حقن صب المعادن
قولبة بالحقن المعدنية (MIM) هي عملية لتشغيل المعادن يتم فيها خلط المعادن المجففة بدقة مع مادة رابطة لإنشاء "مادة خام" يتم تشكيلها وتصلبها باستخدام صب الحقن . تسمح عملية التشكيل بتشكيل الأجزاء المعقدة ذات الحجم الكبير في خطوة واحدة. بعد القولبة ، يخضع الجزء لعمليات تكييف لإزالة الموثق (إزالة الغطاء) وتكثيف المساحيق. المنتجات النهائية هي مكونات صغيرة تستخدم في العديد من الصناعات والتطبيقات.
يخضع سلوك المادة الوسيطة لـ MIM للريولوجيا ودراسة الحمأة والتعليق وغير ذلك من السوائل غير النيوتونية.
نظرًا لقيود المعدات الحالية ، يجب تشكيل المنتجات باستخدام كميات 100 جرام أو أقل لكل "لقطة" في القالب. يمكن توزيع هذه اللقطة على تجاويف متعددة ، مما يجعل نظام MIM فعالًا من حيث التكلفة بالنسبة للمنتجات الصغيرة والمعقدة ذات الحجم الكبير ، والتي قد تكون مكلفة لإنتاجها. يمكن أن تتكون المادة الأولية MIM من مجموعة كبيرة من المعادن ، ولكن الأكثر شيوعًا هي أنواع الفولاذ غير القابل للصدأ ، وتستخدم على نطاق واسع في علم المعادن المسحوق . بعد القوالب الأولية ، تتم إزالة رابط المواد الخام ، وجزيئات المعدن يتم نشرها وتكثيفها لتحقيق خصائص القوة المطلوبة. عادة ما تقلص العملية الأخيرة المنتج بنسبة 15٪ في كل بُعد.
نما سوق قولبة الحقن المعدنية من 9 ملايين دولار أمريكي في عام 1986 ، إلى 382 مليون دولار أمريكي في عام 2004 إلى أكثر من 1.5 مليار دولار أمريكي في عام 2015. ومن التقنيات ذات الصلة صب حقن مسحوق السيراميك ، مما أدى إلى مبيعات إجمالية بلغت حوالي 2 مليار دولار أمريكي. كان معظم النمو في السنوات الأخيرة في آسيا.
معالجة
تشتمل خطوات العملية على الجمع بين مساحيق المعادن والبوليمرات مثل مُجلدات الشمع والبولي بروبيلين لإنتاج خليط "المواد الخام" الذي يتم حقنه كسائل في قالب باستخدام آلات قولبة حقن البلاستيك. يتم تبريد القالب أو "الجزء الأخضر" وإخراجه من القالب. بعد ذلك ، تتم إزالة جزء من المادة الموثقة باستخدام المذيبات ، الأفران الحرارية ، العملية الحفزية ، أو مزيج من الطرق. الجزء الناتج ، الهش والمسامي (40 في المئة "الهواء") ، هو في حالة تسمى المرحلة "البنية". لتحسين التعامل في كثير من الأحيان يتم الجمع بين debinding وتلبد في عملية واحدة. يعمل التلبد على تسخين المسحوق إلى درجات حرارة بالقرب من نقطة الانصهار في فرن جو واقٍ لتكثيف الجزيئات باستخدام قوى شعري في عملية تسمى التلبد . غالبًا ما تكون أجزاء MIM متكللة في درجات حرارة مرتفعة تقريبًا بما يكفي للحث على انصهار جزئي في عملية تسمى تلبد الطور السائل. على سبيل المثال ، قد يتم تسخين الفولاذ المقاوم للصدأ إلى 1350 إلى 1400 درجة مئوية). معدلات الانتشار مرتفعة مما يؤدي إلى انكماش مرتفع وتكثيف. إذا تم إجراؤها في الفراغ ، فمن الشائع الوصول إلى 96-99 ٪ من الكثافة الصلبة. يتميز المعدن المنتج النهائي بخصائص ميكانيكية وفيزيائية مماثلة مع أجزاء صلبة مصنوعة باستخدام طرق تشغيل المعادن الكلاسيكية. تتشابه معالجات الحرارة اللامسة اللاحقة لـ MIM مع طرق التصنيع الأخرى ، وبكثافة عالية ، يكون مكون MIM متوافقًا مع علاجات تكييف المعادن مثل الطلاء ، والتخميل ، والصلب ، والكربنة ، والنترة ، وتصلب الهطول.
التطبيقات
تكمن نافذة الميزة الاقتصادية في الأجزاء المصبوبة بالحقن في التعقيد والحجم للأجزاء الصغيرة الحجم. مواد MIM قابلة للمقارنة بالمعادن المتكونة من طرق متنافسة ، وتستخدم المنتجات النهائية في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية والتجارية والطبية والأسنان والأسلحة النارية والفضاء والطيران . التحمل الأبعاد ± 0.3٪ شائع ، وتصنيع الآلات مطلوب لتحمل أوثق. يمكن أن تنتج MIM أجزاء حيث يكون من الصعب ، أو حتى المستحيل ، تصنيع عنصر بكفاءة من خلال وسائل تصنيع أخرى. من الناحية المثالية ، فإن ما لا يقل عن 75 من مواصفات الأبعاد في مكون لا يتجاوز حجمه 25 مم فقط والكتلة 10 جم هي الأفضل - كما هو مطلوب على سبيل المثال لحالات الساعة ، ومقابس الهاتف الخلوي ، ومفصلات الكمبيوتر المحمول. لا تؤدي زيادة التكاليف لطرق التصنيع التقليدية الملازمة لتعقيد الأجزاء ، مثل الخيوط الداخلية / الخارجية ، والتصغير ، أو تحديد الهوية ، إلى زيادة التكلفة في عملية MIM بسبب مرونة صب الحقن.
تتضمن إمكانيات التصميم الأخرى التي يمكن تنفيذها في عملية MIM رموز المنتج أو أرقام الأجزاء أو طوابع التاريخ ؛ الأجزاء المصنعة حسب وزنها الصافي مما يقلل من النفايات وتكلفتها ؛ يتم التحكم في الكثافة في حدود 95-98 ٪ ؛ اندماج الأجزاء وهندسة 3D المعقدة .
تضمن القدرة على دمج العديد من العمليات في عملية واحدة نجاح MIM في توفير المهل الزمنية بالإضافة إلى التكاليف ، مما يوفر فوائد كبيرة للمصنعين. قد تكون عملية قولبة الحقن بالمعادن تقنية خضراء بسبب الانخفاض الكبير في الهدر مقارنة بطرق التصنيع "التقليدية" مثل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ذي 5 محاور. ومع ذلك ، فإن بعض العمليات القديمة تولد انبعاثات سامة مثل الفورمالديهايد ، وتتخلص من المذيبات المكلورة ، ويجب أن تحرق الشمع أو البوليمرات الأخرى ، مما يؤدي إلى انبعاثات غازات الدفيئة.
هناك مجموعة واسعة من المواد المتاحة عند استخدام عملية MIM. غالبًا ما تنطوي عمليات تشغيل المعادن التقليدية على كمية كبيرة من نفايات المواد ، مما يجعل MIM خيارًا عالي الكفاءة لتصنيع مكونات معقدة تتكون من سبائك باهظة الثمن / خاصة ( الكوبالت والكروم و 17-4 PH الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك التيتانيوم وكربيد التنغستن ). MIM هو خيار قابل للتطبيق عندما تكون مواصفات الجدران الرفيعة للغاية (أي 100 ميكرومتر) مطلوبة. بالإضافة إلى ذلك ، قدمت متطلبات التدريع الكهرومغناطيسي EMI ( التحديات الكهرومغناطيسية ) تحديات فريدة من نوعها ، والتي تم تحقيقها بنجاح من خلال استخدام السبائك المتخصصة.