Skillnader mellan metallpulverformsprutning (MIM) och CNC-bearbetning
Det finns två vanliga metoder för tillverkning av metalldelar: MIM (Metal Injection Moulding) och CNC-bearbetning. Branscher som medicin, fordon, flyg och elektronik förlitar sig alla på dessa två metoder. Principerna är olika, och tillämpningarna är också väldigt olika. Att välja rätt process är verkligen avgörande när man tillverkar produkter.
Låt oss börja med MIM (Metal Injection Moulding). Enkelt uttryckt kombinerar den formsprutning av plast och pulvermetallurgi, speciellt för att tillverka små, komplexa metalldelar. Processen går ut på att blanda metallpulver med ett bindemedel för att bilda ett material och sedan injicera det i en form för att forma det. Bindemedlet avlägsnas sedan genom upphettning och slutligen sintras materialet, vilket resulterar i en tät metalldel. Många material kan användas, inklusive rostfritt stål, låg-legerat stål, verktygsstål och titanlegeringar. Pulvret är typiskt 5 till 20 mikrometer i storlek, och metallhalten i råvaran är cirka 65 % till 72 %, främst för att säkerställa god formning utan att göra det för skört. MIM används vanligtvis för små, komplexa delar och högvolymproduktion.
Sedan finns det CNC-bearbetning, som de flesta känner till. Det involverar en datorstyrd-maskin för att skära material och gradvis forma ett fast materialstycke till önskad form. Den kan användas med metaller, plaster och trä, och erbjuder hög precision och repeterbarhet. Det används ofta inom krävande områden som flyg, bil och medicin.
Den största skillnaden mellan de två är att MIM är additiv tillverkning, där material byggs upp lite i taget; CNC är subtraktiv tillverkning, där material skärs bort lite i taget. De är helt motsatta tillvägagångssätt.
Kostnaderna är också olika. MIM-formar är dyra i tidiga skeden, men kostnaden per enhet minskar när volymen ökar, speciellt för komplexa delar, som CNC inte kan matcha. CNC är motsatsen: det är kostnadseffektivt- för små partier av enkla delar, men ju mer komplex detaljen är, desto mer tid och pengar tar CNC, och kostnaden minskar inte mycket även med stora volymer.
Designändringar är ännu mer komplicerade. Att ändra strukturen på en MIM-maskin (Mechanical Manufacturing) kräver i grunden omformning av formen, vilket är kostsamt och tidskrävande-. CNC (Computer Numerical Control) kräver bara att programmet ändras, och det kan modifieras hur du vill, vilket gör det mycket mer flexibelt.
Designändringar är ännu mer komplicerade. Att ändra strukturen på en MIM-maskin (Mechanical Manufacturing) kräver i grunden omformning av formen, vilket är kostsamt och tidskrävande-. CNC (Computer Numerical Control) kräver bara att programmet ändras, och det kan modifieras hur du vill, vilket gör det mycket mer flexibelt.
Fördelarna med MIM inkluderar nästan inget avfall, låg intern spänning, mindre känslighet för deformation och snabb produktionsupptrappning- med en enda form som kan producera en stor mängd delar. Men nackdelarna är också uppenbara: sintring kan påverka materialegenskaper och kan orsaka deformation; råvaran har en hållbarhetstid; och materialvalet är mindre omfattande än med CNC-bearbetning, vilket gör det lämpligt endast för små till medelstora serier av små delar.
Fördelarna med CNC-bearbetning är hög precision, flexibelt materialval, snabb liten-batchproduktion och enkel modifiering. Nackdelarna är högre avfall, högre kostnader för komplexa delar, behovet av ytterligare maskiner för produktion av stora-volymer och inre spänningar under skärning, vilket kan leda till deformation över tid.
När det gäller material kan MIM använda rostfritt stål, verktygsstål, titan, kobolt-krom, hög-temperaturlegeringar, kolstål, nickellegeringar och volframlegeringar, främst i pulverform. CNC är ännu mer mångsidig, kan använda nästan alla material som aluminium, titan, koppar, rostfritt stål och legerat stål, och fasta material kan användas direkt.
När ska man välja MIM (Mechanical Manufacturing)? När volymen är stor är delarna små (helst under 40 gram, inte överstiger 100 gram), strukturen är komplex, toleranskraven är inte på sin gräns, designen kommer inte att ändras, du vill spara material och minimera sekundär bearbetning.
När ska man välja CNC? Små partier, extremt hög precision, stora delar, hög belastning, speciella material, frekventa designändringar och exceptionellt stabil prestanda.
Kvalitetskontroll av MIM är också mycket viktig. Råvarorna och pärmarna ska kontrolleras när de kommer in i fabriken. Efter gjutning måste storleken på den gröna kroppen mätas, och densiteten och prestanda måste också kontrolleras. Efter sintring ska även storlek, tolerans, yta och prestanda kontrolleras. Statistisk processkontroll används för att hålla ett öga på det för att minska skrot.
I allmänhet är MIM lämplig för komplexa,-volymer och billiga applikationer; CNC är lämplig för hög precision, flexibilitet och ett brett utbud av material. Det finns inget enskilt bästa alternativ; valet beror på storlek, struktur, volym, precisionskrav och budget för dina delar. Att välja rätt alternativ är det mest kostnadseffektiva-.
Praktiska tillämpningar av pulverformsprutning inom olika områden
|
Serienummer |
Användningsområden |
Pulverformade produkter |
|
1 |
Elektronisk kommunikation |
SIM-kortplats, vibrator, diskenhetskomponenter, kabelanslutningar, elektronrörshöljen, datorskrivhuvuden, elektroniska paket, kylflänsmaterial |
|
2 |
Fordonsindustrin |
Tändningskontrolllåskomponenter, turboladdarrotor, ventilstyrningskomponenter, komponenter för bilbromssystem, komponenter för solskydd för bilar |
|
3 |
Medicinsk utrustning |
Ortodontiska fästen, inre suturnålar, biopsipincett, strålskydd |
|
4 |
Mrticles för dagligt bruk |
Klockfodral, klockarmband, klockspännen, huvuden och t-shirts för golfklubbor, sportskospännen, sportvapendelar, dokumentbindande slag, små glasögondelar, säkerhetslås och frisörsaxar. |
|
5 |
Maskinindustri |
Oregelbundna fräsar, skärverktyg, mikroväxlar och små mekaniska delar, skyttlar för textilmaskiner |
|
6 |
Vapen och utrustning |
Minrotor, pistolavtryckare, pansar-genomträngande projektilkärna, främre siktbas, klusterpilpilar |
|
7 |
Flyg och rymd |
Flygplansvingjärn, raketmunstycken, missilstjärtfenor, keramiska turbinbladskärnor |
Typiska tillämpningar av MIM (Mechanical Manufacturing) för fordonsprecisionskomponenter
Kugghjul (kraft-/transmissionssystem)
Applikationsscenarier
Kugghjul för motor, oljepump/vattenpumpväxel, växellådas synkroniseringsnav, ställdondrev.
Material
Fe-Ni-legerat stål, 420 rostfritt stål, 17-4PH (hög hållfasthet/nötningsbeständig).
Nyckelvärde
Komplexa kuggprofiler och integrerat nav/kilspår minskar bearbetningsstegen.
Densitet Större än eller lika med 7,6 g/cm³, tandythårdhet HRC 40~50, slitage-och utmattningsbeständig-.
Massproduktion (årskapacitet Större än eller lika med 100 000 enheter) kostar 30-50 % mindre än bearbetning.
MIM-redskap för fordon
Sensorhus (elektroniskt styrsystem)
Applikationsscenarier
ABS-givare, temperatur/tryckgivare, gasspjällslägesgivarehus och bas.
Material
304/316 rostfritt stål (korrosionsbeständigt), aluminiumlegering (lättvikt).
Nyckelvärde
Tunn-väggig (0,5~1,5 mm) + integrerat tätningsspår/monteringshål, skyddsnivå IP67+.
Den har goda elektromagnetiska skärmningsegenskaper, vilket gör den lämplig för anti-interferenskraven för bilelektronik.
Hög dimensionell konsistens, lämplig för automatiserade monteringslinjer.
Bränsleinsprutningskomponenter (bränslesystem)
Applikationsscenarier
Bensin-/dieselinjektorventilhus, nålventilsäte, flödeskontrollring, oljekammare med högt-tryck.
Material
Hög-temperaturlegeringar (som Inconel 718), 440C rostfritt stål (beständig mot hög temperatur/högt tryck/korrosion).
Nyckelvärde
Mikro-fin flödesbana (φ0,1~0,5 mm) + hög-tätningsyta är utformad i ett stycke för att möta högt-trycksförhållanden på 200~300bar.
Den är resistent mot höga temperaturer (-40 grader ~150 grader), bränslekorrosion och har hög långsiktig tillförlitlighet.
Den ersätter precisionsbearbetning, löser problemet med att bearbeta små/djupa hål och förbättrar utbytet till 95 %+.
Komponenter för MIM-bränsleinsprutare för fordon
Andra precisionskomponenter
Turboladdare
Litet pumphjul, justeringsring, värmesköld (högtemperaturlegering, lätt + hög temperaturbeständig).
Växellåda
Växlingsgafflar, skjutreglage och styrblock (komplex struktur + nötningsbeständig-, ersätter smide/bearbetning).
Bromssystem
ABS ställdonets ventilkärna, proportionell ventilenhet (hög precision + pålitlig tätning).
MIM har utvecklats från en "valfri" till en "föredragen" teknik inom området för precisionsfordonsdelar, speciellt för små och komplexa komponenter som växlar, sensorhus och bränsleinsprutningsdelar. Den balanserar prestanda, precision, kostnad och lättvikt, vilket gör den till en viktig tillverkningsteknik för den avancerade utvecklingen och ny energiomvandling av bilar.
