粉末冶金を理解する

仕組み

従来のプレス-および-焼結 PM では、約 50 ミクロンの粉末を扱います。よく見るとわかるくらい粗い。油圧プレスは 150 ～ 700 MPa の圧力をかけて、この粉末を剛性の型内で圧縮します。出てきたものは「グリーン」コンパクトと呼ばれます。機械的な連動により形状を保持しますが、実際の強度はまだありません。密度は理論値の 60 ～ 90% の間にあります。

焼結は雰囲気制御された炉で行われます。鉄-ベースの材料は約 1,120 度で動作します。ステンレス鋼は、通常 1,250 ～ 1,400 度の高温を必要とします。この段階では、原子が粒子の境界を越えて拡散します。パーツの密度が高まり、わずかに (通常は 0.1 ～ 0.3%) 収縮します。

MIMは別の動物です。

この粉末はさらに細かく、約 8 ミクロンであり、ポリマーバインダーと混合して、射出中にプラスチックのように動作する原料を作成します。この原料は 50 ～ 200 MPa で金型に射出されます。成形後、熱プロセスまたは溶剤プロセスを通じてバインダーを除去し、その後焼結します。 MIM 焼結中の収縮は 15 ～ 20% です。工具設計でこれを見逃してしまうと、スクラップが残ってしまいます。

調達チームを驚かせた点の 1 つは、MIM 粉末のコストが従来の PM 粉末の 3-5 倍であることです。微細な球状粒子を得るために必要なガスアトマイズおよびカルボニル分解プロセスは高価である。そのコストはすべての見積もりに現れており、一部のサプライヤーは、一見同様の部品に対して MIM の見積もりがプレスと焼結の代替品よりもはるかに高い理由を説明していません。{4}}

MIM 対 プレス-と-

従来のPMではプレス方向に限界がありました。軸方向の力を加えているため、その軸に垂直なフィーチャは困難です。雌ネジ？起こっていない。クロス穴には二次加工が必要です。-

MIM はこれらの制約を削除しますが、新しい制約を追加します。 150g を超える部品では脱バインダの問題が発生します。壁厚の変動が ±40 ～ 60% を超えると、焼結中に修正するのがほぼ不可能な反りが発生します。

他の製造方法との比較

PM は資材の活用で勝利します。入力素材の 95 ～ 97% を使用しています。 CNC 加工により、在庫の約半分がチップに変換されます。

商用車のオイルポンプギアの機械加工代は 32% でした。 68% の節約は、ほぼ完全に材料とサイクル時間によるものです。

しかし、機械加工には PM が触れられない利点があります。 ±0.01mm の公差が一般的です。欲しい素材なら何でも。経済的に意味のあるプロトタイプの数量。年間約 1,000 ユニット未満では、PM が適切に扱う形状であっても、計算上は通常、機械加工が有利になります。

ダイカストは、サイクル時間がコストを左右する大型の単純な部品に最適です。 PM は、ベアリングやフィルターに必要な場合に、より優れた微細構造制御と意図的な多孔性を提供します。

鍛造はより強い部品を生み出します。同等の合金と比較して約 26% 高い引張強度、ほぼゼロの気孔率、疲労寿命を向上させる粒流整列。-私たちは、お客様が実際に鍛造が必要な用途向けに PM を仕様化し、現場での故障に対処するのを見てきました。

機械的特性: P​​M 鋼は焼結時に 900 MPa の引張強度に達し、熱処理後は 1,200 MPa の引張強度に達します。-密度 97% の MIM 316L は、520 ～ 650 MPa で 35 ～ 50% の伸びを示します。鍛造特性に近いですが、同一ではありません。

アプリケーション

PM 量の大部分を占めるのは自動車トランスミッション部品です。 GKN はフォード F-150 10- 速および GM 9- 速トランスミッション用の部品を供給しています。 MPIF は 750 以上の PM 自動車アプリケーションを文書化しています (mpif.org)。車両 1 台あたりの PM 含有量は、トラックの場合は約 25 kg ですが、トランスミッションの簡素化によりバッテリー EV の場合は約 2.3 kg に減少します。

医療機器は MIM を支持しています。単一部品の MIM コンポーネントとして製造された外科用ステープラーのジョーは、以前は 12 個の機械加工部品を必要としていたアセンブリに取って代わりました。-

過去 10 年間、MIM の販売量の増加を牽引したのは家庭用電化製品です。 Apple の Lightning コネクタは、毎週数千万個の MIM 生産を実行しました。 OPPO Find N2 Flip ヒンジには 136 個の部品があり、多くは MIM です。

航空宇宙産業では、極端な用途に PM を使用しています。 GE の燃料ノズル用の粉末-積層造形は、25% の重量削減を達成しました。ロールスロイスのタービン ディスク-では、飛行に重要な回転部品に PM 超合金が使用されています。-

人々をつまずかせるもの

彼の店が PM 部品で 3 週間苦労した後、ある機械技師から私たちに電話がありました。彼はそれを「機械加工による純粋な摩耗」と表現しました。部品は適度な硬さでテストされましたが、標準の工具を使用しても食い込みました。 PMには、バルク硬度試験では明らかにされない、マトリックス中に分散した非常に硬い粒子が含まれている可能性があることが判明しました。

彼の解決策は、TiN- コーティングされたタップ、冷却剤なしです。乾燥した切りくずは気孔に付着しません。彼は 20 年間、この方法で PM パーツを実行し、一貫した結果を出してきました。

品質管理の面では、MIM を広く使用している業界で議論が続いています。私たちが話を聞いたある機械技師は、率直にこう言いました。「プロセスはうまく機能しますが、品質は完全にそれを実行する工場に依存します。」優れたサプライヤーは一貫した部品を生産します。悪いサプライヤーは、「固有の変動性」を言い訳として隠します。

私たちはこの展開を見てきました。ある顧客は、1 個あたり 12% 節約するために MIM ベンダーを切り替えました。拒否率は 0.3% から 4.2% に上昇しました。節約された分は選別コストと生産の遅れに消えていきました。

MIM サプライヤーを評価するときは、重要な寸法に関する Cpk データを求めてください。プロセス内モニタリングについて質問してください。-認定資格が業界に適合していることを確認してください。自動車用の IATF 16949。航空宇宙用 AS9100D。医療用の ISO 13485。

調達の詳細

工具のリードタイムは 6 ～ 12 週間です。自動車関連作業の PPAP には 1 ～ 2 週間追加します。最初の記事はデザインのリリースから 8 ～ 14 週間かかります。リピート注文: MIM は 4 ～ 8 週間、確立された PM パーツの場合は 2 ～ 4 週間。

設計上の制約は重要です。 MIM の壁の厚さは 1.0 ～ 3.0 mm で最適に機能します。最小0.5mm、最大12.5mm程度。変動は±40～60%以内に抑えてください。パウダーフローのためにコーナーには 0.5mm の半径が必要です。

これを書く理由

私たちは構築します射出成形金型。 MIM ツーリングはその能力の範囲内にあり、精度要件は要求の厳しいプラスチック射出用途で当社が扱うものを反映しています。お客様から MIM が自社のジオメトリに適しているかどうかを尋ねられた場合、私たちはここで説明したのと同じ考慮事項を検討します。

テクノロジーに合わないプロジェクトはお断りしてきました。満足できる部品を生産できない工具に顧客が 6 桁も費やすのを見るよりは、見積もりを失うほうがマシです。

アプリケーションの PM を評価している場合は、ツールにコミットする前に設計をレビューします。実現可能性評価には費用はかかりません。会話には通常 30 分かかり、ジオメトリが機能するかどうか、どのような公差が現実的か、ボリュームが投資に見合うかどうかなどが取り上げられます。

技術リファレンス: MPIF (mpif.org)、Mordor Intelligence (mordorintelligence.com)