимально минимизируя затраты на сырье.

4. Истончение

Для компонентов с толщиной стенок менее 5 миллиметров наиболее подходящим выбором является литье металла под давлением. Конечно, можно обрабатывать и более толстые внешние стенки, хотя это может привести к увеличению времени обработки и дополнительным затратам материалов.

5. Производственная мощность

Литье металла под давлением подходит для продукции с годовым спросом от тысяч до миллионов, обеспечивая экономичное и эффективное производство. Однако для мелкосерийной продукции клиентам, возможно, придется инвестировать в формы и инструменты, что может оказать определенное влияние на затраты.

6. Выбор нескольких материалов

Литье металла под давлением, как многофункциональный процесс, позволяет обрабатывать различные металлические материалы, включая ферросплавы, суперсплавы, титановые сплавы, медные сплавы и т. д. Хотя сплавы цветных металлов, такие как алюминий и медь, также технически осуществимы, другие более экономичные методы обработки, такие как литье под давлением or CNC-обработка обычно выбираются.

Каковы недостатки литья под давлением?

К недостаткам литья металла под давлением в основном можно отнести следующие моменты:

• 1. Высокая стоимость: металл стоимость литья под давлением высока, поскольку требует более высоких затрат на оборудование и пресс-формы, а также более высоких затрат на сырье, что приводит к относительно высоким производственным затратам.
• 2. Высокая сложность процесса: литье под давлением металла требует точного контроля параметров процесса, таких как температура, давление и время, в противном случае возникают такие проблемы, как недостаточное заполнение, переполнение и деформация, что требует высоких требований к процессу.
• 3. Ограниченная область применения: литье под давлением металла подходит для производства металлических деталей небольших размеров и сложной формы. Для больших или простых металлических деталей более подходящими могут быть традиционные методы обработки металла.

Применение литья металлов под давлением

Литье металлов под давлением подходит для применений, требующих высокой точности, формы и свойств материала, таких как:

• Автомобильная промышленность: Литье металла под давлением можно использовать для производства деталей автомобильных двигателей, деталей трансмиссии, впускных коллекторов и т. д. Эти детали должны обладать высокой точностью, высокой прочностью и устойчивостью к высоким температурам.
• Индустрия медицинского оборудования: Литье металла под давлением можно использовать для производства прецизионных деталей медицинских устройств, таких как зубные имплантаты, хирургические инструменты и т. д. Эти детали должны иметь высокую точность, нетоксичность и стерильность.
• Аэрокосмическая область: Литье металла под давлением может использоваться для производства компонентов самолетов, деталей ракетных двигателей и т. д. Эти детали должны иметь высокую прочность, высокую точность и легкий вес.
• Электронная промышленность: Литье металла под давлением можно использовать для производства прецизионных деталей электронных изделий, таких как мобильные телефоны, планшеты и т. д., таких как кронштейны для камер, антенны и т. д. Эти детали должны иметь высокую точность и легкий вес.

В чем разница между литьем металла под давлением и литьем пластмасс под давлением?

Литье металла под давлением и литье пластмасс под давлением — это два разных процесса, и основное различие между ними заключается в используемых материалах и процессе.

• Выбор материала: При литье металла под давлением в основном используются металлический порошок или металлические сплавы, такие как алюминиевый сплав, магниевый сплав, сплав цинка, медный сплав и т. д., и обрабатываются методом литья под давлением при высокой температуре и высоком давлении. При литье пластмасс под давлением в основном используются различные пластмассовые материалы, такие как АБС, ПК, ПОМ, ПВХ и т. д.
• Процесс литья под давлением: При литье металлов под давлением обычно используется технология литья под давлением, которая требует более высокого давления впрыска и более длительного времени впрыска. С другой стороны, при литье пластмасс под давлением используется процесс компрессионного формования, который требует более короткого времени процесса и более низкого технологического давления.
• Применение продукта: Детали, изготовленные методом литья под давлением металла, обладают характеристиками высокой плотности, высокой точности и высокой прочности, которые подходят для изготовления деталей сложной формы, особенно некоторых деталей, которые трудно обрабатывать механической обработкой и другими технологическими методами. Литье пластмасс под давлением имеет более широкий спектр применения и может использоваться для изготовления деталей различных форм и размеров.

Подходит ли литье металла под давлением для прототипирования?

Литье под давлением металла (MIM), как правило, не подходит для прототипирования из-за высоких затрат на оснастку, что делает его экономически непрактичным. Для прототипирования более подходящими являются такие методы, как струйная обработка металлического связующего или прямое лазерное спекание металла (DMLS). Эти методы идеально подходят для создания прототипов, поскольку в них используются материалы производственного класса, гарантирующие, что прототип точно имитирует свойства и характеристики конечного продукта.

Точность литья металла под давлением

Литье металлов под давлением (MIM) известно своей высокой точностью: допуски на размеры составляют от +/- 0.3% до 0.5%, или 0.01–0.001 мм. Этот уровень точности превосходит другие методы производства, такие как литье под давлением, которое часто требует последующей обработки для соответствия требованиям к размерам и качеству поверхности. Однако на точность MIM могут влиять размеры деталей и используемый металлический порошок. Более крупные детали имеют тенденцию к большей усадке во время спекания, что приводит к большей изменчивости. Кроме того, более крупные металлические частицы могут привести к повышенной усадке, влияя на общую точность конечного продукта.

Разница между литьем металла под давлением и литьем под давлением

Особенность	Литье под давлением металла (MIM)	Литье под давлением
Материалы	Металлические порошки, смешанные со связующим	Расплавленный металл
Разработка	Литье под давлением, удаление связующих, спекание	Впрыск в формы под высоким давлением
точность	+/- 0.3–0.5% (0.01–0.001 мм)	Требуется постобработка для обеспечения точности.
Стоимость инструмента	Высокий	От среднего до высокого
Объем производства	Подходит для больших объемов	Подходит для средних и больших объемов
Сложность детали	Отлично подходит для сложной геометрии.	Хорошо, но с ограничениями
Ограничения по размеру	Лучше всего подходит для деталей малого и среднего размера.	Может обрабатывать более крупные детали
Чистота поверхности	В целом гладкая, требует незначительной отделки.	Варьируется, часто требует дополнительной отделки
Диапазон материалов	Широкий ассортимент металлических сплавов.	Обычно цветные металлы, такие как алюминий, цинк.
Скорость производства	Умеренная	Высокий
Пригодность прототипа	Нерентабельно для прототипирования	Более целесообразно для прототипирования
усадка	Значительный, управляемый во время спекания	Минимальный, управляемый во время охлаждения
Приложения	Автомобильная, аэрокосмическая, медицинская, электронная промышленность	Автомобилестроение, потребительские товары, электроника

Вывод

В целом, технология литья металлов под давлением стала одной из самых популярных передовых производственных технологий в современной обрабатывающей промышленности благодаря своей гибкости, высокой точности, экономичности и пригодности для различных металлических материалов. Полностью используя этот процесс, производители могут добиться более сложного, точного и экономичного производства металлических компонентов, стимулируя постоянные инновации и разработки в области проектирования и производства продукции.

FAQ