Είχαμε πελάτες που ήρθαν σε εμάς με έργα εργαλείων MIM αφού κάηκαν αλλού. Ένας προμηθευτής αυτοκινήτων ξόδεψε οκτώ μήνες αναπτύσσοντας ένα εξάρτημα γραναζιών με έναν πωλητή που δεν καταλάβαινε την αντιστάθμιση συρρίκνωσης πυροσυσσωμάτωσης. Τα εργαλεία παρήγαγαν εξαρτήματα 0,4 mm μικρότερα σε κάθε κρίσιμη διάσταση. Έπρεπε να ξεκινήσουν από την αρχή. Αυτή η εμπειρία μας δίδαξε ότι οι περισσότερες αποτυχίες PM εντοπίζονται σε θεμελιώδη στοιχεία που κάποιος παρέβλεψε ή υπέθεσε ότι θα επιλύσουν.
Πώς λειτουργεί
Για τη συμβατική πρέσα-και-πρεσάρισμα PM, έχετε να κάνετε με σκόνη περίπου 50 microns. Αρκετά χονδροειδές για να δείτε αν κοιτάξετε προσεκτικά. Οι υδραυλικές πρέσες εφαρμόζουν 150-700 MPa για να συμπυκνώσουν αυτή τη σκόνη σε άκαμπτες μήτρες. Αυτό που βγαίνει ονομάζεται "πράσινο" συμπαγές. Διατηρεί το σχήμα του μέσω μηχανικής αλληλοσύνδεσης, αλλά δεν έχει ακόμα πραγματική αντοχή. Η πυκνότητα βρίσκεται κάπου μεταξύ 60-90% της θεωρητικής.
Η πυροσυσσωμάτωση γίνεται σε κλιβάνους ελεγχόμενης ατμόσφαιρας. Τα υλικά με βάση τον σίδηρο-τρέχουν περίπου 1.120 μοίρες . Οι ανοξείδωτοι χάλυβες χρειάζονται υψηλότερες θερμοκρασίες, συνήθως 1.250-1.400 βαθμούς. Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου, τα άτομα διαχέονται κατά μήκος των ορίων των σωματιδίων. Το τμήμα πυκνώνει και συρρικνώνεται ελαφρά, συνήθως 0,1-0,3%.
Το MIM είναι ένα διαφορετικό ζώο.
Η σκόνη είναι πολύ λεπτότερη, περίπου 8 μικρά, αναμιγνύεται με συνδετικά πολυμερών για να δημιουργήσει πρώτη ύλη που συμπεριφέρεται σαν πλαστικό κατά την έγχυση. Αυτή η πρώτη ύλη εγχέεται σε καλούπια στα 50-200 MPa. Μετά τη χύτευση, αφαιρείτε το συνδετικό μέσω θερμικής ή διαλυτών διεργασιών και στη συνέχεια πυροσυσσωματώνετε. Η συρρίκνωση κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης MIM είναι 15-20%. Το χάσετε αυτό στο σχεδιασμό εργαλείων σας και έχετε σκραπ.
Ένα πράγμα που εκπλήσσει τις ομάδες προμηθειών: η σκόνη MIM κοστίζει 3-5 φορές τη συμβατική σκόνη PM. Οι διαδικασίες ψεκασμού αερίου και αποσύνθεσης καρβονυλίου που απαιτούνται για λεπτά σφαιρικά σωματίδια είναι δαπανηρές. Αυτό το κόστος εμφανίζεται σε κάθε προσφορά, και ορισμένοι προμηθευτές δεν εξηγούν γιατί οι τιμές MIM τους είναι τόσο υψηλότερες από τις εναλλακτικές πιέσεις-και πυροσυσσωμάτωσης για φαινομενικά παρόμοια ανταλλακτικά.
MIM έναντι πιέσεων-και-Sinter
| Συμβατικό PM | MIM | |
|---|---|---|
| Μέρος βάρος | 0,68g έως 6,8kg | Κάτω από 50 g τυπικό, 150 g max |
| Πυκνότητα | 85-92% | 95-99% |
| Ο πιο λεπτός τοίχος | Περίπου 2 χιλιοστά | Δυνατότητα 0,3 mm |
| Ανοχή | ±0.3-0.5% | ±0,3% ή καλύτερα |
| Γεωμετρία | Κυρίως 2D | Υποτομές, νήματα, διασταυρούμενες-τρύπες |
| Εργαλεία | $2,000-$10,000 | $10,000-$50,000 |
| Διακοπή έντασης-ζυγής | 5.000/έτος | 10.000/έτος |
Ο περιορισμός του συμβατικού PM προέρχεται από την πιεστική κατεύθυνση. Εφαρμόζετε αξονική δύναμη, επομένως τα χαρακτηριστικά κάθετα σε αυτόν τον άξονα είναι δύσκολα. Εσωτερικά νήματα; Δεν συμβαίνει. Οι διασταυρούμενες-τρύπες απαιτούν δευτερεύουσα κατεργασία.
Το MIM αφαιρεί αυτούς τους περιορισμούς αλλά προσθέτει νέους. Ανταλλακτικά άνω των 150 γραμμαρίων αντιμετωπίζουν δεσμευτικές προκλήσεις. Η διακύμανση του πάχους του τοιχώματος πέραν του ±40-60% προκαλεί στρέβλωση που είναι σχεδόν αδύνατο να αποκατασταθεί κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης.
Ένας πελάτης μας ρώτησε πέρυσι για ένα ανταλλακτικό MIM 200g με αναλογία πάχους τοιχώματος 4:1. Τους είπαμε ότι δεν θα λειτουργήσει. Πήγαν σε άλλον προμηθευτή ούτως ή άλλως, ξόδεψαν 45.000 $ για εργαλεία και επέστρεψαν έξι μήνες αργότερα μετά την κατάργηση του έργου. Ορισμένες γεωμετρίες απλώς δεν ταιριάζουν με το MIM, ανεξάρτητα από το τι υπόσχεται μια πεινασμένη ομάδα πωλήσεων.
Ενάντια σε άλλες μεθόδους παραγωγής
Ο PM κερδίζει στη χρήση υλικού. Χρησιμοποιείτε το 95-97% του υλικού εισόδου. Η κατεργασία CNC μετατρέπει ίσως το μισό απόθεμά σας σε μάρκες.
Ένας εξοπλισμός αντλίας λαδιού επαγγελματικού οχήματος που αναφέραμε κατά της μηχανικής κατεργασίας ήρθε στο 32% του κόστους μηχανικής επεξεργασίας. Η εξοικονόμηση 68% προήλθε σχεδόν εξ ολοκλήρου από υλικό και χρόνο κύκλου.
Αλλά η μηχανική κατεργασία έχει πλεονεκτήματα που δεν μπορεί να αγγίξει το PM. Οι ανοχές ±0,01 mm είναι ρουτίνα. Όποιο υλικό θέλετε. Πρωτότυπες ποσότητες που έχουν οικονομικό νόημα. Κάτω από περίπου 1.000 μονάδες ετησίως, τα μαθηματικά συνήθως ευνοούν τη μηχανική κατεργασία ακόμη και για γεωμετρίες που χειρίζονται καλά τα PM.
Η χύτευση κερδίζει για μεγαλύτερα απλά εξαρτήματα όπου ο χρόνος κύκλου οδηγεί στο κόστος. Το PM προσφέρει καλύτερο μικροδομικό έλεγχο και σκόπιμο πορώδες όταν το χρειάζεστε για ρουλεμάν ή φίλτρα.
Η σφυρηλάτηση παράγει ισχυρότερα μέρη. Περίπου 26% υψηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό για ισοδύναμα κράματα, σχεδόν-μηδενικό πορώδες, ευθυγράμμιση ροής κόκκων που βελτιώνει τη διάρκεια ζωής της κόπωσης. Έχουμε δει πελάτες να ορίζουν PM για εφαρμογές που χρειάζονταν πραγματικά σφυρηλάτηση και μετά να αντιμετωπίζουν αστοχίες πεδίου.
Στις μηχανικές ιδιότητες: Ο χάλυβας PM προσκρούει σε εφελκυσμό 900 MPa ως-πυρηνωμένο, 1.200 MPa μετά από θερμική επεξεργασία. Το MIM 316L σε πυκνότητα 97% τρέχει 520-650 MPa με επιμήκυνση 35-50%. Κοντά σε σφυρήλατα ιδιότητες αλλά όχι πανομοιότυπα.
Εφαρμογές
Τα στοιχεία μετάδοσης του αυτοκινήτου κυριαρχούν στον όγκο PM. Η GKN προμηθεύει ανταλλακτικά για κιβώτια ταχυτήτων Ford F-150 10-ταχύτητας και GM 9-. Το MPIF εγγράφει περισσότερες από 750 μ.μ. εφαρμογές αυτοκινήτων (mpif.org). Η περιεκτικότητα PM ανά όχημα είναι περίπου 25 κιλά για τα φορτηγά, πέφτοντας στα 2,3 κιλά περίπου για τα ηλεκτρικά ηλεκτρικά με μπαταρία, καθώς απλοποιούνται οι μεταδόσεις.
Οι ιατρικές συσκευές ευνοούν το MIM. Οι σιαγόνες χειρουργικού συρραπτικού που κατασκευάζονται ως εξαρτήματα MIM μονού-κομματιού έχουν αντικαταστήσει συγκροτήματα που απαιτούσαν 12 κατεργασμένα εξαρτήματα.
Τα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης οδήγησαν την αύξηση του όγκου πωλήσεων της MIM την τελευταία δεκαετία. Ο σύνδεσμος Lightning της Apple εκτελούσε παραγωγή MIM σε δεκάδες εκατομμύρια εβδομαδιαίως. Ο μεντεσές OPPO Find N2 Flip έχει 136 εξαρτήματα, πολλά MIM.
Η Aerospace χρησιμοποιεί PM για ακραίες εφαρμογές. Η κατασκευή πρόσθετων{1}}με βάση τη σκόνη της GE για ακροφύσια καυσίμου επιτυγχάνει μείωση βάρους 25%. Οι δίσκοι τουρμπίνας στη Rolls-Royce χρησιμοποιούν υπερκράματα PM για κρίσιμα περιστρεφόμενα εξαρτήματα πτήσης-.
Τι ταξιδεύει τους ανθρώπους
Μας τηλεφώνησε ένας μηχανικός αφού το κατάστημά του πάλευε με ένα εξάρτημα PM για τρεις εβδομάδες. Το περιέγραψε ως «κατεργασία καθαρής τριβής». Το εξάρτημα δοκιμάστηκε σε λογική σκληρότητα αλλά έτρωγε με τυπικά εργαλεία. Αποδεικνύεται ότι το PM μπορεί να περιέχει πολύ σκληρά σωματίδια διασκορπισμένα στη μήτρα που δεν αποκαλύπτει η μαζική δοκιμή σκληρότητας.
Η λύση του: βρύσες με επίστρωση TiN-, χωρίς ψυκτικό. Τα ξηρά τσιπ δεν κολλάνε στο πορώδες. Έτρεχε τα τμήματα PM με αυτόν τον τρόπο για είκοσι χρόνια με σταθερά αποτελέσματα.
Από την πλευρά του ποιοτικού ελέγχου, υπάρχει μια συνεχής συζήτηση σε βιομηχανίες που χρησιμοποιούν εκτενώς το MIM. Ένας μηχανολόγος με τον οποίο μιλήσαμε το είπε ξεκάθαρα: η διαδικασία λειτουργεί καλά, αλλά η ποιότητα εξαρτάται αποκλειστικά από το κατάστημα που τη διαχειρίζεται. Οι καλοί προμηθευτές παράγουν σταθερά εξαρτήματα. Οι κακοί προμηθευτές κρύβονται πίσω από την «εγγενή μεταβλητότητα» ως δικαιολογία.
Το έχουμε δει αυτό το παιχνίδι. Ένας πελάτης άλλαξε προμηθευτές MIM για να εξοικονομήσει 12% ανά τεμάχιο. Το ποσοστό απόρριψης έφτασε από 0,3% σε 4,2%. Οι οικονομίες εξαφανίστηκαν στο κόστος διαλογής και στις καθυστερήσεις παραγωγής.
Κατά την αξιολόγηση προμηθευτών MIM, ζητήστε δεδομένα Cpk για κρίσιμες διαστάσεις. Ρωτήστε για-την παρακολούθηση της διαδικασίας. Επαληθεύστε ότι οι πιστοποιήσεις ταιριάζουν με τον κλάδο σας. IATF 16949 για αυτοκίνητα. AS9100D για την αεροδιαστημική. ISO 13485 για ιατρική.
Ειδικές Προμήθειες
Οι χρόνοι παράδοσης είναι 6-12 εβδομάδες για την επεξεργασία εργαλείων. Προσθέστε 1-2 εβδομάδες για το PPAP για την αυτοκινητοβιομηχανία. Τα πρώτα άρθρα χρειάζονται 8-14 εβδομάδες από την κυκλοφορία του σχεδιασμού. Επαναλαμβανόμενες παραγγελίες: 4-8 εβδομάδες MIM, 2-4 εβδομάδες για καθιερωμένα εξαρτήματα PM.
Οι περιορισμοί σχεδιασμού έχουν σημασία. Το πάχος τοιχώματος MIM λειτουργεί καλύτερα στα 1,0-3,0 mm. Ελάχιστο 0,5 mm, μέγιστο περίπου 12,5 mm. Διατηρήστε τις παραλλαγές εντός ±40-60%. Οι γωνίες χρειάζονται ακτίνες 0,5 mm για ροή σκόνης.
Γιατί το γράφουμε αυτό
χτίζουμεκαλούπια έγχυσης. Τα εργαλεία MIM εμπίπτουν σε αυτήν την ικανότητα και οι απαιτήσεις ακρίβειας αντικατοπτρίζουν αυτό που χειριζόμαστε για απαιτητικές εφαρμογές έγχυσης πλαστικού. Όταν οι πελάτες ρωτούν εάν το MIM έχει νόημα για τη γεωμετρία τους, εξετάζουμε τις ίδιες σκέψεις που καλύπτονται εδώ.
Απορρίψαμε έργα που δεν ταιριάζουν με την τεχνολογία. Προτιμούμε να χάσουμε μια προσφορά παρά να παρακολουθήσουμε έναν πελάτη να ξοδεύει έξι νούμερα σε εργαλεία που δεν μπορούν να παράγουν αποδεκτά ανταλλακτικά.
Εάν αξιολογείτε το PM για μια εφαρμογή, θα εξετάσουμε το σχέδιό σας προτού δεσμευτείτε για την επεξεργασία εργαλείων. Χωρίς χρέωση για αξιολόγηση σκοπιμότητας. Η συζήτηση διαρκεί συνήθως τριάντα λεπτά και καλύπτει εάν η γεωμετρία λειτουργεί, ποιες ανοχές είναι ρεαλιστικές και αν ο όγκος δικαιολογεί την επένδυση.
Τεχνικές αναφορές: MPIF (mpif.org), Mordor Intelligence (mordorintelligence.com)