Design für die Herstellbarkeit von MIM-Teilen im Metallinjektionsprozess

Datum:[2024/4/28]

Das Design der MIM-Teile ähnelt dem Kunststoffspritzguss.

Da sie nicht durch traditionelle Umformverfahren beschränkt sind, können Teiledesigner neue Perspektiven nutzen, um neue Teile von Anfang an neu zu erfinden, sich vorzustellen, wie Produktionsprozesse das Materialgewicht reduzieren, mehrere Teile zu einem kombinieren oder funktionale und dekorative Merkmale formen können.
Um die Vorteile der MIM-Technologie voll auszuschöpfen und die Verarbeitbarkeit im Designprozess von MIM-Teilen (unabhängig davon, ob sie neu konstruiert oder durch Teile ersetzt werden, die mit anderen Verfahren hergestellt werden) zu verbessern, werden die folgenden Designkriterien vorgeschlagen.

1 Prozessgestaltung

Die einfachsten MIM-Teile werden aus einem Hohlraum hergestellt, der durch die Kombination von zwei Halbformen in flacher und geschlossener Weise gebildet wird.

Unter ihnen besteht die Halbform aus einem Kern mit gleichmäßigen Lücken, die in der anderen Halbform installiert sind, und die gleichmäßigen Lücken, die übrig bleiben, werden verwendet, um Teile mit gleichmäßiger Wandstärke zu bilden.

Die Kernform ist die inneren strukturellen Merkmale des Teils, während die Hohlraumform die äußeren strukturellen Merkmale des Teils ist.

Alle strukturellen Merkmale des Entwurfs müssen Formteile sein, die aus dem Formhohlraum gelöst und mit einem oberen Stab vom Kern erstarrt werden können.

Wenn die Komplexität von MIM-Teilen zunimmt, können Schieber, Kerne und andere Werkzeuge, die üblicherweise im Kunststoffspritzguss verwendet werden, hinzugefügt werden, um sie zu bilden.

Während die strukturellen Eigenschaften der Teile erhöht werden, steigt auch die Komplexität der Teile. Durch die Beseitigung der Betriebskosten für allgemeine und nachfolgende Bearbeitungs- oder Montagevorgänge im Zusammenhang mit Werkzeugen und technischen Geräten können MIM-Teile zu diesem Zeitpunkt wirtschaftliche Vorteile erzielen.

In jeder Phase des Entwurfs müssen diese Vorteile und Kosten sorgfältig gegeneinander abgewogen werden.

Um von diesem Prozess voll zu profitieren, müssen bei der Konstruktion von MIM-Teilen folgende Schlüsselpunkte berücksichtigt werden: gleichmäßige Wanddicke, Dickenübergangsabschnitt, Kernentnahmelöcher, Entformungsneigung, Verstärkungsrippen und Speichenplatten, Fasen und Rundung, Gewinde, Löcher und Nuten, Wurzelschneiden, Gießsystem, Trennlinie, dekorative Merkmale, Sinterunterstützung usw.

Im Folgenden wird gesondert erläutert.

1.1 Gleichmäßige Wandstärke

Wenn möglich sollte die Wandstärke des gesamten MIM-Teils gleich sein. Unterschiedliche Dicken können Verzerrungen, innere Spannungen, Porosität, Risse und Dellen verursachen. Darüber hinaus kann es zu ungleichmäßigem Schrumpfen führen, was sich auf Maßtoleranzen und Kontrolle auswirkt.

Die Dicke der Teile sollte im Bereich von 1.3-6.3mm liegen.

Um eine gleichmäßige Wandstärke von MIM-Teilen zu erreichen, werden mehrere gängige Methoden zur Formänderung bereitgestellt.

1.2 Dickenübergangsabschnitt

In einigen Fällen, in denen eine Gleichmäßigkeit der Wanddicken nicht erreicht werden kann, sollte ein allmählicher Übergang zwischen verschiedenen Dicken geplant werden.

1.3 Kernentnahmelöcher

Die Verwendung von Kernentfernungslöchern kann die Querschnittsfläche auf die Standardgrenze reduzieren, eine gleichmäßige Wandstärke erreichen, den Materialverbrauch reduzieren und Schneidvorgänge reduzieren oder beseitigen.

Die Prioritätsrichtung ist parallel zur Richtung der Formöffnung, also senkrecht zur Trennlinie.

Da die Kernstange an beiden Enden gestützt wird, ist es am besten, Durchgangslöcher anstelle von Sacklöchern zu verwenden, die Kragarmstangen verwenden.

1.4 Abbruchneigung

Der Entformwinkel ist ein kleiner Winkel auf der Oberfläche, der parallel zur Bewegungsrichtung des Modellteils sein muss.

Für die Kernstange muss sie besonders präzise sein.

Der Entformungswinkel dient der Bequemlichkeit des Entformens und Auswerfens von Formteilen. Der Entformungswinkel beträgt im Allgemeinen 0,5 bis 2 Grad. Der tatsächliche Entformungswinkel steigt mit der Tiefe der gebildeten Löcher oder Vertiefungen, sowie mit der Komplexität der Teile oder der Anzahl der Kerne.

1.5 Verstärkung von Rippen und Speichenplatten

Verstärkungsrippen und Platten werden verwendet, um dünnere Wände zu verstärken und dicke Abschnitte zu vermeiden.

Neben der Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit der Wanddicke kann es auch den Materialfluss verbessern und Verzerrungen begrenzen.

Die Stärke der Verstärkungsrippen darf die Dicke der angrenzenden Wände nicht überschreiten. Dicke Verstärkungsrippen sind strukturell erforderlich, stattdessen sollten mehrere Verstärkungsrippen verwendet werden.

Empfohlenes Verhältnis von verstärkten Rippen. Wie man verstärkte Rippen und Kernlöcher verwendet, um Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig die Funktionsfestigkeit der Teile beizubehalten.

1.6 Anfasen und Abrunden

Fasen und Rundungen können die Belastung an der Kreuzung von Strukturmerkmalen verringern; Die Beseitigung scharfer Ecken, die Risse und Korrosion der Strukturmerkmale des Modells verursachen können, erleichtert den Fluss des Spritzmaterials in das Modell und hilft den Teilen, sich vom Formhohlraum zu lösen, was dem Fortschritt der Formvorgänge förderlich ist.

1.7 Gewinde

Sowohl Innen- als auch Außengewinde können mit MIM-Technologie geformt werden, aber im Vergleich zum Lösen des Kerns sind Gewinde, die mit einem Gewindebohrer abgedreht werden, präziser und kostengünstiger.

Um die Modellkomponenten zu entfernen, die die Formgewinde verdreht haben, ist es am besten, dass die Außengewinde des Formgewinde-Modells auf der Trennlinie der Modellkonstruktion liegen.

Um die Gewindetoleranz des Gewindedurchmessers aufrechtzuerhalten, ist es im Allgemeinen vorgeschrieben, eine kleine Ebene von 0.127mm auf der Trennlinie zu haben, die eine ordnungsgemäße Abdichtung des Modells gewährleisten kann, die Spuren der Trennlinie reduzieren, Grate an der Wurzel des Gewindes vermeiden und somit die Wartung des Modells reduzieren kann.

1.8 Löcher und Schlitze

Bohrungen und Nuten sind neben der Reduzierung der Teilequalität und der Bildung einheitlicher Wanddicken auch nützliche funktionelle Strukturmerkmale von MIM-Teilen und erhöhen in der Regel die Teilepreise nicht.

Das Hinzufügen von Löchern und Schlitzen erhöht jedoch die Komplexität der Form, was eine Erhöhung der Werkzeugkosten erfordert. Löcher senkrecht zur Trennlinie sind am einfachsten zu formen und haben die niedrigsten Kosten. Löcher parallel zur Trennlinie, obwohl sie leicht zu formen sind, erfordern die Hinzufügung von Schiebern oder Hydraulikzylindern, was die Kosten der frühen Formenbau erhöht.

Die internen Verbindungslöcher können gebildet werden.

Wenn möglich, sollte ein Loch in ein D-förmiges Loch gemacht werden, um eine flache Oberfläche auf der Kernstange zu schaffen, wodurch die Abdichtung der Form verbessert wird. Andernfalls ist es notwendig, eine gekrümmte Oberfläche der passenden Teile herzustellen, und die dünne Schneide verursacht anormalen Verschleiß.

1.9 Wurzelschnitt

Die Herstellung dieser Form erfordert das Hinzufügen von Formteilen, Erhöhung der Werkzeugkosten und Reduzierung der Produktivität.

Einige interne Wurzelschnitte können mit Schiebern gemacht werden, während andere mit beweglichen Kernen geformt werden können.

Bei den meisten MIM-Bauteildesigns können Konstrukteure aufgrund erhöhter Kosten und der Möglichkeit von Blitzkanten entscheiden, das interne Wurzelschneiden abzubrechen.

1.10 Gießsystem

Spritzbare Materialien gelangen durch Tore in den Formhohlraum. Aufgrund des hohen Metallgehalts von MIM-Spritzgussmaterialien sind diese Tore von MIM im Allgemeinen viel größer als die des Kunststoffspritzgusses.

Aufgrund der Tatsache, dass Tore normalerweise Spuren hinterlassen, wo fertige Teile aus dem Formhohlraum kommen, muss das Setzen von Toren die erforderliche Handwerkskunst, Funktionalität, Größenkontrolle und Ästhetik in Einklang bringen.

Es ist am besten, das Tor auf der Formtrennlinie einzustellen, wie in Abbildung 10 gezeigt, so dass der Fließweg des Einspritzmaterials die Formhohlwand oder Kernstange beeinflussen kann.

Darüber hinaus wird bei Teilen mit unterschiedlichen Wandstärken das Tor in der Regel auf den dicksten Querschnitt eingestellt, damit das Injektionsmaterial vom dicken zum dünnen Abschnitt fließen kann. Das Einstellen des Tores auf diese Weise kann Löcher, Nuten, Spannungskonzentration und Stromlinien auf der Oberfläche der Teile beseitigen.

Wenn Sie Teile mit mehreren Hohlräumen herstellen möchten, müssen Sie auch die Größe und Einstellung des Tores berücksichtigen, um sicherzustellen, dass die Menge des Einspritzmaterials, das jedem Hohlraum zugeführt wird, bei gleichbleibender Füllrate ist.

1.11 Trennlinie

Wenn möglich, sollten alle Strukturmerkmale senkrecht zur Trennlinie ausgerichtet sein, damit die Formteile aus der Form entfernt werden können.

Normalerweise wird die Trennlinie auf der Oberfläche des Teils in eine Prooflinie umgewandelt, die das unvermeidliche Ergebnis der Kombination von zwei Halbmodellen ist.

In der oberen Hälfte des Modells wird die geometrische Form des gesamten Teils gebildet, und an dieser Stelle kann die Trennlinie nur der unteren Kante des Teils folgen, ohne eine Trennlinie zu erzeugen. Normalerweise kann das Modell entlang unauffälliger Kanten abgetrennt werden, wodurch die Trennlinie verdeckt wird.

Es ist am besten, die Trennlinie auf einer Ebene zu platzieren, aber manchmal, um die erforderlichen strukturellen Eigenschaften für das Formen zu erreichen, ist es notwendig, die einfache Form zu ändern.

Die Erhöhung der Komplexität der Teile kann die Herstellungs- und Wartungskosten der Form erhöhen, aber wenn das strukturelle Merkmal in Form gegossen wird, können die Kosten reduziert werden. Andernfalls können Schneid- oder Montagearbeiten erforderlich sein.

1.12 Dekorative Merkmale

Kennzeichnung, Prägung, Identifikation von Teilenummern, Formennummern und Lochnummern lassen sich problemlos in geeigneten Positionen auf den Teilen formen, ohne die Kosten der Teile zu erhöhen.

Diese Eigenschaften können prominent oder konkav sein, und die MIM-Technologie kann hochrangige Feature-Details produzieren, einschließlich schärferer Diamantprägung.
1.13 Unterstützung für Sinterteile

Während des Entfettungs- und Sinterprozesses schrumpfen die rohen MIM-Teile um etwa 20%. Um die mögliche Verdrehverformung zu minimieren, müssen die MIM-Teile beim Sintern entsprechend abgestützt werden.

Meistens werden MIM-Teile auf flache Keramik oder Paletten gelegt.

Es ist am besten, die zum Sintern verwendete Fläche oder Schale so zu gestalten, dass sie eine große Ebene oder eine Ebene mit mehreren gemeinsamen strukturellen Merkmalen der Teile hat, so dass Standardhalterungen verwendet werden können. MIM-Teile mit langen Spannweiten, Kragarmen oder empfindlichen Bereichen benötigen möglicherweise spezielle Halterungen oder Befestigungsvorrichtungen, um sie zu stützen. Diese Produktionskosten sind alle sehr hoch.

II Nachbearbeitung des Sinters

Da die Toleranz des MIM-Prozesses zwischen ± (0,3% -0,5%) liegt, wurden viele Teile auf die endgültige Größe gesintert. Wenn die Toleranz eines bestimmten Strukturmerkmals des Teils relativ eng ist, kann eine nachträgliche mechanische Bearbeitung durchgeführt werden.

MIM-Teilematerialien können wie geschmiedete Teile geschnitten, eingefädelt, gebohrt, gezogen, geschliffen oder geschweißt werden.

Um die Festigkeit und Verschleißfestigkeit des Härteprüfgeräts zu verbessern, können MIM-Teile auch einer Wärmebehandlung unterzogen werden.

Darüber hinaus ist aufgrund der Tatsache, dass MIM-Teile die miteinander verbundene Porosität typischerweise auf unter 0,2% begrenzen, keine spezielle Oberflächenvorbereitung für die routinemäßige Färbung und Galvanik erforderlich.

III Schlussfolgerung

Als neue Art der Umformtechnik für pulvermetallurgische Teile haben sich Teile nach Jahrzehnten von der experimentellen Entwicklung einzelner und weniger Teile zu einer Phase der Großserienfertigung entwickelt.

Der Trend der Entwicklung von MIM-Teilen in Nordamerika zeigt sich deutlich an den jährlich ausgezeichneten MIM-Teileprojekten von MPIF für Pulvermetallurgie.

Von 1997 bis 2001 vergab MPIF jährlich 15-18 Teile im Wettbewerb für Pulvermetallurgieteile. In der Kategorie der preisgekrönten Teile wird MIM von 1997 bis 2004 verwendet, aber seit 2005 werden preisgekrönte MIM-Teile in sieben Kategorien unterteilt: Luft- und Raumfahrt/Militär, Medizin/Dental, Handwerkzeuge/Unterhaltung, Elektronik/Elektrik, Hardware/Geräte, Industriemotoren/Steuergeräte und andere Kategorien.

Diese deuten darauf hin, dass die Produktion von MIM-Teilen in Nordamerika allmählich weiterentwickelt ist.

Auf dem chinesischen Festland sind dank der starken Nachfrage nach elektronischen digitalen Produkten für MIM-Teile große und kleine MIM-Unternehmen im ganzen Land verteilt, konzentriert im Yangtze River Delta, Pearl River Delta, Peking und Umgebung. Es ist dringend notwendig, das Grundwissen und die Produktionsanwendung von MIM-Teilen auf dem chinesischen Festland, insbesondere in weiteren Bereichen, energisch zu fördern.