لقد جاء إلينا العملاء بمشاريع أدوات MIM بعد حرقهم في مكان آخر. قضى أحد موردي السيارات ثمانية أشهر في تطوير أحد مكونات التروس مع بائع لم يفهم تعويض الانكماش الملبد. أنتجت الأدوات أجزاء أصغر حجمًا بمقدار 0.4 مم عبر كل البعد الحرج. كان عليهم أن يبدأوا من جديد. لقد علمتنا تلك التجربة أن معظم حالات فشل الطب الدقيق تعود إلى أساسيات تجاهلها شخص ما أو افترض أنها ستنجح.
كيف يعمل
بالنسبة للضغط التقليدي-و-الملبد PM، فإنك تتعامل مع مسحوق يبلغ حجمه حوالي 50 ميكرون. خشن بما فيه الكفاية لمعرفة ما إذا كنت تنظر عن كثب. تطبق المكابس الهيدروليكية 150-700 ميجا باسكال لضغط هذا المسحوق في قوالب صلبة. ما يخرج يسمى الاتفاق "الأخضر". إنها تحافظ على شكلها من خلال التشابك الميكانيكي ولكن ليس لديها قوة حقيقية بعد. تتراوح الكثافة في مكان ما بين 60-90٪ من الناحية النظرية.
يحدث التلبيد في أفران ذات جو متحكم فيه. تصل درجة حرارة المواد-الأساسية إلى الحديد إلى 1,120 درجة تقريبًا. يحتاج الفولاذ المقاوم للصدأ إلى درجات حرارة أعلى، عادة 1250-1400 درجة. خلال هذه المرحلة، تنتشر الذرات عبر حدود الجسيمات. يتكثف الجزء وينكمش قليلاً، عادة بنسبة 0.1-0.3%.
MIM حيوان مختلف.
المسحوق أدق بكثير، حوالي 8 ميكرون، ممزوجًا بمواد رابطة من البوليمر لإنشاء مادة خام تتصرف مثل البلاستيك أثناء الحقن. يتم حقن هذه المواد الخام في قوالب عند 50-200 ميجا باسكال. بعد القولبة، تقوم بإزالة المادة الرابطة من خلال العمليات الحرارية أو المذيبة، ثم تلبيدها. الانكماش أثناء تلبيد MIM يصل إلى 15-20%. افتقد ذلك في تصميم الأدوات الخاصة بك وستحصل على الخردة.
الشيء الوحيد الذي يفاجئ فرق المشتريات هو أن مسحوق MIM يكلف 3-5x مسحوق PM التقليدي. تعتبر عمليات تحلل الغاز وتحلل الكربونيل المطلوبة للجسيمات الكروية الدقيقة باهظة الثمن. تظهر هذه التكلفة في كل عرض أسعار، ولا يشرح بعض الموردين سبب ارتفاع عروض أسعار MIM الخاصة بهم إلى حد كبير مقارنة ببدائل الضغط -والتلبيد للأجزاء التي تبدو متشابهة.
MIM مقابل اضغط على -و-Sinter
| PM التقليدية | ميم | |
|---|---|---|
| وزن الجزء | 0.68 جرام إلى 6.8 كجم | أقل من 50 جرامًا نموذجيًا، و150 جرامًا كحد أقصى |
| كثافة | 85-92% | 95-99% |
| أنحف جدار | حوالي 2 ملم | ممكن 0.3 ملم |
| تسامح | ±0.3-0.5% | ±0.3% أو أفضل |
| الهندسة | في الغالب 2D | قطع سفلية، وخيوط، وفتحات متقاطعة-. |
| الأدوات | $2,000-$10,000 | $10,000-$50,000 |
| تعادل في الحجم- | 5000 / سنة | 10,000/سنة |
حدود PM التقليدية تأتي من اتجاه الضغط. أنت تطبق القوة المحورية، لذا فإن المعالم المتعامدة مع هذا المحور تكون صعبة. خيوط داخلية؟ لا يحدث. تتطلب الثقوب المتقاطعة- معالجة ثانوية.
يزيل MIM هذه القيود ولكنه يضيف قيودًا جديدة. تواجه الأجزاء التي يزيد وزنها عن 150 جرامًا تحديات فك الارتباط. يتسبب تباين سمك الجدار الذي يتجاوز ±40-60% في حدوث انحراف يكاد يكون من المستحيل تركيبه أثناء التلبيد.
سألنا أحد العملاء العام الماضي عن جزء MIM بوزن 200 جرام مع نسبة سمك جدار تبلغ 4:1. قلنا لهم أنه لن ينجح. لقد ذهبوا إلى مورد آخر على أية حال، وأنفقوا 45 ألف دولار على الأدوات، وعادوا بعد ستة أشهر بعد إلغاء المشروع. بعض الأشكال الهندسية لا تناسب MIM بغض النظر عما يعد به فريق المبيعات المتعطش.
ضد طرق التصنيع الأخرى
PM يفوز في استخدام المواد. أنت تستخدم 95-97% من مواد الإدخال. تعمل الآلات CNC على تحويل نصف مخزونك إلى رقائق.
إن معدات مضخة زيت المركبات التجارية التي ذكرناها مقابل التصنيع جاءت بنسبة 32% من تكلفة التصنيع. وجاء التوفير بنسبة 68% بالكامل تقريبًا من المواد ووقت الدورة.
لكن التصنيع له مزايا لا يستطيع PM لمسها. تعتبر التفاوتات التي تبلغ ± 0.01 مم أمرًا روتينيًا. أي مادة تريدها. كميات نموذجية ذات معنى اقتصادي. أقل من 1000 وحدة سنويًا تقريبًا، عادةً ما تفضل الرياضيات التصنيع حتى بالنسبة للهندسة التي يتعامل معها PM بشكل جيد.
يفوز الصب بالقالب للأجزاء البسيطة الأكبر حجمًا حيث يؤدي وقت الدورة إلى زيادة التكلفة. يوفر PM تحكمًا أفضل في البنية المجهرية والمسامية المتعمدة عندما تحتاج إليها للمحامل أو المرشحات.
تزوير ينتج أجزاء أقوى. قوة شد أعلى بنسبة 26% تقريبًا للسبائك المكافئة، مسامية قريبة من -صفر، محاذاة تدفق الحبوب التي تعمل على تحسين عمر الكلال. لقد رأينا عملاء يحددون PM للتطبيقات التي تحتاج حقًا إلى تزوير، ثم يتعاملون مع حالات الفشل الميدانية.
فيما يتعلق بالخواص الميكانيكية: يصل الفولاذ PM إلى قوة شد تبلغ 900 ميجا باسكال -متكلس، و1,200 ميجا باسكال بعد المعالجة الحرارية. يعمل MIM 316L بكثافة 97٪ على 520-650 ميجا باسكال مع استطالة 35-50٪. قريب من العقارات المطاوع ولكن ليس متطابقًا.
التطبيقات
تهيمن مكونات نقل السيارات على حجم PM. توفر GKN قطع غيار لناقل الحركة Ford F-150 10-speed وGM 9-speed. يقوم MPIF بتوثيق ما يزيد عن 750 تطبيقًا للسيارات (mpif.org). يصل محتوى الجسيمات الدقيقة لكل مركبة إلى حوالي 25 كجم للشاحنات، وينخفض إلى حوالي 2.3 كجم للمركبات الكهربائية التي تعمل بالبطارية مع تبسيط عمليات النقل.
الأجهزة الطبية تفضل MIM. لقد تم تصنيع فكوك الدباسة الجراحية كمكونات MIM-من قطعة واحدة، وقد حلت محل التجميعات التي كانت تتطلب 12 جزءًا آليًا.
قادت الإلكترونيات الاستهلاكية نمو حجم MIM خلال العقد الماضي. قام موصل Lightning من Apple بتشغيل إنتاج MIM بعشرات الملايين أسبوعيًا. تحتوي المفصلة OPPO Find N2 Flip على 136 جزءًا، والعديد من MIM.
يستخدم الفضاء الجوي PM للتطبيقات المتطرفة. يؤدي التصنيع الإضافي المعتمد على المسحوق- من GE لفوهات الوقود إلى تقليل الوزن بنسبة 25%. تستخدم أقراص التوربينات في شركة Rolls-Royce السبائك الفائقة PM للطيران-المكونات الدوارة الحرجة.
ما رحلات الناس يصل
لقد اتصل بنا ميكانيكي بعد أن عانى متجره من استخدام جزء PM لمدة ثلاثة أسابيع. ووصفها بأنها "تصنيع التآكل النقي". تم اختبار الجزء بصلابة معقولة ولكن تم تناوله من خلال الأدوات القياسية. تبين أن PM يمكن أن تحتوي على جزيئات صلبة جدًا منتشرة في المصفوفة والتي لا يكشف عنها اختبار الصلابة.
الحل الذي توصل إليه هو: الصنابير المغطاة بـ TiN-، بدون سائل تبريد. الرقائق الجافة لا تلتصق بالمسامية. لقد كان يقوم بتشغيل أجزاء PM بهذه الطريقة لمدة عشرين عامًا مع نتائج متسقة.
ومن ناحية مراقبة الجودة، هناك جدل مستمر في الصناعات التي تستخدم MIM على نطاق واسع. تحدثنا مع أحد الميكانيكيين بصراحة: العملية تسير بشكل جيد، لكن الجودة تعتمد كليًا على المتجر الذي يديرها. الموردين الجيدين ينتجون أجزاء متسقة. يختبئ الموردون السيئون خلف "التقلبات المتأصلة" كذريعة.
لقد رأينا هذا اللعب. قام أحد العملاء بتبديل بائعي MIM لتوفير 12% لكل قطعة. وارتفعت نسبة الرفض من 0.3% إلى 4.2%. اختفت المدخرات في تكاليف الفرز وتأخير الإنتاج.
عند تقييم موردي MIM، اطلب بيانات Cpk حول الأبعاد الحرجة. اسأل عن-المراقبة أثناء العملية. التحقق من توافق الشهادات مع مجال عملك. IATF 16949 للسيارات. AS9100D للفضاء. ISO 13485 للطب.
مواصفات المشتريات
تتراوح المهل الزمنية من 6 إلى 12 أسبوعًا للأدوات. أضف 1-2 أسابيع لـ PPAP على أعمال السيارات. تحتاج المقالات الأولى إلى 8-14 أسبوعًا من تاريخ إصدار التصميم. كرر الطلبات: 4-8 أسابيع MIM، 2-4 أسابيع لأجزاء PM المثبتة.
قيود التصميم مهمة. يعمل سمك جدار MIM بشكل أفضل عند 1.0-3.0 مم. الحد الأدنى 0.5 ملم والحد الأقصى حوالي 12.5 ملم. حافظ على الاختلافات ضمن ±40-60%. تحتاج الزوايا إلى نصف قطر 0.5 مم لتدفق المسحوق.
لماذا نكتب هذا
نحن نبنيقوالب الحقن. تقع أدوات MIM ضمن هذه القدرة، وتعكس متطلبات الدقة ما نتعامل معه في تطبيقات حقن البلاستيك الصعبة. عندما يسأل العملاء ما إذا كان MIM منطقيًا بالنسبة لهندستهم، فإننا نتناول نفس الاعتبارات المشمولة هنا.
لقد رفضنا المشاريع التي لا تتناسب مع التكنولوجيا. نحن نفضل خسارة عرض الأسعار بدلاً من مشاهدة العميل ينفق ستة أرقام على الأدوات التي لا يمكنها إنتاج أجزاء مقبولة.
إذا كنت تقوم بتقييم PM لأحد التطبيقات، فسنقوم بمراجعة التصميم الخاص بك قبل الالتزام بالأدوات. لا توجد رسوم لتقييم الجدوى. تستغرق المحادثة عادةً ثلاثين دقيقة وتغطي ما إذا كانت الهندسة ناجحة، وما هي التفاوتات الواقعية، وما إذا كان الحجم يبرر الاستثمار.
المراجع الفنية: MPIF (mpif.org)، Mordor Intelligence (mordorintelligence.com)