Литье металлов под давлением стало быстро развивающейся и весьма перспективной технологией формования, близкой к окончательной форме, в области порошковой металлургии. Оно признано одной из самых востребованных в мире технологий формования металлических компонентов.
В данной статье представлены основные сведения о процессе литья металлов под давлением, включая основы, сам процесс, преимущества, сравнение с другими процессами, подходящие типы деталей и области применения.
Для инженеров изучение и понимание процесса литья металлов под давлением имеет важное значение для эффективного проектирования продукции, поскольку часто открывает значительные возможности для снижения затрат.
Что такое литье металлов под давлением?
Литье металла под давлением (MIM) — это метод, при котором металлический порошок смешивается со связующим веществом для литья под давлением. Процесс начинается со смешивания выбранных порошков со связующими веществами, после чего смесь гранулируется для впрыскивания в требуемую форму. Путем удаления связующего вещества и спекания удаляется связующее вещество, в результате чего получается желаемый металлический продукт. Для дальнейшего улучшения качества продукта могут применяться такие процессы, как калибровка, обработка поверхности, термообработка или механическая обработка.
Литье металлов под давлением = Порошковая металлургия + Литье под давлением. Литье металлов под давлением — это важнейшая междисциплинарная технология, объединяющая два совершенно разных метода обработки: порошковую металлургию и литье пластмасс под давлением. Эта интеграция позволяет инженерам освободиться от традиционных ограничений проектирования, используя методы литья пластмасс под давлением для получения недорогих деталей сложной формы из нержавеющей стали, никеля, железа, меди, титана и других металлов, что обеспечивает большую свободу проектирования, чем многие другие производственные процессы.
Процесс литья под давлением металла
Процесс литья металла под давлением делится на четыре этапа: гранулирование, литье под давлением, удаление связующего вещества с помощью растворителя и термическое спекание. Вторичные процессы, такие как механическая обработка, шлифовка или гальванопокрытие Может быть выполнено при необходимости.
1. Гранулирование
Мелкодисперсные металлические порошки смешиваются со связующими веществами и термопластами в точно выверенных пропорциях. Это смешивание происходит в специализированном оборудовании, нагреваемом до определенной температуры для расплавления связующих веществ. В большинстве случаев используется механическое перемешивание до тех пор, пока частицы металлического порошка не будут равномерно покрыты. После охлаждения смесь образует гранулы (сырье), которые можно впрыскивать в полости пресс-форм.
2. Литье под давлением
Гранулированное сырье подается в литьевую машину, нагревается и впрыскивается в полости пресс-формы под высоким давлением для получения «сырой детали». Этот процесс очень похож на литье пластмасс под давлением. Пресс-формы могут быть спроектированы с несколькими полостями для повышения производительности, а размеры полостей должны учитывать усадку, которая происходит в процессе спекания металлического компонента.
3. Удаление связующего растворителя
Удаление связующего вещества — это процесс извлечения связующего из заготовки для получения «заготовки». Этот процесс обычно выполняется в несколько этапов. Большая часть связующего вещества удаляется перед спеканием, а оставшаяся часть поддерживает заготовку при ее поступлении в печь для спекания.
Удаление связующего вещества может быть достигнуто различными методами, наиболее распространенным из которых является экстракция растворителем. После удаления связующего вещества детали становятся полупроницаемыми, что позволяет остаточным связующим веществам легко испаряться на стадии спекания.
4. Термическое спекание
Детали из коричневого металла, очищенные от связующих веществ, помещаются в печь с контролируемой высокой температурой и давлением. Деталь медленно нагревается в защитной атмосфере для удаления остаточных связующих веществ. После удаления связующих веществ деталь нагревается до очень высокой температуры, и зазоры между частицами исчезают по мере их сплавления. Деталь подвергается направленной усадке до проектных размеров и превращается в плотное твердое тело, в результате чего получается конечный продукт.
В процессе спекания коричневая деталь подвергается общей усадке примерно на 20%.
Преимущества литья металлов под давлением
Литье под давлением металла сочетает в себе преимущества порошковой металлургии и литья пластмасс под давлением, преодолевая геометрические ограничения традиционных методов формования металлических порошков. Оно использует возможности литья пластмасс под давлением для производства деталей сложной формы в больших партиях с высокой эффективностью. Будучи технологией, позволяющей получать высококачественные прецизионные детали с минимальными затратами, она предлагает преимущества, несравнимые с традиционной порошковой металлургией, обработкой на станках с ЧПУ и литьем по выплавляемым моделям.
Возможность изготовления деталей очень сложной формы
По сравнению с другими процессами обработки металла, такими как штамповка листового металла, порошковая металлургия, ковка и CNC-обработкаЛитье металла под давлением позволяет создавать детали со сложной трехмерной геометрией. Как правило, конструкции, которые можно получить с помощью литья пластмасс под давлением, также могут быть реализованы с помощью литья металла под давлением. Благодаря этой особенности литье металла под давлением дает возможность объединять несколько деталей, изначально изготовленных другими способами, в единый компонент, упрощая проектирование изделия и снижая затраты на сборку.
Высокая эффективность использования материала
Литье металлов под давлением — это процесс, при котором форма детали близка к окончательной. Он обеспечивает высокую степень использования материала, что особенно важно для снижения потерь при обработке драгоценных металлов.
Однородная микроструктура
Литье металла под давлением — это процесс формования в жидком состоянии. Наличие связующих веществ обеспечивает равномерное распределение порошка, устраняя микроструктурные неоднородности и позволяя спеченным изделиям достигать 95–99% от их теоретической плотности. Такая высокая плотность улучшает прочность, ударную вязкость, пластичность, проводимость и магнитные свойства.
Напротив, традиционная порошковая металлургия позволяет достичь плотности лишь около 85% из-за трения между стенкой формы и порошком, что приводит к неравномерному распределению давления и неравномерной усадке. Это вызывает высокую пористость и плохие механические характеристики, часто требуя более низких температур спекания для смягчения этих эффектов.
Высокая эффективность и масштабируемость
Литье металла под давлением использует литьевые машины для формования заготовок, что значительно повышает эффективность производства и подходит для крупномасштабного производства. Стабильность и повторяемость формованных изделий гарантируют возможность крупномасштабного промышленного производства.
Начните производство от создания прототипа до масштабирования
- Надежная и своевременная доставка по всему миру
- Доступно несколько сертификатов
- Полная проверка перед каждой отправкой
Широкий спектр материалов
Диапазон металлических материалов, пригодных для литья под давлением, очень широк. В принципе, любой порошковый материал, который может быть спечен при высоких температурах, может быть обработан методом литья под давлением, включая труднообрабатываемые и высокотемпературные материалы.
В число используемых материалов входят низколегированная сталь, нержавеющая сталь, инструментальная сталь, сплавы на основе никеля, сплавы вольфрама, карбиды, титановые сплавы, магнитные материалы, сплавы Ковара и тонкая керамика. Более того, литье металлов под давлением позволяет создавать композитные материалы с заданными составами сплавов. Хотя обработка цветных сплавов, таких как алюминий и медь, технически осуществима, обычно она более экономична. литье под давлением или механической обработки.
| Материал | Оценки | Области применения |
| Низколегированная сталь | 4605, 4140 | Различные конструктивные элементы для автомобильной, машиностроительной и других отраслей промышленности. |
| Нержавеющая сталь | 316L, 17-4PH, 420, 440C | Медицинские приборы, детали для часов и часовых механизмов. |
| цементированной карбидной | B771 | Различные режущие инструменты, часы и наручные часы. |
| Керамический гранулированный песок для гидроразрыва | ASTM C1161 | Электроника, товары повседневного спроса и часы (ИТ-оборудование, электроника, товары для дома и часы) |
| Титановый сплав | Ti-6Al-4V | Медицинские и военные конструктивные элементы |
| Магнитные материалы | ASTM A753 | Различные магнитные компоненты |
Высокая точность
Точность размеров деталей, изготовленных методом литья под давлением металла, обычно составляет ±0.5%, а уровень прецизионности достигает ±0.3% и выше. Для мелких деталей точность литья под давлением металла выше, чем у других процессов литья, что часто исключает необходимость вторичной механической обработки. Как и в других процессах, более высокие требования к точности увеличивают затраты, поэтому умеренные допуски приветствуются там, где это позволяет производительность. Допуски, недостижимые при первоначальном литье, могут быть достигнуты с помощью обработки поверхности.
Сравнение с другими процессами
| Атрибут | Литье металла под давлением | Порошковая металлургия | Литье по выплавляемым моделям | Обработка CNC |
| Вес (г) | 0.01 – 1000 | 5г - 1кг | > 1 | > 1 |
| Толерантность (%) | <0.3 | 0.1 | 0.5 – 1.0 | <0.1 |
| Плотность (%) | 98 – 99 | 85 – 92 | 95 – 99 | 100 |
| Прочность (%) | > 97 | 75 | > 95 | 100 |
| Шероховатость поверхности (мкм) | 1 | 1 – 5 | 5 | 0.2 – 4 |
| Толщина стенки (мм) | 0.2 – 10 | > 2 | > 2 | > 1 |
| Многогранность | Высокий | Низкий | Средний | Высокий |
| Гибкость дизайна | Высокий | Средний | Средний | Низкий |
| Производственная мощность | Высокий | Высокий | Низкий | Низкий |
| Диапазон материалов | Высокий | Средний | Средний | Средний |
| Стоимость | Средний | Низкий | Средний | Высокий |
Какие детали подходят для литья металла под давлением?
Хотя литье под давлением металла известно как технология обработки металла пятого поколения, не все металлические детали подходят для этого процесса или экономически целесообразны для него. Только крупносерийные, небольшие, прецизионные металлические детали со сложной трехмерной геометрией и особыми требованиями подходят для литья под давлением металла.
| Характеристика | Минимальный | типичный | Максимальный |
| Вес (г) | 0.03 | 10-15 | 300 |
| Размеры (мм) | 2.0 | 25 | 150 |
| Толщина стенки (мм) | 0.025 | 1-3 | 15 |
| Размер партии (годовой) | 1,000 | 100,000 | 100,000,000 |
Малый вес
Литье под давлением металла лучше всего подходит для изготовления мелких металлических деталей. Типичный вес деталей составляет от 10 до 15 г. Наиболее экономичным вариантом являются детали весом менее 50 г, максимальный вес которых не превышает 300 г.
Небольшие размеры
Этот процесс идеально подходит для деталей малых размеров. Типичные размеры составляют около 25 мм, а максимальные — 150 мм. Литье металла под давлением менее подходит для крупных деталей, поскольку допуски обычно составляют от 0.3% до 0.5% от размера. По мере увеличения размера абсолютные допуски растут, что может привести к несоответствию проектным требованиям или потребовать дорогостоящей дополнительной механической обработки.
Типичная толщина стенок металлических деталей, изготовленных методом литья под давлением, составляет от 1.0 до 3.0 мм.
Сложная геометрия
Литье металла под давлением подходит для деталей с наружными подрезами, наружной резьбой, конусностью, поперечными отверстиями, глухими отверстиями, выступами, шпоночными пазами, ребрами или накаткой поверхности. Для простых форм более экономичным способом может быть штамповка, ковка или порошковая металлургия.
Пакетный объем
Поскольку для литья металлов под давлением требуются пресс-формы, необходимы большие объемы производства, чтобы компенсировать затраты на оснастку. Как правило, для экономической целесообразности процесса требуется годовой объем производства более 100 000 единиц.
Применение литья металлов под давлением
Литье металлов под давлением широко используется в бытовой электронике. автозапчастимедицинские приборы, электроинструменты, промышленное оборудование и товары повседневного спроса.
Потребительская электроника:
Это включает в себя смартфоны, планшеты, ноутбуки, цифровые камеры, носимые устройства и дроны. В 2010 году в логотипах телефонов Blackberry использовалось литье металла под давлением, что положило начало его массовому применению в мобильных телефонах. В том же году Apple последовала этому примеру, расширив и возглавив использование литья металла под давлением для разъемов питания, лотков для SIM-карт, шарниров, колец камер и кнопок. По мере того, как устройства становятся тоньше, а компоненты — точнее, перспективы применения литья металла под давлением в этой области растут.
Автомобильные Компоненты
Литье под давлением металла, как процесс формования без резки, позволяет экономить материал и снижать затраты. Автомобильная промышленность высоко ценит его с 1990-х годов. В настоящее время литье под давлением металла используется для изготовления сложных деталей, биметаллических деталей и микрокомпонентных комплектов, таких как детали турбокомпрессоров, регулировочные кольца, форсунки топливных насосов, лопатки, компоненты коробок передач и детали гидроусилителя руля.
Медицинские приборы
Литье металла под давлением позволяет производить детали с высокой точностью и превосходными механическими свойствами, отвечающие требованиям к небольшим и сложным хирургическим инструментам. Этот метод все чаще используется для изготовления рукояток хирургических инструментов, ножниц, щипцов, стоматологических деталей и ортопедических суставных частей.
Электроинструмент
Изготовление принадлежностей для электроинструментов требует сложной механической обработки и низкого расхода материала, поэтому их производство зависит от литья металла под давлением. Типичные изделия включают в себя фрезы специальной формы, режущие инструменты, крепежные элементы, микрошестерни и компоненты для текстильных или обжимных машин.
Как Getzshape может помочь
Компания Getzshape предоставляет высококачественные услуги по изготовлению деталей на станках с ЧПУ, обработке листового металла, электроэрозионной обработке и многому другому. Используя современное оборудование и строгий контроль качества, мы гарантируем точность и своевременную доставку как прототипов, так и крупных производственных партий. В качестве вашего комплексного партнера по производству, мы оптимизируем процессы закупки материалов, обработки, постобработки и логистики.
