Vstřikování kovů
Vstřikování kovů (MIM) je proces kovoobrábění, při kterém se jemně práškový kov smíchá s pojivovým materiálem, čímž se vytvoří „surovina“, která se potom tvaruje a tuhne pomocí vstřikování . Proces formování umožňuje tvarovat velké objemy složitých dílů v jednom kroku. Po formování se součást podrobí kondicionačním operacím, aby se odstranilo pojivo (odmrazení) a zhušťovaly prášky. Hotové výrobky jsou malé komponenty používané v mnoha průmyslových odvětvích a aplikacích.
Chování suroviny MIM se řídí reologií , studiem kalů, suspenzí a jiných nenewtonských tekutin.
Vzhledem k současným omezením vybavení musí být výrobky formovány pomocí množství 100 gramů nebo méně na „výstřel“ do formy. Tato střela může být distribuována do více dutin, což činí MIM nákladově efektivní pro malé, složité produkty s velkým objemem, které by jinak byly nákladné vyrábět. Surovina MIM může být složena z velkého množství kovů, ale nejčastější jsou nerezové oceli, široce používané v práškové metalurgii . Po počátečním tváření je pojivo vstupní suroviny odstraněno a kovové částice jsou difúzně spojeny a zhutněny, aby se dosáhlo požadovaných pevnostních vlastností. Tato operace obvykle zmenšuje produkt o 15% v každé dimenzi.
Trh vstřikování kovů vstřikováním vzrostl z 9 milionů USD v roce 1986 na 382 milionů USD v roce 2004 na více než 1,5 miliardy USD v roce 2015. Související technologií je vstřikování keramických prášků, což vede k celkovému obratu přibližně 2 miliardy USD. Většina růstu v posledních letech byla v Asii.
Proces
Kroky procesu zahrnují kombinování kovových prášků s polymery, jako jsou vosk a polypropylenová pojiva, za vzniku směsi "suroviny", která je vstřikována jako kapalina do formy pomocí vstřikovacích lisů na plasty. Tvarovaná nebo „zelená část“ je ochlazena a vytlačena z formy. Dále se část pojivového materiálu odstraní pomocí rozpouštědla, tepelných pecí, katalytického procesu nebo kombinací metod. Výsledná, křehká a porézní (40 objemových procent "vzduch") je ve stavu zvaném "hnědá" fáze. Aby se zlepšila manipulace, často se odhrotování a slinování kombinují do jednoho procesu. Slinování zahřívá prášek na teploty blízké bodu tání v peci s ochrannou atmosférou, aby se částice zhustily pomocí kapilárních sil v procesu zvaném sintrování . Části MIM jsou často slinovány při teplotách, které jsou dostatečně vysoké, aby vyvolaly částečné tání v procesu nazývaném slinování v kapalné fázi. Například nerezová ocel může být zahřátá na 1350 až 1400 stupňů Celsia). Rychlosti difúze jsou vysoké, což vede k vysokému smrštění a zhutnění. Pokud se provádí ve vakuu, je běžné dosáhnout hustoty pevné látky 96–99%. Konečný kov má srovnatelné mechanické a fyzikální vlastnosti s žíhanými částmi vyrobenými klasickými způsoby zpracování kovů. Tepelné zpracování po slinování pro MIM je stejné jako u jiných výrobních postupů a s vysokou hustotou je komponenta MIM kompatibilní s úpravami kovů, jako je pokovování , pasivace , žíhání, karburizace, nitridace a kalení.
Aplikace
Okno ekonomické výhody u vstřikovaných kovových dílů spočívá ve složitosti a objemu malých dílů. Materiály MIM jsou srovnatelné s kovem vytvářeným konkurenčními metodami a finální produkty se používají v široké škále průmyslových, komerčních, lékařských, stomatologických, střelných zbraní, letectví a automobilového průmyslu . Rozměrové tolerance ± 0,3% jsou běžné a pro bližší tolerance se vyžaduje obrábění. MIM může vyrábět součásti, u kterých je obtížné nebo dokonce nemožné účinně vyrobit položku jinými způsoby výroby. V ideálním případě je nejlepší alespoň 75 rozměrových specifikací v komponentě s maximální velikostí pouhých 25 mm a hmotností 10 g - jak je například požadováno pro pouzdra na hodinky, zástrčky mobilních telefonů a závěsy přenosných počítačů. Zvýšené náklady na tradiční výrobní metody spojené se složitostí součástí, jako jsou vnitřní / vnější vlákna, miniaturizace nebo označení identity, obvykle nezvýší náklady v operaci MIM kvůli flexibilitě vstřikování.
Mezi další možnosti designu, které lze implementovat do operace MIM, patří kódy produktů, čísla dílů nebo razítka; součásti vyrobené na jejich čistou hmotnost, což snižuje materiálové odpady a náklady; Hustota regulovaná s přesností 95–98%; Sloučení součástí a složitých 3D geometrií.
Schopnost kombinovat několik operací do jednoho procesu zajišťuje, že MIM uspěje v úspoře dodacích lhůt a nákladů a poskytuje výrobcům značné výhody. Proces vstřikování kovu může být ekologickou technologií v důsledku významného snížení plýtvání ve srovnání s „tradičními“ výrobními metodami, jako je 5osé CNC obrábění. Některé starší operace však vytvářejí toxické emise, jako je formaldehyd, odstraňují chlorovaná rozpouštědla a musí spálit vosk nebo jiné polymery, což vede k emisím skleníkových plynů.
Při využití procesu MIM je k dispozici široká škála materiálů. Tradiční kovoobráběcí procesy často zahrnují značné množství materiálového odpadu, díky čemuž je MIM vysoce efektivní alternativou pro výrobu složitých součástí sestávajících z drahých / speciálních slitin ( kobalt-chrom , nerezová ocel 17-4 PH , slitiny titanu a karbidy wolframu ). MIM je životaschopnou možností, pokud jsou vyžadovány extrémně tenké stěny (tj. 100 mikrometrů). Navíc požadavky na stínění EMI ( elektromagnetické rušení ) představují jedinečné výzvy, kterých se úspěšně dosahuje použitím speciálních slitin.