金属射出成形MIM金型設計

MIM（金属射出成形）のための金型の設計は簡単な任務ではなく、公差の要求が厳しく、複雑な詳細な問題に特に注意する必要があり、これらのすべては氷山の頂上に登るように、非常に困難である。
高い公差精度、バリなし、超高表面品質、これらのすべての基準は金具ダイカスト金型の製造過程で満たさなければならないいくつかの要求である。間違いなく、このレベルを達成できる金型メーカーはいくつかありますが、極めて少ないです。しかし、この業界を選んだ会社にとっては「利益がある」。David Lewis Sr.氏はMatrixツール社（PAのFairview地区）の社長で、射出成形型と金属ダイカスト型（MIM）を生産する金型メーカーで、無線通信、医療、電子/電気、自動車、個人保護品業界に金型を提供しています。Lewis氏は「同社は最初は精密射出成形品を生産していたが、後にMIM金型の生産に従事した」と話した。
Lewis氏の経験によると、MIM金型の構造は中小型部品の生産に最適である。Matrix社は医療機器業界に大きく貢献しており、同業界で使用されている外科医療機器の部品重量は0.15「23.4 gの間。「他の部品には、時計カバー、伝動歯車、金属切削工具、クランプ、ノミチップが含まれており、60 gまでの重量がある」と述べ、「ゴルフクラブヘッドの交換部品など、より大きな部品があることは知っている。要するに、射出成形型と金属ダイカスト型の製造は品質とサービスに対しても高い要求がある」と述べた。Karl Hens氏は、以前はMedSourceテクノロジー（ミネソタ州ミネアポリス市）の技術副社長だったLewis氏の見解に共感している。エンジニアリング設計、製品開発、生産サービスを提供するプロバイダであり、医療機器業界にサプライチェーン管理ソリューションを提供しています。「MIM金型メーカーを求める時、私はまずその規律性と組織性がどうであるか、大きな工場であるか、ISO規格を採用するか、そのすべてのプログラムが規範化されているかどうかを見なければならない」と彼は言った。「MIM金型製造のような複雑なことに関連して、金型メーカーが組織的な能力を持っていないと、災害に見舞われます。品質が鍵であり、さらに困難なのは、私たちは医療業界に従事しており、迅速かつタイムリーな発売が重要です。そして、私たちも迅速な回転を望んでおり、品質と急速な回転を満足させるのは往々にして困難であることが多い」。
MIMの基礎知識「まず、MIM金型の設計には良い計画が必要だ」とLewis氏は指摘する。「これは成否の基礎であり、鍵であるからです。加工生産における金型の位置ずれを防止するための優れた冷却水ラインレイアウトと分離ラインロック装置、キャビティとコア側壁を良好に支持する金型フレーム、特定の部品の離型に適した方法を含むべきです」「MIM金型の基本構造は射出成形型と似ており、わずかな例外しかありません」とLewis氏は付け加えた。「その中には、キャビティとコア鋼材、閉角継手とスライダの選択、材料に良好な流動性を持たせる流路システムの設計、シャッタの位置、通気深さ、プレス成形領域の表面品質、キャビティとコアの詳細に応用されるめっき層の正確な選択が含まれている」とHens氏はこれらの観点を詳しく述べた。「多くの金型製造業者は設計図に基づいて金型の製造を開始するので、金型を製造する際には、メカニックや成形労働者に多くの自由度を与えて詳細な設計を行っています。しかし、この方法は一般的にMIM金型の製造には無効です」と同氏は言う。「金型製造業者とMIM成形労働者は、金型のレイアウトを観察するのではありません。彼らの主な任務は、詳細な図面のセットを研究し、観察することです。金型の前面細部設計に費やす時間が多ければ多いほど、金型が成功するまでにかかる時間は少なくなります。細部設計には、金型部品材料の選択、金型とキャビティの公差、表面品質とコーティング、シャッタと流路のサイズ、通気口の位置が含まれます。セットサイズ、圧力センサ位置。MIM金型の成功した製造において、離型と冷却は重要な問題となっている。」
1.キャビティ/コアに使用する鋼材
Lewis氏によると、キャビティ/コアに使用される鋼材は、プレス成形材料による摩耗に耐えられるはずだ。「プレス成形複合材料と接触する鋼材（シャッタと流路を含む）は、D-2やA-2工具鋼のような耐摩耗性の高いクロム含有量と高硬度工具鋼で作られなければならない」と彼は評価した。MIM金型の材料は、非常に重視する必要があります。
2.角/スライダを閉じる
「MIM金型製造プロセスでは、バリは深刻な問題であり、成形作業者にとって実質的な問題である」とLewis氏は言う。「このような問題を防止するためには、すべての閉鎖角と摺動領域の良好な配合が重要であり、それだけで良質なMIM部品を生産することができる。金型メーカーは三角法を用いて転がり寸法を計算し、その後この知識を応用して陰、陽面鋼材の閉鎖角を検査し、彼が計算した寸法の±0.0001公差の範囲内に収まるようにしなければならない」MIM金型の供給部品はバリに敏感で、バリが発生しやすいため、一般的に保持する必要がある公差は金型にとってかなり正確である。「プラスチック部品にバリが発生すると、バリは簡単に除去されますが、金属の場合は刃先のようにバリが問題になります」と彼は説明した。「バリが発生しない金型を作らなければなりません」
3.通気口の深さ
Lewis氏は、さまざまな金型において、プレス材料から発生する内部ガスを放出するためには、良好な通気口を採用することが重要だと説明している。MIM金型は通気口の深さにおいて射出成形型と大きく異なることを指摘した。「典型的なプラスチック金型は、その成形樹脂によっては0.0005"0.002 in（1 in=25.4 mm）の深さの通気口があちこちにあるかもしれないが、MIM金型はこれらの通気口の奥に必ずバリが生じる」と説明し、「MIM金型の通気口の深さは一般的に0.0001"0.0002 inの間にあるが、選択することによって複合金属材料を成形することによっても変化する可能性がある」とHens氏によると、良い供給物はその後の凝固過程で収縮率が極めて低い。「形状保持力をできるだけ強化するために、金属粉末充填剤を大量に使用しており、その使用量は体積の70%に近いことが多い」と説明した。「高充填フィードの良好な流動性を得るために、低分子量の分子と結合剤を採用し、MIMフィードに高いバリ感度を発生させ、多くの充填ナイロン材料が示す特性と類似している。パラフィンとポリエチレン/グリセリンフィードはアセチルフィードより良い特性を持っているが、高いバリ感度に影響を与える」
4.研磨
MIM部品のもう1つの重要な領域は、プレス成形領域の表面品質である。「キャビティ領域からの離型は、成形中に収縮率が極めて低いため、キャビティとコア工具鋼の表面品質に大きく依存する」と同氏は述べた。「接着剤材料がポストプレス成形プロセスによって抽出されない限り、金属成形品の収縮は実際には起こらない。そのため、プレス成形領域の研磨は非常に重要である。一般的に、プレス表面は600複合仕上げに達するべきであり、少ない場合にはダイヤモンド仕上げに達する必要があるかもしれない」
5.めっき
「クロムやニッケルのような高硬度めっき層は、プレス金具の離型過程での効率を高め、高研磨表面を結合することで、より良い効果をもたらすことができる」とLewis氏は説明する。「クロムやニッケルには放出剤が添加されているタイプがあり、その目的は離型特性を高めるためだ」。
学習曲線
基本的な知識を身につけた後も、考慮してから順序を追って漸進的に学習する必要がある要素が増えています。射出成形型の設計経験は、徐々に蓄積する必要がある。Hens氏によると、MIMのもう一つの挑戦は原材料から来ており、一般的に供給される材料を指す。その内部には非常に微細な金属粉末が多く含まれているため、体積の70%近くになることが多い。「金属粉末が最終的な部品を作ったのです」と彼は説明した。「プラスチック部品は金属粉末に流動性を高め、射出成形後にすべて除去します。粉末は少し摩擦性があるので、硬い工具を用いて高い主軸回転速度で加工しなければなりません。多くの金型業者は高速工作機械がないため、アブレーション方式で加工するしかありません。しかし、MIMには緊密な公差が必要なため、粗い表面品質を残すことはできません」

Hens氏は、異なる金属は基本的に同じ金型製造要件を持っており、異なる収縮率を挿入する必要がある場合を除いては、と付け加えた。「ここでいうのは金型内部の収縮率ではありません。部品が金型から離脱したときや加熱炉に入ったときにのみ収縮現象が発生します」と同氏は説明し、「金型では収縮率はほぼゼロに近く、1インチあたりの収縮率は0.001 in未満であるため、金型での収縮は極めて小さい」と説明した。また、Hens氏は最後の忠告をした。「経験によると、一部の金型工場では、彼らが直面している課題を認識する前に品質の悪い金型を製造していた」と彼は言った。「いつでも、ある金型工場がMIM工場のために最初の金型を製造した後、金型の設計に加えて、すでに多くの時間がかかっています。一般的には、その結果、金型が良く、所定の作業目標を達成したか、最初の金型の試用を経た後、わずかな変更しかしていません。最初の金型の詳細を細かく分析するのは容易なようですが、それによって金型の細さ節は過度な自信を生む。多くの時間と資金を費やして2つ目の金型を調整する場合も異常ではなく、再加工の問題に触れることが多い。その点、金型メーカーは道の厳しさを知っていて、もし彼らがこの点でMIM金型を放棄しなければ、一般的には、その後に生産される金型は非常に優秀になるでしょう」