Hem tingut clients que ens han vingut amb projectes d'eines MIM després de cremar-se en un altre lloc. Un proveïdor d'automòbils va passar vuit mesos desenvolupant un component d'engranatge amb un venedor que no entenia la compensació de la contracció de sinterització. L'eina va produir peces de 0,4 mm de mida inferior a cada dimensió crítica. Van haver de començar de nou. Aquesta experiència ens va ensenyar que la majoria de fallades de PM es remunten a fonaments que algú va passar per alt o que suposaria que resoldria.
Com funciona
Per a la premsa convencional-i-sinteritzat PM, esteu tractant amb pols d'uns 50 micres. Prou gruixut per veure si mireu bé. Les premses hidràuliques apliquen 150-700 MPa per compactar aquesta pols en matrius rígides. El que surt s'anomena compacte "verd". Manté la forma mitjançant l'enclavament mecànic, però encara no té força real. La densitat se situa entre el 60 i el 90% de la teòrica.
La sinterització es produeix en forns d'atmosfera controlada. Els materials-a base de ferro funcionen al voltant de 1.120 graus . Els acers inoxidables necessiten temperatures més altes, normalment entre 1.250 i 1.400 graus. Durant aquesta etapa, els àtoms es difonen a través dels límits de partícules. La peça es densifica i es redueix lleugerament, normalment entre un 0,1 i un 0,3%.
MIM és un animal diferent.
La pols és molt més fina, al voltant de 8 micres, barrejada amb aglutinants de polímers per crear una matèria primera que es comporta com un plàstic durant la injecció. Aquesta matèria primera s'injecta en motlles a 50-200 MPa. Després de l'emmotllament, s'elimina l'aglutinant mitjançant processos tèrmics o dissolvents, i després sinteritza. La contracció durant la sinterització MIM és del 15-20%. Trobeu això al vostre disseny d'eines i teniu ferralla.
Una cosa que sorprèn els equips d'adquisició: la pols MIM costa 3-5 vegades la pols PM convencional. Els processos d'atomització de gas i de descomposició de carbonil necessaris per a les partícules esfèriques fines són cars. Aquest cost apareix a cada pressupost, i alguns proveïdors no expliquen per què els seus pressupostos MIM són molt més alts que les alternatives de premsa-i sinterització per a peces aparentment similars.
MIM vs. Premsa-i-Sinter
| PM convencional | MIM | |
|---|---|---|
| Pes de la part | 0,68 g a 6,8 kg | Menys de 50 g típic, 150 g màxim |
| Densitat | 85-92% | 95-99% |
| La paret més fina | Al voltant de 2 mm | 0,3 mm possible |
| Tolerància | ±0.3-0.5% | ±0,3% o millor |
| Geometria | Majoritàriament 2D | Sotavalls, fils,{0}}forats transversals |
| Eines | $2,000-$10,000 | $10,000-$50,000 |
| Desnivell{0}}de volum | 5.000/any | 10.000/any |
La limitació del PM convencional prové de la direcció de pressió. Esteu aplicant força axial, de manera que les característiques perpendiculars a aquest eix són difícils. Fils interns? No passa. Els-forats creuats requereixen un mecanitzat secundari.
MIM elimina aquestes restriccions però n'afegeix de noves. Les peces de més de 150 g es troben amb reptes de desvinculació. La variació del gruix de la paret més enllà del ±40-60% provoca una deformació que és gairebé impossible de fixar durant la sinterització.
Un client ens va preguntar l'any passat sobre una peça MIM de 200 g amb una relació de gruix de paret de 4:1. Els vam dir que no funcionaria. De totes maneres, van anar a un altre proveïdor, van gastar 45.000 dòlars en eines i van tornar sis mesos després després de descartar el projecte. Algunes geometries simplement no s'ajusten a MIM independentment del que promet un equip de vendes famolenc.
Contra altres mètodes de fabricació
El PM guanya en la utilització del material. Esteu utilitzant el 95-97% del material d'entrada. El mecanitzat CNC converteix potser la meitat del vostre estoc en xips.
Un engranatge de la bomba d'oli de vehicles comercials que vam citar contra el mecanitzat va suposar el 32% del cost mecanitzat. L'estalvi del 68% prové gairebé íntegrament de material i temps de cicle.
Però el mecanitzat té avantatges que PM no pot tocar. Les toleràncies de ±0,01 mm són habituals. Qualsevol material que vulguis. Prototip de quantitats que tinguin sentit econòmic. Per sota d'unes 1.000 unitats anuals, les matemàtiques solen afavorir el mecanitzat fins i tot per a geometries que PM maneja bé.
La fosa a pressió guanya per a peces senzilles més grans on les unitats de temps de cicle costen. PM ofereix un millor control microestructural i porositat intencionada quan la necessiteu per a coixinets o filtres.
La forja produeix peces més resistents. Al voltant d'un 26% més de resistència a la tracció per a aliatges equivalents, porositat gairebé -zero, alineació del flux de gra que millora la vida útil a la fatiga. Hem vist que els clients especifiquen PM per a aplicacions que realment necessitaven forjar, i després s'ocupen de fallades de camp.
Sobre propietats mecàniques: l'acer PM arriba a una tensió de 900 MPa com a-sinteritzat, 1.200 MPa després del tractament tèrmic. El MIM 316L al 97% de densitat funciona de 520-650 MPa amb un 35-50% d'allargament. Prop de propietats forjades però no idèntiques.
Aplicacions
Els components de transmissió d'automòbils dominen el volum de PM. GKN subministra peces per a transmissions Ford F-150 10-velocitat i GM 9-velocitat. MPIF documenta més de 750 aplicacions d'automoció PM (mpif.org). El contingut de PM per vehicle és d'uns 25 kg per als camions, i baixa a uns 2,3 kg per als vehicles elèctrics de bateria a mesura que es simplifiquen les transmissions.
Els dispositius mèdics afavoreixen el MIM. Les mordasses de grapadora quirúrgica fabricades com a components MIM d'una-peça han substituït els conjunts que solien requerir 12 peces mecanitzades.
L'electrònica de consum va impulsar el creixement del volum de MIM durant l'última dècada. El connector Lightning d'Apple va executar la producció de MIM a desenes de milions setmanals. La frontissa OPPO Find N2 Flip té 136 parts, moltes MIM.
Aeroespacial utilitza PM per a aplicacions extremes. La fabricació additiva-a base de pols de GE per a broquets de combustible aconsegueix una reducció de pes del 25%. Els discos de turbina de Rolls-Royce utilitzen superaliatges PM per a components rotatius crítics-de vol.
El que fa que la gent s'alça
Vam tenir un maquinista que ens va trucar després que la seva botiga tingués problemes amb una peça PM durant tres setmanes. Ho va descriure com "mecanitzar l'abrasió pura". La peça es va provar amb una duresa raonable, però es va menjar amb eines estàndard. Resulta que el PM pot contenir partícules molt dures disperses a la matriu que les proves de duresa a granel no revelen.
La seva solució: aixetes recobertes de TiN-, sense refrigerant. Els xips secs no s'adhereixen a la porositat. Feia vint anys que portava peces de PM d'aquesta manera amb resultats consistents.
Pel que fa al control de qualitat, hi ha un debat en curs a les indústries que utilitzen MIM àmpliament. Un maquinista amb qui vam parlar per dir-ho sense embuts: el procés funciona bé, però la qualitat depèn completament de la botiga que l'executi. Els bons proveïdors produeixen peces consistents. Els mals proveïdors s'amaguen darrere de la "variabilitat inherent" com a excusa.
Hem vist aquesta jugada. Un client va canviar de proveïdor de MIM per estalviar un 12% per peça. La taxa de rebuig va passar del 0,3% al 4,2%. L'estalvi va desaparèixer en costos de classificació i retards de producció.
Quan avalueu els proveïdors de MIM, demaneu dades de Cpk sobre dimensions crítiques. Pregunteu sobre la-vigilància del procés. Verifiqueu que les certificacions coincideixen amb el vostre sector. IATF 16949 per a automoció. AS9100D per a aeroespacial. ISO 13485 per a la medicina.
Especificacions de contractació
Els terminis de lliurament són de 6 a 12 setmanes per a eines. Afegiu 1-2 setmanes per PPAP en treballs d'automoció. Els primers articles necessiten entre 8 i 14 setmanes des del llançament del disseny. Comandes repetides: 4-8 setmanes MIM, 2-4 setmanes per a peces PM establertes.
Les restriccions de disseny són importants. El gruix de la paret MIM funciona millor a 1,0-3,0 mm. Mínim 0,5 mm, màxim al voltant de 12,5 mm. Mantenir les variacions dins del ±40-60%. Les cantonades necessiten un radi de 0,5 mm per al flux de pols.
Per què estem escrivint això
Construïmmotlles d'injecció. Les eines MIM es troben dins d'aquesta capacitat, i els requisits de precisió reflecteixen el que gestionem per a aplicacions exigents d'injecció de plàstic. Quan els clients pregunten si el MIM té sentit per a la seva geometria, passem per les mateixes consideracions que es tracten aquí.
Hem rebutjat projectes que no encaixaven amb la tecnologia. Preferim perdre un pressupost que veure com un client gasta sis xifres en eines que no poden produir peces acceptables.
Si esteu avaluant PM per a una aplicació, revisarem el vostre disseny abans de comprometreu-vos amb les eines. Sense càrrec per l'avaluació de viabilitat. La conversa sol durar trenta minuts i tracta si la geometria funciona, quines toleràncies són realistes i si el volum justifica la inversió.
Referències tècniques: MPIF (mpif.org), Mordor Intelligence (mordorintelligence.com)