Процесс литья металлов под давлением (MIM)

MIM-производство (сокращение от Metal Injection Molding, литьё под давлением металла) — это передовой процесс порошковой металлургии, сочетающий литьё пластмасс под давлением с высокотемпературным спеканием для производства небольших, сложных и высокоплотных металлических деталей. Поскольку промышленность всё больше нуждается в миниатюрных и высокоточных деталях, MIM-производство стало высокоэффективной и экономичной альтернативой традиционной механической обработке и порошковой металлургии.

В отличие от гравитационного прессования порошков, MIM-производство предполагает впрыск мелкодисперсных металлических порошков, смешанных со связующими, в многогнездные формы под высоким давлением. Это позволяет инженерам создавать изделия сложной геометрии, которые было бы невозможно или слишком дорого получить при обработке на станках с ЧПУ или стандартной порошковой металлургии.

Рисунок 1: Процесс MIM

Понимание процесса производства MIM

Основное преимущество MIM-производства заключается в возможности сочетать свободу формовки с возможностью массового производства. Процесс начинается с смешивания очень тонких порошков (обычно размером около 20 мкм) со связующими веществами, такими как воски и термопласты. Эта смесь (сырье) впрыскивается в прецизионные металлические формы с помощью слегка модифицированных машин для литья пластмасс под давлением.

Типичные характеристики и области применения литьевых металлических деталей

Как упоминалось выше, типичные металлические детали, полученные литьем под давлением, имеют небольшие размеры и сложную конструкцию. Этот процесс более эффективен для более сложных деталей. При этом достигается высокая точность. Этот метод устраняет ограничение, накладываемое традиционными методами порошковой металлургии, а именно необходимость параллельности боковых стенок. С помощью этого метода можно получать очень маленькие детали, например, меньше мяча для гольфа, весом от 0,5 до 150 г и толщиной стенки менее 6,3 мм. Можно изготавливать многофункциональные детали с тонкими стенками, острыми углами, поднутрениями, поперечными отверстиями, резьбой, контурами, зубчатыми сегментами и другими подобными особенностями без дополнительных операций.

Плотность деталей, изготовленных с помощью этого процесса, обычно выше, чем у деталей, изготовленных традиционным методом порошковой металлургии, и составляет от 95 до 99 % от теоретической максимальной плотности.

Зелёные детали, коричневые детали и спекание в производстве MIM

После формования деталь называется « зелёной деталью» . Удаление связующего вещества удаляет примерно 80% его термическим, растворяющим или каталитическим способом. Время, необходимое для этого, напрямую зависит от толщины стенки.

После удаления связующего вещества хрупкая коричневая часть сохраняет форму, но становится очень пористой. Следующий этап — спекание, проводимое в вакууме или инертной атмосфере при температуре около 1300 °C, в зависимости от материала. Несмотря на высокую температуру, она остаётся ниже точки плавления, что обеспечивает контролируемое уплотнение.

Полный цикл производства MIM (удаление связующего + спекание) обычно занимает 24–36 часов , в результате чего получается металлический компонент, имеющий близкую к заданной форму, с исключительной плотностью и прочностью.

Почему MIM-производство идеально подходит для сложных прецизионных компонентов

Типичная деталь, изготовленная методом литья под давлением:

• меньше по объему, чем мяч для гольфа

• от 0,5 г до 150 г

• с толщиной стенок менее 6,3 мм

• способные принимать замысловатые формы:

  • подрезы

  • внутренние отверстия

  • нити

  • поперечные отверстия

  • острые углы

  • тонкие стены

  • контуры

  • особенности передач

Такая свобода проектирования значительно сокращает или исключает вторичные операции.

Плотность и механические характеристики деталей MIM

Благодаря контролируемому спеканию, MIM-детали достигают плотности 95–99% от теоретической , превосходя по своим характеристикам традиционные компоненты, изготовленные методом порошковой металлургии. Более высокая плотность напрямую влияет на:

• улучшенные механические свойства

• лучшая коррозионная стойкость

• повышенная усталостная долговечность

• превосходная отделка поверхности

Это главная причина, по которой МИМ-производство в настоящее время широко используется в медицине, автомобилестроении, электронике, обороне и промышленности.

MIM-производство против традиционной порошковой металлургии

Типичные области применения MIM-производства

Рисунок 2: Формовочная машина в цехе MIM

В связи с тем, что мировая промышленность требует более высокой точности, более лёгких материалов и более сложных миниатюрных компонентов, MIM-производство стало одной из самых мощных технологий обработки металлов давлением, доступных сегодня. Сочетая универсальность литья пластмасс под давлением с прочностью металлургии, MIM обеспечивает:

• возможность массового производства

• отличные эксплуатационные характеристики материала

• высокая структурная точность

• экономия средств по сравнению с ЧПУ для сложных форм

Вот почему MIM продолжает расширяться в секторах медицины, автомобилестроения, бытовой электроники и промышленности по всему миру.