Měli jsme zákazníky, kteří k nám přišli s projekty nástrojů MIM poté, co se spálili jinde. Jeden dodavatel automobilového průmyslu strávil osm měsíců vývojem součásti ozubeného kola s prodejcem, který nerozuměl kompenzaci smrštění při slinování. Nástroje vyráběly díly o 0,4 mm poddimenzované v každém kritickém rozměru. Museli začít znovu. Tato zkušenost nás naučila, že většina selhání PM má původ v základech, které někdo přehlédl nebo předpokládal, že se vyřeší.
Jak to funguje
U konvenčních lisovacích-a-sintrových PM máte co do činění s práškem kolem 50 mikronů. Dost hrubé, abyste viděli, když se podíváte zblízka. Hydraulické lisy aplikují 150-700 MPa ke zhutnění tohoto prášku v pevných matricích. To, co vyjde, se nazývá „zelený“ kompakt. Drží tvar díky mechanickému blokování, ale zatím nemá skutečnou pevnost. Hustota je někde mezi 60-90% teoretické.
Slinování probíhá v pecích s řízenou atmosférou. Materiály na bázi železa-se pohybují kolem 1 120 stupňů . Nerezové oceli potřebují vyšší teploty, typicky 1250-1400 stupňů. Během této fáze atomy difundují přes hranice částic. Část zhušťuje a mírně se smršťuje, obvykle 0,1-0,3 %.
MIM je jiné zvíře.
Prášek je mnohem jemnější, kolem 8 mikronů, smíchaný s polymerními pojivy, aby vznikla surovina, která se při vstřikování chová jako plast. Tato surovina se vstřikuje do forem při 50-200 MPa. Po formování odstraníte pojivo tepelným nebo rozpouštědlovým procesem a poté spékáte. Smrštění při MIM slinování je 15-20%. Chybí vám to ve vašem návrhu nástrojů a máte šrot.
Jedna věc, která překvapuje nákupní týmy: MIM prášek stojí 3-5násobek běžného prášku PM. Procesy atomizace plynu a rozkladu karbonylu potřebné pro jemné kulovité částice jsou drahé. Tyto náklady se objevují v každé cenové nabídce a někteří dodavatelé nevysvětlují, proč jsou jejich ceny MIM mnohem vyšší než alternativy lisování{4}}a sintrování u zdánlivě podobných dílů.
MIM vs. Press-a-Sinter
| Konvenční PM | MIM | |
|---|---|---|
| Hmotnost dílu | 0,68 g až 6,8 kg | Typická pod 50 g, max. 150 g |
| Hustota | 85-92% | 95-99% |
| Nejtenčí stěna | Kolem 2 mm | 0,3 mm možné |
| Tolerance | ±0.3-0.5% | ±0,3 % nebo lepší |
| Geometrie | Většinou 2D | Podříznutí, závity, příčné-díry |
| Nástroje | $2,000-$10,000 | $10,000-$50,000 |
| Rovnoměrná-hlasitost | 5000/rok | 10 000/rok |
Omezení konvenčního PM vychází ze směru lisování. Aplikujete axiální sílu, takže prvky kolmé k této ose jsou obtížné. Vnitřní závity? Neděje se. Křížové-otvory vyžadují sekundární obrábění.
MIM tato omezení odstraní, ale přidá nová. Díly nad 150 g se setkávají s problémy s odstraňováním pojiva. Změny tloušťky stěny nad ±40-60 % způsobují deformace, které je téměř nemožné odstranit během slinování.
Zákazník se nás loni zeptal na 200g MIM díl s poměrem tloušťky stěny 4:1. Řekli jsme jim, že to nebude fungovat. Stejně šli k jinému dodavateli, utratili 45 000 dolarů za nástroje a vrátili se o šest měsíců později po zrušení projektu. Některé geometrie prostě nevyhovují MIM bez ohledu na to, co slibuje hladový prodejní tým.
Proti jiným výrobním metodám
PM vítězí ve využití materiálu. Využíváte 95–97 % vstupního materiálu. CNC obrábění přemění možná polovinu vašich zásob na třísky.
Ozubené kolo olejového čerpadla užitkových vozidel, které jsme uvedli proti obrábění, přišlo na 32 % obrobených nákladů. Úspora 68 % pochází téměř výhradně z materiálu a doby cyklu.
Ale obrábění má výhody, kterých se PM nemůže dotknout. Tolerance ±0,01 mm jsou běžné. Jakýkoli materiál, který chcete. Prototypové množství, které dává ekonomický smysl. Pod asi 1000 jednotek ročně matematika obvykle upřednostňuje obrábění i pro geometrie, které PM dobře zvládá.
Tlakové lití vítězí u větších jednoduchých dílů, u nichž je doba cyklu vyšší. PM nabízí lepší mikrostrukturní kontrolu a záměrnou poréznost, když to potřebujete pro ložiska nebo filtry.
Kováním vznikají pevnější díly. Asi o 26 % vyšší pevnost v tahu u ekvivalentních slitin, téměř-nulová poréznost, vyrovnání toku zrn, které zlepšuje únavovou životnost. Viděli jsme zákazníky, kteří specifikovali PM pro aplikace, které skutečně potřebovaly kování, a pak se vypořádali s poruchami v terénu.
Mechanické vlastnosti: PM ocel dosahuje pevnosti v tahu 900 MPa jako-slinovaná, 1 200 MPa po tepelném zpracování. MIM 316L při 97% hustotě má 520-650 MPa s 35-50% prodloužením. Blízko tepaným vlastnostem, ale ne totožné.
Aplikace
V objemu PM dominují komponenty automobilové převodovky. GKN dodává díly pro převodovky Ford F-150 10-speed a GM 9-. MPIF dokumentuje více než 750 PM automobilových aplikací (mpif.org). Obsah pevných částic na vozidlo se pohybuje kolem 25 kg u nákladních vozidel a klesá na zhruba 2,3 kg u elektromobilů na baterie, protože převodovky se zjednodušují.
Lékařská zařízení upřednostňují MIM. Čelisti chirurgické sešívačky vyráběné jako jednodílné-komponenty MIM nahradily sestavy, které dříve vyžadovaly 12 obráběných dílů.
Spotřební elektronika řídila růst objemu MIM v posledním desetiletí. Apple Lightning konektor provozoval MIM produkci v desítkách milionů týdně. Závěs OPPO Find N2 Flip má 136 dílů, mnoho MIM.
Letectví používá PM pro extrémní aplikace. Výroba práškových-aditiv pro palivové trysky společnosti GE dosahuje 25% snížení hmotnosti. Turbínové disky v Rolls-Royce používají PM superslitiny pro let-kritické rotační součásti.
Co nakopne lidi
Nechali jsme si zavolat strojníka poté, co jeho obchod tři týdny zápasil s PM částí. Popsal to jako „obrábění čistého oděru“. Součást byla testována na přiměřenou tvrdost, ale prošla standardními nástroji. Ukázalo se, že PM mohou obsahovat velmi tvrdé částice rozptýlené v matrici, které testování objemové tvrdosti neodhalí.
Jeho řešení: kohoutky potažené TiN-, žádná chladicí kapalina. Suché třísky neulpívají na poréznosti. Takto provozoval PM díly dvacet let s konzistentními výsledky.
Pokud jde o kontrolu kvality, v odvětvích, která ve velké míře využívají MIM, probíhá diskuse. Jeden strojník, se kterým jsme mluvili, to řekl na rovinu: proces funguje dobře, ale kvalita zcela závisí na provozovně. Dobří dodavatelé vyrábějí konzistentní díly. Špatní dodavatelé se jako výmluva schovávají za „inherentní variabilitu“.
Viděli jsme to hrát. Zákazník změnil dodavatele MIM, aby ušetřil 12 % na kus. Míra odmítnutí se zvýšila z 0,3 % na 4,2 %. Úspory zmizely v nákladech na třídění a zpoždění výroby.
Při hodnocení dodavatelů MIM požádejte o údaje Cpk o kritických dimenzích. Zeptejte se na sledování procesu-. Ověřte, že certifikace odpovídají vašemu oboru. IATF 16949 pro automobilový průmysl. AS9100D pro letectví a kosmonautiku. ISO 13485 pro lékařství.
Specifika zadávání zakázek
Dodací lhůty pro nástroje jsou 6-12 týdnů. Přidejte 1-2 týdny pro PPAP na automobilovou práci. První články potřebují 8–14 týdnů od vydání návrhu. Opakované objednávky: 4-8 týdnů MIM, 2-4 týdny u zavedených dílů PM.
Na konstrukčních omezeních záleží. Tloušťka stěny MIM funguje nejlépe při 1,0-3,0 mm. Minimálně 0,5 mm, maximálně kolem 12,5 mm. Udržujte odchylky v rozmezí ±40-60 %. Rohy potřebují pro proudění prášku poloměr 0,5 mm.
Proč to píšeme
Stavímevstřikovací formy. Nástroje MIM spadají do této schopnosti a požadavky na přesnost odrážejí to, co řešíme pro náročné aplikace vstřikování plastů. Když se zákazníci ptají, zda má MIM smysl pro jejich geometrii, projdeme stejnými úvahami, které jsou popsány zde.
Odmítli jsme projekty, které nevyhovovaly technologii. Raději bychom přišli o nabídku, než abychom se dívali, jak zákazník utratí šest číslic za nástroje, které nemohou vyrábět přijatelné díly.
Pokud hodnotíte PM pro aplikaci, zkontrolujeme váš návrh, než se zavážete k nástroji. Bez poplatku za posouzení proveditelnosti. Rozhovor obvykle trvá třicet minut a týká se toho, zda geometrie funguje, jaké tolerance jsou reálné a zda objem odůvodňuje investici.
Technické reference: MPIF (mpif.org), Mordor Intelligence (mordorintelligence.com)