21世紀の金属粉末射出成形技術

 

発売日：[2024/1/30]
 

金属粉末射出成形技術（MetalPowderInjectionMolding、略称MIM）は、現代プラスチック射出成形技術を粉末冶金分野に導入して形成された新しい粉末冶金近接正味成形技術である。その基本的なプロセスは：まず固体粉末と有機バインダーを均一に混練し、造粒後に加熱可塑化状態（~ 150℃）で射出成形機でキャビティ内に注入して硬化成形し、その後、化学または熱分解の方法で成形ブランク中のバインダーを除去し、最後に焼結して緻密化して最終製品を得る。伝統技術と比べ、精度が高く、組織が均一で、性能が優れ、生産コストが低いなどの特徴があり、その製品は電子情報工学、生物医療機器、事務設備、自動車、機械、金物、スポーツ機器、時計業、兵器及び航空宇宙などの工業分野に広く応用されている。そのため、国際的にはこの技術の発展は部品成形と加工技術の革命を招くと考えられており、「今最も人気のある部品成形技術」と「21世紀の成形技術」と呼ばれている。
1973年に米国カリフォルニア州Parmatech社が発明し、1980年代初頭には欧州の多くの国や日本もこの技術の研究に精力を注ぎ始め、急速に普及した。特に80年代半ばには、この技術が産業化を実現して以来、さらに飛躍的な発展を遂げ、毎年驚くべき速度で増加してきた。これまで、米国、西欧、日本など10以上の国と地域で100以上の会社がこの技術の製品開発、開発、販売に従事してきた。日本は競争に積極的で、際立っており、太平洋金属、三菱製鋼、川崎製鉄、神戸製鋼、住友鉱山、セイコーエプソン、大同特殊鋼など、多くの大手株式会社がMIM工業の普及に参加している。現在、日本にはMIM産業を専門とする40社以上の会社があり、そのMIM工業製品の販売総額はすでにヨーロッパを超え、米国を追いかけている。これまで、世界中で100社以上の会社がこの技術の製品開発、開発、販売に従事しており、MIM技術もそのため、新型製造業の中で最も活発な最先端技術分野となり、世界の冶金業界の開拓的な技術によって、粉末冶金技術の発展の主方向MIM技術を代表している。
金属粉末射出成形技術はプラスチック成形技術学、高分子化学、粉末冶金技術学と金属材料学などの多学科透過と交差の産物であり、金型を利用してブランクを射出成形し、焼結によって高密度、高精度、三次元複雑な形状の構造部品を迅速に製造することができ、設計思想物を一定の構造、機能特性を持つ製品に迅速かつ正確に変換することができ、直接部品を量産することができ、製造技術業界の新しい変革です。このプロセス技術は従来の粉末冶金プロセスが少なく、切削がないか少ないか、経済効果が高いなどの利点を持つだけでなく、伝統的な粉末冶金プロセス製品、材質が不均一で、機械性能が低く、成形しにくい薄肉、複雑な構造の欠点を克服し、特に小型、複雑で特殊な要求を持つ金属部品の大量生産に適している。プロセスフロー接着剤→混練→射出成形→脱脂→焼結→後処理。
ふんまつきんぞくふんまつ
MIMプロセスに用いられる金属粉末の粒子サイズは、一般に0.5 ~ 20μm；理論的には、粒子が細いほど比表面積も大きくなり、成形や焼結が容易になる。伝統的な粉末冶金技術は40以上を採用しているμmの粗い粉末。
ゆうきせっちゃくざい
有機接着剤の役割は、金属粉末粒子を接着し、混合剤を注射機のシリンダー中で加熱するレオロジー性と潤滑性、つまり粉末の流れを動かす担体である。したがって、接着剤の選択は粉末全体の担体である。したがって、粘引張選択は粉末射出成形全体の鍵である。有機接着剤に対する要求：
1.使用量が少なく、少ない接着剤で混合材料に良好なレオロジーを発生させることができる、
2.反応せず、接着剤を除去する過程で金属粉末と化学反応を起こさない、
3.除去しやすく、製品内に炭素が残らない。
こんごうぶつ
金属粉末と有機接着剤を均一に混合し、各種原料を射出成形用混合物とする。混合材料の均一性はその流動性に直接影響し、したがって射出成形プロセスパラメータに影響し、最終材料の密度及びその他の性能に至る。射出成形の本工程プロセスはプラスチック射出成形プロセスと原理的に一致し、その設備条件も基本的に同じである。射出成形中、混合材料は射出機バレル内で流動性のある塑性材料に加熱され、適切な射出圧力で金型に注入され、ブランクを成形する。射出成形されたブランクの微視的に均一に一致し、それによって製品が焼結過程で均一に収縮する。
ちゅうしゅつ
成形ブランクは焼結前にブランク内に含まれる有機接着剤を除去しなければならず、この過程を抽出と呼ぶ。抽出プロセスは、ブランクの強度を低下させることなく、ブランクの異なる部位からブランク間の微小な通路に沿って接着剤が徐々に排出されることを保証しなければならない。接着剤の排除速度は一般的に拡散方程式に従う。焼結焼結は、多孔質の脱脂ブランクを、一定の組織と性能を有する製品になるまで収縮させることができる。製品の性能は焼結前の多くのプロセス要素と関係があるが、多くの場合、焼結プロセスは最終製品の金相組織と性能に大きく、さらに決定的な影響を与える。後処理寸法に対して精密さが要求される部品には、必要な後処理が必要です。この工程は、従来の金属製品の熱処理工程と同様である。
MIMプロセスの特徴MIMプロセスと他の加工プロセスとの比較
MIMに使用される原料粉末の粒径は2〜15μmであるのに対し、従来の粉末冶金の原粉粉末の粒径は50 ~ 100であることが多いμm。MIMプロセスの完成品密度は、微細粉末を使用するために高い。MIMプロセスは伝統的な粉末冶金プロセスの利点を有し、形状上の自由度が高いことは伝統的な粉末冶金では達成できない。従来の粉末冶金は金型の強度と充填密度に限られ、形状は2次元円柱型が多い。
伝統的な精密鋳造脱乾燥技術は複雑な形状の製品を作るのに極めて有効な技術であり、近年陶心補助を用いてスリット、深い穴の完成品を完成することができるが、陶心の強度、及び鋳液の流動性の制限のため、この技術にはまだいくつかの技術上の困難がある。一般に、このプロセスは大・中型部品を製造するのに適しており、小型で複雑な形状の部品はMIMプロセスが適している。プロジェクト製造プロセスMIMプロセスの伝統的な粉末冶金プロセスの粉末粒子径（μm）2−1550−100相対密度（%）95−9880−85製品重量（g）400 g以下10−数百製品形状3次元複雑形状2次元単純形状機械的性質は優劣であり、MIMプロセスと伝統粉末冶金法の比較ダイカストプロセスはアルミニウムや亜鉛合金などの融点が低く、鋳液流動性が良好な材料に用いられる。この技術の製品は材料の制限により、その強度、耐摩耗性、耐食性には限度がある。