Различия между литьем под давлением металлических порошков (MIM) и обработкой с ЧПУ
Существует два широко используемых метода изготовления металлических деталей: MIM (литье под давлением металла) и обработка на станке с ЧПУ. Такие отрасли, как медицина, автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и электроника, полагаются на эти два метода. Принципы разные, и приложения тоже очень разные. Выбор правильного процесса действительно имеет решающее значение при производстве продукции.
Начнем с MIM (литье под давлением металлов). Проще говоря, он сочетает в себе литье пластмасс под давлением и порошковую металлургию, специально для изготовления небольших и сложных металлических деталей. Этот процесс включает в себя смешивание металлического порошка со связующим для формирования материала, а затем впрыскивание его в форму для придания ему формы. Затем связующее удаляется путем нагревания и, наконец, материал спекается, в результате чего получается плотная металлическая деталь. Можно использовать многие материалы, включая нержавеющую сталь, низколегированную сталь, инструментальную сталь и титановые сплавы. Размер порошка обычно составляет от 5 до 20 микрометров, а содержание металла в сырье составляет от 65% до 72%, главным образом для обеспечения хорошего формования, не делая его слишком хрупким. MIM обычно используется для небольших, сложных деталей и в крупносерийном-производстве.
Еще есть обработка на станках с ЧПУ, с которой большинство людей более знакомы. В нем используется машина,-управляемая компьютером, которая разрезает материалы, постепенно придавая цельному куску материала желаемую форму. Его можно использовать с металлами, пластмассами и деревом, обеспечивая высокую точность и повторяемость. Он широко используется в таких требовательных областях, как аэрокосмическая, автомобильная и медицинская.
Самая большая разница между ними заключается в том, что MIM — это аддитивное производство, при котором материалы создаются постепенно; ЧПУ — это субтрактивное производство, при котором материалы вырезаются постепенно. Это совершенно противоположные подходы.
Затраты также разные. Пресс-формы MIM на ранних стадиях стоят дорого, но стоимость единицы снижается по мере увеличения объема, особенно для сложных деталей, с которыми ЧПУ не может сравниться. С ЧПУ все наоборот: оно экономически-эффективно для небольших партий простых деталей, но чем сложнее деталь, тем больше времени и денег требует ЧПУ, а стоимость не сильно снижается даже при больших объемах.
Модификации конструкции еще сложнее. Изменение конструкции станка MIM (механического производства) в основном требует перепроектирования пресс-формы, что является дорогостоящим и-отнимающим много времени. ЧПУ (компьютерное числовое управление) требует лишь изменения программы, и ее можно изменять по своему усмотрению, что делает ее гораздо более гибкой.
Модификации конструкции еще сложнее. Изменение конструкции станка MIM (механического производства) в основном требует перепроектирования пресс-формы, что является дорогостоящим и-отнимающим много времени. ЧПУ (компьютерное числовое управление) требует лишь изменения программы, и ее можно изменять по своему усмотрению, что делает ее гораздо более гибкой.
К преимуществам MIM относятся почти полное отсутствие отходов, низкое внутреннее напряжение, меньшая подверженность деформации и быстрое наращивание производства-с помощью одной формы, способной производить большое количество деталей. Однако очевидны и недостатки: спекание может повлиять на свойства материала и вызвать деформацию; сырье имеет срок годности; а выбор материалов менее обширен, чем при обработке на станке с ЧПУ, что делает его пригодным только для мелко- и среднесерийного производства мелких деталей.
Преимуществами обработки с ЧПУ являются высокая точность, гибкий выбор материалов, быстрое мелкосерийное-производство и простота модификации. Недостатками являются более высокие отходы, более высокая стоимость сложных деталей, необходимость дополнительных станков для производства больших-объемов и внутренние напряжения во время резки, которые со временем могут привести к деформации.
Что касается материалов, MIM может использовать нержавеющую сталь, инструментальную сталь, титан, кобальт-хром, жаропрочные-сплавы, углеродистую сталь, никелевые сплавы и вольфрамовые сплавы, главным образом в виде порошка. ЧПУ еще более универсален: он способен использовать практически все материалы, такие как алюминий, титан, медь, нержавеющая сталь и легированная сталь, а также напрямую использовать твердые материалы.
Когда следует выбирать MIM (механическое производство)? Когда объем большой, детали мелкие (желательно до 40 грамм, не более 100 грамм), конструкция сложная, требования по допускам не на пределе, конструкция не будет изменена, хочется сэкономить материалы и минимизировать вторичную обработку.
Когда выбирать ЧПУ? Небольшие партии, чрезвычайно высокая точность, крупные детали, высокие нагрузки, специальные материалы, частые изменения конструкции и исключительно стабильная работа.
Контроль качества MIM также очень важен. Сырье и связующие материалы должны быть проверены при поступлении на завод. После формовки необходимо измерить размер сырца, а также проверить плотность и работоспособность. После спекания также необходимо проверить размер, допуск, поверхность и характеристики. Статистический контроль процесса используется для контроля за ним и сокращения брака.
В целом MIM подходит для сложных,-объемных и недорогих приложений; ЧПУ подходит для высокой точности, гибкости и широкого спектра материалов. Не существует единственного лучшего варианта; Выбор зависит от размера, конструкции, объема, требований к точности и бюджета ваших деталей. Выбор правильного варианта является наиболее экономически-эффективным.
Практическое применение литья порошков под давлением в различных областях.
|
Серийный номер |
Области применения |
Порошковые изделия для литья под давлением |
|
1 |
Электронные коммуникации |
Слот для SIM-карты, вибратор, компоненты дисковода, кабельные разъемы, корпуса электронных ламп, компьютерные печатающие головки, электронные пакеты, материалы радиатора |
|
2 |
Автомобильная промышленность |
Компоненты замка зажигания, ротор турбокомпрессора, компоненты направляющих клапанов, компоненты автомобильной тормозной системы, компоненты автомобильной солнцезащитной шторки |
|
3 |
Медицинские приборы |
Ортодонтические брекеты, иглы для внутренних швов, щипцы для биопсии, радиационная защита. |
|
4 |
МРТИКЛЫ для ежедневного использования |
Корпуса часов, ремешки для часов, пряжки для часов, головки и футболки для клюшек для гольфа, пряжки для спортивной обуви, детали спортивного огнестрельного оружия, пробойники для переплета документов, небольшие детали для очков, предохранители и парикмахерские ножницы. |
|
5 |
Машиностроение |
Нестандартные фрезы, режущие инструменты, микрошестерни и мелкие механические детали, челноки текстильных машин. |
|
6 |
Оружие и снаряжение |
Ротор мины, спусковой крючок, сердечник бронебойного-снаряда, основание мушки, кассетные дротики для стрел |
|
7 |
Аэрокосмическая промышленность |
Петли крыльев самолетов, сопла ракет, хвостовые оперения ракет, керамические сердечники лопаток турбин. |
Типичные применения MIM (механическое производство) для прецизионных автомобильных компонентов
Шестерни (силовые/трансмиссионные системы)
Сценарии применения
Шестерня газораспределительного механизма двигателя, шестерня масляного/водяного насоса, ступица синхронизатора коробки передач, шестерня привода.
Материал
Сталь из сплава Fe-Ni, нержавеющая сталь 420, 17-4PH (высокая прочность/износостойкость).
Ключевое значение
Сложные профили зубьев и встроенная ступица/шпоночная канавка сокращают количество операций обработки.
Плотность не менее 7,6 г/см³, твердость поверхности зубьев HRC 40–50, износостойкость-и усталостная-стойкость.
Массовое производство (годовая мощность больше или равна 100 000 единиц) стоит на 30-50% меньше, чем механическая обработка.
Автомобильная МИМ-передача
Корпус датчика (электронная система управления)
Сценарии применения
Датчик ABS, датчик температуры/давления, корпус и основание датчика положения дроссельной заслонки.
Материал
Нержавеющая сталь 304/316 (устойчивая к коррозии), алюминиевый сплав (легкий).
Ключевое значение
Тонкостенные-стенки (0,5–1,5 мм) + встроенный уплотнительный паз/монтажное отверстие, уровень защиты IP67+.
Он обладает хорошими свойствами электромагнитного экранирования, что делает его пригодным для защиты от-помех автомобильной электроники.
Высокая стабильность размеров, подходит для автоматизированных сборочных линий.
Компоненты топливной форсунки (топливная система)
Сценарии применения
Корпус клапана бензиновой/дизельной форсунки, седло игольчатого клапана, кольцо регулирования расхода, узел масляной камеры высокого-давления.
Материал
Жаропрочные-сплавы (например, Inconel 718), нержавеющая сталь 440C (устойчивая к высоким температурам, высокому давлению и коррозии).
Ключевое значение
Микро-тонкий путь потока (φ0,1~0,5 мм) + поверхность уплотнения для высокого-давления выполнены в виде одной детали и рассчитаны на условия высокого-давления 200–300 бар.
Он устойчив к высоким температурам (-40–150 градусов), коррозии топлива и имеет высокую долгосрочную надежность.
Он заменяет прецизионную обработку, решает проблему обработки маленьких/глубоких отверстий и повышает производительность до 95 %.+.
Компоненты автомобильных топливных форсунок MIM
Другие прецизионные компоненты
Турбокомпрессор
Небольшое рабочее колесо, регулировочное кольцо, теплозащитный экран (жаропрочный сплав, легкий вес и устойчивость к высоким температурам).
Коробка передач
Вилки переключения передач, ползуны и направляющие блоки (сложная конструкция + износостойкость-, заменяющие ковку/механическую обработку).
Тормозная система
Сердечник приводного клапана ABS, пропорциональный клапан в сборе (высокая точность + надежное уплотнение).
MIM превратилась из «необязательной» в «предпочтительную» технологию в области прецизионных автомобильных деталей, особенно для небольших и сложных компонентов, таких как шестерни, корпуса датчиков и детали топливных форсунок. Он сочетает в себе производительность, точность, стоимость и легкий вес, что делает его ключевой производственной технологией для высокотехнологичных-разработок и новой энергетической трансформации автомобилей.
