金属注射プロセスMIM部品の製造可能性設計

 

発売日：[2024/4/28]
 

MIM部品の設計はプラスチック射出成形と比較して類似している。

伝統的な金属接合成形技術の制限を受けないため、部品設計者は最初から、新しい観点で新しい部品を再想定することができ、生産技術がどのように材料の重量を減らし、どのように複数の部品を1つの部品に組み合わせるか、どのように機能性と装飾性の特徴を成形するかを想定することができる。
MIM部品（以前他のプロセスで生産された部品を新設計したものであれ代替したものであれ）が設計過程でMIMプロセスの優位性を十分に発揮し、プロセス性を強化するために、以下の設計基準を提出する。

一.プロセス設計

最も簡単なMIM部品は、2つの半型ダイが平面結合密閉されて形成されたキャビティを用いて製造される。

このうち、半型は別の半型に取り付けられた均一な隙間を残したコアからなり、均一な隙間を残したのは成形肉厚が均一であるための部品である。

コア成形は部品内部の構造特徴であり、キャビティ成形は部品外部の構造特徴である。

設計されたすべての構造的特徴は、キャビティから抜け出すことができ、トップロッドでコアから抜け出して凝固することができる成形部品でなければならない。

MIM部品の複雑さが増すと、スライダ、コア、プラスチック射出成形に一般的に使用される他のツールを追加して成形することができる。

部品構造の特徴を増加させると同時に、部品の複雑さが増大し、この場合、一般的な後続加工や組立作業に関連する工具や技術装備の運転費用を解消することができるため、MIM部品は経済的利益を得ることができる。

設計の各段階では、これらの利益とコストの相互間のトレードオフに注意しなければなりません。

MIM部品を設計する際に、この技術上のすべての利益を十分に得るには、肉厚均一、厚さ遷移段、脱芯穴、離型傾斜、リブとスポーク板、面取りと逆円、ねじ、穴と溝、ルートカット、キャスティングシステム、分離線、装飾性特徴、焼結支持などのキーを考慮しなければならない。

以下、それぞれ説明する。

1.1肉厚均一

可能であれば、MIM部品全体の肉厚は同じであるべきです。厚みが異なると、ねじれ、内部応力、穴、ひび割れ、くぼみが発生します。また、収縮が不均一になり、寸法公差と制御に影響を与えることもあります。

部品の厚さは1.3 ~ 6.3 mmの範囲が好ましい。

MIM部品の肉厚を均一にするために、いくつかの一般的な形状変更方法が提供されている。

1.2厚さ遷移セグメント

肉厚均一を満たすことができない場合もありますが、異なる厚さの間は徐々に移行するように設計されている必要があります。

1.3脱芯穴

脱芯穴を利用して横断面を基準限界まで減少させ、均一な肉厚に達し、材料の消費を減少させ、切削加工作業を減少または解消することができる。

優先方向は型開きに平行な方向、言い換えれば、分離線に垂直な方向である。

コアロッドは両端に支持されているので、貫通孔を使用した方がよく、盲孔を使用せず、盲孔はカンチレバーを使用している。

1.4型抜き勾配

離型勾配は、モデル部品の移動方向に平行な表面上の小さな角度です。

コアロッドの場合は、特に正確にしてください。

離型勾配は、脱出と押出成形のための部品胚材である。離型勾配は一般的に0.5度~ 2度である。実際の離型勾配の大きさは、成形された穴や凹みの深さ、部品の複雑さが大きくなったり、コアの個数が多くなったりするにつれて大きくなります。

1.5補強リブとスポークプレート

補強リブとスポークプレートは、薄い壁を補強し、厚い断面を回避するために使用される。

肉厚の強度と剛性を高めるだけでなく、材料の流れと制限ねじれを改善することもできます。

補強リブの厚さは、隣接する壁の厚さを超えてはならない。構造的には厚い補強リブが必要であり、代わりに複数の補強リブを用いるべきである。

推奨される補強リブの割合。部品の機能的強度を維持しながら、補強リブと脱芯穴をどのように利用して重量を減らすか。

1.6面取りとラウンド

面取りとラウンドは構造特徴の交差点の応力を減少させることができる、モデル構造の特徴の亀裂腐食を引き起こす可能性のある尖った角を取り除き、射出材料のモデルへの流入と部品のキャビティからの脱出を容易にし、成形作業の進行に有利である。

1.7ねじ山

内、外ネジはMIM技術で成形することができますが、コアをねじるよりもタップで攻めるネジの方が精密でコストが安いです。

成形ねじを捻出するモデル部材を除去するためには、成形ねじのモデル部分、雄ねじはモデル構築の分離線上に位置することが望ましい。

ねじ直径のねじ公差を維持するために、一般的には分離線上に0.127 mmのファセットがあることが規定されており、これによりモデルを適切に密封することが保証され、分離線の痕跡を減らすことができ、ねじ山の根元にバリが発生することを回避でき、モデルの修理を減らすことができる。

1.8穴と溝

穴と溝は、部品の品質と成形のすべての肉厚を減らす以外に、MIM部品の有用な機能性構造特徴であり、一般的に部品の価格を高めることはありません。

しかし、穴と溝を増やすと金型の複雑さが増し、金型コストを増やす必要がある。分離線に垂直な穴は最も成形しやすく、費用が最も安い。分離線と平行な穴は、成形しやすいが、スライダや油圧シリンダを増やす必要があり、これにより、前金型製造のコストが増大する。

内部の連通孔は成形可能である。

可能であれば、コアロッドに平面を作るために、穴をD型穴にして金型のシール性を強化しなければならない。そうでなければ、嵌合部品を円弧曲面にする必要があり、その薄い刃に異常な摩耗が生じる。

1.9本切り

二重開放型金型を使用すると、外部ルートは分離線上で成形しやすく、この形状を製造するには金型部品を増やし、金型コストを増大させ、生産性を低下させる必要がある。

いくつかの内部ルートはスライダで作成でき、他のいくつかは可動コアで形成できます。

ほとんどのMIM部品設計では、コストが増加し、バリが発生する可能性があるという問題があるため、設計者は内部ルートカットをキャンセルすることを決定することがあります。

1.10注型システム

射出材料はゲートを通って金型キャビティに入っているが、MIM射出材料の金属含有量が高いことを考慮すると、MIMのこれらのゲートは一般的にプラスチック射出成形よりずっと大きい。

ゲートは通常、完成品部品が成形キャビティから抜け出した場所に痕跡を残すため、ゲートの設置には必要な技術性、機能、寸法制御及び美学のバランスが必要である。

ゲートは、図10に示すように、射出材料が流れる経路がキャビティ壁またはコアロッドに衝撃を与えるように、金型分離ラインに設置することが好ましい。

また、肉厚の異なる部品では、通常、射出材料が肉厚の断面から薄い断面に流れるようにゲートが最も厚い断面に設置されています。このようにゲートを設けることで、穴、溝、応力集中、部品表面上の流線を除去することができます。

マルチキャビティで部品を生産するには、充填速度が均衡している場合にキャビティごとに供給される射出材料の量が同じであることを保証するために、ゲートの大きさと設置も考慮しなければならない。

1.11分離線

可能であれば、成形された部品が金型から取り出されるように、すべての構造特徴の配向は分離線に垂直でなければならない。

通常、分離線は部品表面の証示線になり、これは2つの対半モデルの結合の必然的な結果である。

上半分のモデルで部品全体の幾何形状を成形します。この場合、分離線は部品の底辺に沿ってしかなく、分離線は生成されません。通常、モデルは注目されないエッジに沿って分離するように設計され、分離線を「隠す」ことができます。

分離線は平面上にあることが好ましいが、成形に必要な構造的特徴のために簡単な形状を変更しなければならない場合がある。

部品の複雑性を増大させ、金型の製造と修理費用を増加させるが、この構造特徴を鋳造成形する場合、コストが低下する可能性があり、そうでなければ切削加工や組立作業を行う必要がある。

1.12装飾的特徴

マーク、エンボス、部品数及び型番号、穴番号識別マークは、いずれも部品の適切な位置に成形しやすく、部品コストを増大させることはありません。

これらの特徴は突出していても凹んでいてもよく、MIMプロセスは比較的鋭いダイヤモンドエンボスを含む高レベルの特徴詳細を作成することができる。

1.13焼結体支持

MIM部品ブランクは脱脂と焼結の過程で、約20%収縮し、発生する可能性のあるねじれ変形を最小限にするために、MIM焼結時にMIM部品を適切に支持しなければならない。

一般に、MIM部品は、平板セラミックスまたはトレイ上に配置される。

焼結用の平板またはトレイは、標準的なブラケットを使用できるように、大きな平面またはいくつかの部品構造特性が共通の平面を持つように設計することが望ましい。スパンが長く、カンチレバーがある、または破損しやすいMIM部品は、部品の専用ブラケットまたは固定装置で支持する必要がある場合があります。これらの生産費はいずれも高い。

二.焼結後加工

MIMプロセスの公差が±（0.3〜0.5%）の間にあることを考慮すると、多くの部品は最終サイズに焼結され、部品のある構造特徴の公差が比較的緊密であれば、後続の機械加工を行うことができる。

MIM部品材料は、切削加工、タップねじ、ドリル、プル仕上げ、研削、または鍛造品のように溶接することができる。

強度、硬度計の耐摩耗性を改善するために、MIM部品も熱処理することができる。

また、MIM部品は通常、相互に連通する空隙度を0.2%以下に制限しているため、通常の着色とめっきを行う際には、特別な表面調製を行う必要はない。

三.おわりに

部品は粉末冶金部品の成形技術の新型成形技術として、数十年の発展を経て、すでに個別、少数部品の実験開発から、大規模な生産の段階に発展した。

MPIFが毎年開催している粉末冶金部品設計で受賞したMIM部品プロジェクトから、北米でのMIM部品の発展傾向が明らかになった。

1997 ~ 2001年、MPIFが粉末冶金部品コンテストで毎年評価した受賞部品は15 ~ 18個だった。受賞部品のカテゴリの欄では、1997 ~ 2004年まではMIMで表示されていたが、2005年からは受賞したMIM部品を航空宇宙/軍需産業、医療/歯科、手動工具/娯楽、電子/電気、金物/用具、産業用電機/制御装置、その他のカテゴリー7に分類した。

これらは、MIM部品の生産が北米で漸進的な発展段階に入っていることを示している。

中国大陸では、電子デジタル製品のMIM部品への強い需要のおかげで、大小のMIM企業が全国に分布し、長江デルタ、珠江デルタ、北京と周辺地域に集中している。中国大陸でMIM部品の基本知識と生産応用を大いに普及させ、特により多くの分野での応用が急務である。