Литье металлов под давлением (MIM) — это прецизионный производственный процесс, сочетающий литье пластмасс под давлением с порошковой металлургией. Он позволяет производить небольшие, сложные и высокопрочные детали с плотностью, близкой к деформируемой, и превосходным качеством поверхности.
Технология MIM обладает очевидными преимуществами, такими как свобода проектирования, эффективное использование материалов и экономичность при крупносерийном производстве. Однако у неё есть и недостатки, включая высокую стоимость инструмента, ограничения по размерам и сложность процесса.
Содержание:
Что такое процесс литья металла под давлением?
The процесс литья металла под давлением осуществляется в четыре основных этапа:
Смешивание порошка
Ультратонкие металлические порошки, обычно менее 20 мкм, смешиваются с термопластичными и восковыми связующими. Смесь содержит около 60% металла и 40% связующего по объёму. Смесь перемешивается до однородной консистенции, а затем гранулируется. Это обеспечивает равномерную текучесть исходного сырья во время формования.
Литье под давлением
Исходный материал нагревается и впрыскивается под высоким давлением в полость прецизионной пресс-формы, формируя сырую деталь. На этом этапе деталь имеет заданную геометрию, но не обладает структурной целостностью.
Снятие привязки
Связующее вещество частично или полностью удаляется с помощью растворителя, каталитического или термического удаления связующего. В результате получается хрупкая коричневая деталь с контролируемой пористостью, позволяющей газам выходить во время спекания.
Спекание
Затем коричневую деталь помещают в высокотемпературную печь с контролируемой атмосферой. На этом этапе оставшееся связующее вещество выгорает. Металлические частицы соединяются посредством твердофазной диффузии. Деталь уплотняется примерно до 95–99% от теоретической плотности. Готовая деталь обладает прочностью и вязкостью, сопоставимыми с деформируемыми сплавами. Она также обеспечивает высокую точность размеров и чистую поверхность.
Преимущества литья металлов под давлением
Гибкость дизайна и миниатюризация
- Технология MIM обеспечивает гибкость проектирования за счет свободы создания и изготовления сложных и замысловатых форм.
- Это устраняет необходимость в таких процессах сборки, как соединение или сварка, поскольку дает возможность объединять сборки составного компонента в единую деталь.
- Литье металла под давлением идеально подходит для миниатюризации, поскольку хорошо подходит для производства небольших деталей, требующих точности.
Использование материалов
- Мета-литье под давлением минимизирует отходы, используя до 95% материала.
- Он экономически эффективен, особенно при работе с экзотическими материалами, такими как титановые сплавы, суперсплавы или тугоплавкие металлы, благодаря высокому уровню использования материала.
Плотность и механические характеристики
Детали для литья металла под давлением Плотность сплавов достигает около 98%, что близко к плотности деформируемых сплавов. Высокая плотность повышает усталостную прочность, твёрдость и долговечность, делая их надёжными для применения в сложных условиях.
Экономическая эффективность при крупносерийном производстве
Литье металлов под давлением хорошо подходит для массового производства деталей, форма которых близка к заданной. Это снижает затраты за счёт минимизации вторичной и постобработки. Процесс легко адаптируется к автоматизации, обеспечивает повторяемость и стабильное качество при крупносерийном производстве.
Качество поверхности и точность размеров
Литье металлов под давлением позволяет получать детали с шероховатостью поверхности, достигающей Ra 0.8 мкм. Этот метод идеально подходит для производства изделий с высокими требованиями к внешнему виду, таких как складные петли для мобильных телефонов и кронштейны для камер.
Недостатки литья металлов под давлением
Высокие первоначальные затраты и инвестиции в инструментарий
Литье металлов под давлением требует значительных первоначальных затрат на пресс-формы и специализированное оборудование. Изготовление оснастки сложно и дорого, что делает процесс капиталоёмким на начальном этапе. Для достижения экономической эффективности эти затраты необходимо распределить между большими объёмами производства.
Ограничения по размеру
Литье металлов под давлением ограничено вместимостью пресс-формы и печи, поэтому оно лучше всего подходит для деталей небольшого и среднего размера, обычно весом менее 100 граммов. Более крупные детали требуют более длительных циклов обработки, что повышает производственные затраты и снижает эффективность.
Ограничения по материалам
Выбор материалов, которые можно использовать для литья металлов под давлением, ограничен, поскольку не все металлы подходят для этого метода производства.
Усадка при спекании
Детали из MIM-пластика дают усадку примерно на 15–20% во время спекания. Это уплотняет материал, но также затрудняет обеспечение точности размеров. Без надлежащего завышения размеров пресс-формы и контроля процесса готовые детали могут иметь разброс размеров или выходить за пределы допусков.
MIM против других методов производства
| Особенности | Литье под давлением металла (MIM) | Обработка CNC | Аддитивное производство (3D-печать) | Кастинг |
|---|---|---|---|---|
| Материальные отходы | Очень низкий (близкая к чистой форма, высокий уровень использования материала) | Высокий (субтрактивный процесс) | Низкий, но вспомогательные конструкции увеличивают отходы | Высокий (литники, подступенки, излишки металла удалены) |
| Форма, близкая к чистой | Превосходная точность размеров | Высокая точность, но вычитание | Достигнуто, но ограничено разрешением слоя | Требуется механическая обработка/отделка |
| Крупносерийное производство | Очень удобно и экономично | Не подходит; дорого и требует много времени | Не подходит; высокая стоимость и ограниченная масштабируемость | Подходит и экономически эффективен при масштабировании |
| Мелкосерийное производство | Не идеально; стоимость инструмента слишком высока | Подходящий и эффективный | Подходит для прототипов и малых тиражей | Возможно, но менее экономично для очень малых тиражей |
| Соответствие размера детали | Лучше всего подходит для небольших компонентов (обычно <100 г) | Гибкость как для мелких, так и для крупных деталей | Ограничено объемом производства машины | Широко используется для крупных деталей |
| Сложная геометрия | Отлично; поддерживает сложные конструкции | Возможно, но дорого | Отлично; исключительная свобода дизайна | Ограничено; сложность увеличивает стоимость/дефекты |
| Свободная свобода | Очень высоко | Средняя | Очень высокая | Ограниченный |
| Чистота поверхности | Отлично; минимальная постобработка | Превосходная; точная обработка | Переменная; может потребоваться доработка | Умеренная; часто требует механической обработки |