Что такое усадка при литье под давлением металлов (MIM)?

Усадка MIM — это уменьшение размеров, которое происходит, когда формованная заготовка подвергается дебиндингу и спеканию в плотный металлический компонент. Это FAQ объясняет, как усадка влияет на литье под давлением металлов (оснастку, геометрию детали, выбор материала, контроль допусков, инспекцию и RFQ-решения для шестерен, кулачков, кронштейнов, замковых деталей, медицинского оборудования и малых прецизионных компонентов. Практическая проблема RFQ заключается в том, чтобы решить, можно ли масштабировать, поддерживать, спекать и инспектировать деталь заказчика с достаточным контролем размеров до изготовления производственной оснастки.

Что такое усадка MIM?

Усадка MIM — это разница между размером формованной детали и окончательным размером спеченной детали. В процессе MIM металлический порошок смешивается со связующим, формуется под давлением в «зеленую» деталь, затем связующее удаляется (дебиндинг), и деталь спекается в плотную металлическую деталь. Во время спекания частицы порошка соединяются, и деталь уменьшается в размерах.

Усадка сама по себе не является дефектом. Усадка — это запланированная часть процесса MIM. Полость формы проектируется больше, чем готовая деталь, чтобы спеченная деталь могла приблизиться к целевым размерам. Инженерный риск заключается в вариабельности: усадка должна быть предсказуемой для различных партий материала, толщины стенок, способа поддержки при спекании, ориентации детали и серий производства.

Когда происходит усадка в процессе MIM?

Большая часть уменьшения размеров происходит во время спекания, но более ранние этапы влияют на то, насколько равномерно происходит усадка. Постоянство сырья влияет на упаковку порошка. Формовка влияет на течение, следы от литников, линии спая, плотность «зеленой» детали и ориентацию. Дебиндинг влияет на поддержку и внутреннюю структуру перед спеканием. Спекание затем вызывает уплотнение.

Если плотность «зеленой» детали варьируется по ее объему, усадка также может варьироваться. Толстые участки, тонкие ребра, глухие отверстия, длинные тонкие стенки, поднутрения и асимметричная геометрия могут вызвать различия в усадке. Эти различия могут проявляться в виде коробления, овальности, изгиба, смещения отверстий или изменения профиля.

В RFQ заказчикам следует определить элементы, которые не могут смещаться после спекания: отверстия, зубья шестерен, базовые поверхности, лицевые поверхности замков, резьбу, уплотнительные поверхности и сопрягаемые профили. Для таких элементов может потребоваться компенсация в оснастке, стратегия поддержки или вторичная механическая обработка.

Какие факторы материала и геометрии влияют на усадку MIM?

Материал влияет на усадку, поскольку размер частиц порошка, форма частиц, химический состав сплава, система связующего, содержание порошка и поведение при спекании различаются в зависимости от семейства материалов. Нержавеющие стали, низколегированные стали, инструментальные стали, титановые сплавы, кобальтовые сплавы, вольфрамовые сплавы и магнитные сплавы могут требовать различных стратегий спекания и поддержки.

Геометрия влияет на усадку, потому что деталь не всегда уменьшается одинаково во всех направлениях. Изменения толщины стенок, большие плоские области, длинные тонкие участки, изолированные бобышки, глубокие пазы и неравномерное распределение массы могут увеличить размерный риск. Расположение литников, линии разъема, опорные поверхности и подставки для спекания также имеют значение.

Как усадка влияет на допуски и оснастку?

Форма должна компенсировать ожидаемую усадку. Если модель усадки неверна, спеченная деталь может не достичь целевых размеров, даже если процесс формования выглядит стабильным. Поэтому проверка оснастки включает масштабирование детали, положение литника, баланс стенок, опорные поверхности и ожидаемую вторичную механическую обработку.

Допуски должны назначаться по функциональному признаку. MIM может обеспечивать повторяемые размеры, если деталь спроектирована для данного процесса, но не каждый размер должен быть ужесточен одинаково. Критические отверстия, базовые поверхности, зубья шестерен, интерфейсы замков и уплотнительные поверхности могут потребовать более жесткого контроля, в то время как для некритических поверхностей можно допустить практичные поля допусков.

Заказчикам следует спрашивать, какие элементы предполагается получать в состоянии после спекания, а какие требуют механической обработки, калибровки, чеканки, шлифовки или контрольных приспособлений. Это различие важно для стоимости и времени выполнения.

Как Neway контролирует усадку MIM в производстве?

Neway контролирует усадку, рассматривая совместно материал, сырье, конструкцию формы, параметры процесса, дебиндинг, профиль спекания, поддержку, контроль и вторичные операции. Цель — построить воспроизводимое окно процесса для выбранного материала и геометрии.

Производственный контроль может включать проверку сырья, обслуживание формы, контроль «зеленых» деталей, контроль дебиндинга, контроль атмосферы спекания, конструкцию подставок, размерную выборку, контроль на КИМ, контроль калибрами и контроль первой детали. Для критических элементов Neway может рекомендовать вторичную механическую обработку или калибровку, а не полагаться только на геометрию после спекания.

Когда деталь переходит от прототипа к серийному производству, Neway использует утвержденные образцы и данные контроля, чтобы подтвердить, достаточно ли стабильна усадка для запланированного объема. Если нет, может потребоваться корректировка оснастки или изменение процесса до начала массового производства.

Какие детали RFQ помогают прогнозировать риск усадки MIM?

Полезный RFQ должен включать 3D-модели, 2D-чертежи, марку материала, годовой объем, критические размеры, толщину стенок, базовые поверхности, сопрягаемые детали, ожидаемую термообработку, обработку поверхности, обрабатываемые элементы, требования к допускам и методы контроля. Заказчикам также следует указать, изготавливалась ли деталь ранее с помощью механической обработки на станках с ЧПУ, литья, штамповки или другого процесса.

Neway может затем оценить, подходит ли деталь для MIM без вторичной обработки, MIM с вторичной механической обработкой или другого производственного маршрута. Контроль усадки наиболее силен, когда заказчик и поставщик согласовывают материал, геометрию, функцию, контроль и финишную обработку до изготовления формы.

Связанные вопросы

1. Как контролируются компоненты с жесткими допусками в процессе усадки MIM?

2. Какие факторы влияют на допуски деталей MIM?

3. Какие конструктивные факторы влияют на размерную точность прецизионных деталей MIM?

4. Какие допуски обычно могут обеспечить услуги по прецизионному литью под давлением металлов?

5. Какие соображения по оснастке важны для крупносерийного производства MIM?

6. Как услуги по индивидуальному MIM могут поддерживать постоянство деталей в больших производственных сериях?

7. Какие материалы подходят для литья под давлением металлов?

8. Для чего используется литье под давлением металлов?