[CNPIM] 革新的な金属射出成形プロセスと関連金型技術

[CNPIM] 革新的な金属射出成形プロセスと関連金型技術

この記事に記載されているプロセスは新しいものではありません。 基本的に、非常に成熟したアプリケーションがあります。

この記事は、ハン・フェンリンの本の内容を参照しており、困っている友人の照会と参照のための体系的な目録を目指しています。

金属射出成形プロセスは、複合技術であり、金属部品の高度な精密成形プロセスの 1 つです。

金属射出成形プロセスは、人々に徐々に認識され、受け入れられ、評価されてきました。 より複雑な部品製造要件を達成するために、多くの分野の最新技術が MIM 業界に導入され、精力的に革新されてきました。 したがって、金属射出成形プロセスの新しい技術と新しいプロセスも出現し、開発と生産に適用されています。

次に、目録を作成しましょう。

1. 金属微細射出成形技術（μ-MIM）

マイクロメカニカルまたはマイクロ電気機械システム (MEMS) は、1980 年代後半に開発された新しい学際的分野であり、21 世紀の重要な分野の 1 つとして認識されています。

マイクロメカニカルやMEMSの実用化は、微細加工技術の進歩にかかっています。 金属マイクロ射出成形技術は、高精度で高性能なマイクロ金属またはセラミック部品を大量生産するための最も効果的な方法です。

金属マイクロ射出成形技術とは、MIM プロセスを使用して、マイクロメートル サイズまたはマイクロメートル構造の金属またはセラミック部品を製造するプロセス技術を指します。 一般に1mm以下の精密部品や局所マイクロメートルの微細構造を指す。

現在、25~50は、適切な微粉μMの厚さ、局所的な構造の詳細が5μM未満で調製できます。表面粗さは、金属またはセラミック部品の2~3μMです。

金属射出成形部品のサイズは、両極端に発展しています。 ミクロンサイズの精密部品は、巨大な市場規模と発展の可能性を秘めています。 光ファイバー金属スリーブ、レーザーカテーテル、プリント回路マイクロドリル、マイクロ電子アクチュエーター、歯科用医療部品など、これらの小さな部品の技術的付加価値は非常に高く、価格は1キログラムあたり4000〜20000ドルです。

マイクロ射出成形製品は、アクチュエーター、センサー、ポケット消費財、武器、航空宇宙、電子組立ツール、酸素分析装置、フィルター、医療および健康機器で幅広い用途の見込みがあります。

マイクロ射出成形技術の開発を制限する主な障害は、精密マイクロ金型の製造、狭い隙間の充填、および小さな部品の操作です。

このような高精度の微細部品を製造するための金型は、従来の金型よりもはるかに精密であり、フォトリソグラフィー、電鋳、マイクロカッティング、マイクロ放電加工などの微細加工技術にはさまざまな種類のキャッシュが必要です。この問題は、LIGA (ドイツの製版、電鋳、射出成形の 3 つの略称) やその他のプロセスを使用してプラスチックのロストフォーム金型を製造することでうまく解決できます。

LIGA プロセスでプラスチック ロスト フォーム金型を製造するには、次の 2 つの方法があります。

1 つのプロセスは、PMMA プラスチック金型コアを成形し、PMMA プラスチック金型コアを直接金属射出成形用の金型ベースに挿入し、PMMA プラスチック金型コアと MIM 部品ブランクを全体として金型ベースから分離し、MIM部品ブランクは、直接脱脂および焼結するためにプラスチック金型コアに残されます。これは、ワンステップの複製プロセスになります。

もう1つのプロセスは、電鋳プロセスによってPMMAプラスチック部品の表面に金属ニッケルの層を堆積させ、次にPMMAプラスチックをニッケルシェルから剥がし、次にニッケルシェルをモールドベースプロセスの金型に挿入して形成することですMIM パーツ ブランク。 これは、2 段階の複製プロセスになります。

ワンステップの複製プロセスによって形成された部品の精度は高く、部品の脱型およびその後の操作の難しさは解決されますが、コストが高くなります。 2段階の複製プロセスによって形成された部品の精度は低下し、大量生産には適していますが、部品の脱型およびその後の操作には困難があります。

2. 多成分材料複合射出成形技術

単一の化学組成の材料で作られた部品が、部品機能の複雑な統合に対する現代の製造業の特別な要件を満たすことは困難です。 部品のさまざまな部分はさまざまな材料でできており、さまざまな機能要件を満たすことが、現代の部品製造の開発傾向です。

[CMPIM] 革新的金属射出成形プロセスおよび関連する金型技術 多成分材料複合射出成形技術

プラスチック業界で広く使用されている 2 色 (多色) 射出成形技術が金属射出成形の分野に導入され、複雑な金属またはセラミック複合材をバッチ処理して効率的に処理できるようになりました。

複合射出成形技術の原理は、射出成形機に同時に 2 セット以上のバレルが装備されており、各バレル セットの射出材料が同じであるということです。 マルチキャビティ金型の固定金型は、回転軸の周りを回転でき、各位置の異なるキャビティに異なる射出材料が射出されます。 最初の射出ブランクを一番内側に残し、冷却後に金型を開きますが、すぐには脱型しません。 固定金型を特定の角度まで回転させた後、固定金型を閉じ、キャビティ全体が最初の射出ブランクに対して外側に拡張し、次に異なる射出材料の2回目の射出成形を実行します。 各部品は、複数回の射出によって形成され、最終的に排出されます。

多成分複合射出成形技術の導入により、単一部品の機能と性能の統合の要件を満たすことができ、貴重な原材料を節約し、コストを削減できます。

複合技術は、スチール硬化カーバイドまたはセラミック切削工具、析出硬化ステンレス鋼鉄アルミニウム合金ノズル、磁性および非磁性電子部品など、多くの分野で幅広い応用の見通しを持っています。

1回目と2回目の記事は、より詳しい紹介：【技術】新しい金属射出成形技術：μ-MIMと2C-MIMプロセスの紹介を参照してください。

3. ガス（液体）アシスト成形技術

ガス (液体) アシスト成形の動作原理は、一定量の溶融射出材料 (体積分率 50 パーセント ~ 80 パーセント) を金型キャビティに射出し、溶融物から加圧ガスまたは水を射出して製品を中空にすることです。 . 溶融した射出材料が膨張し、金型キャビティの内壁に完全にフィットします。 製品の厚みのある部分の芯が最終的に固化するため、この部分が最も中空になりやすいです。

[CMPIM] 革新的な金属射出成形プロセスと関連する金型技術のガスアシスト成形装置の概略図

圧力によって体積が変化し、ガスがはるかに小さくなるため、水の流れと中空の壁の厚さの形成を制御しやすくなります。 気体（液）体アシスト成形法により、設計の自由度が増し、肉厚差の大きな製品も成形しやすくなりました。 射出圧力を下げることができ、製品の内圧分布がより均一になります。 製品は、応力、反り、崩壊、および表面品質の低減に関与しています。 脱脂時間の短縮、材料消費量の削減、部品の軽量化が可能です。

ガス（液体）アシスト成形技術は、ゴルフヘッド、ドアハンドル、手工芸品などの分野に応用され、目覚ましい成果を上げています。

4. インジェクションブランクの加工・組立技術

脱脂前の射出ブランクの強度は、焼結金属部品の強度よりもはるかに低いですが、それでも加工およびトリミングするための一定の強度があります。

素材の足し算と引き算の加工技術により、ブランクの大きさや形状を変えることができます。 脱脂前の射出ブランクは、ゲートカット、パーティングライン加工、ドリル加工、面取り加工等の材料除去が可能です。

ブランクが柔らかいため、工具の摩耗が大幅に軽減されます。 ブランクスの強度が弱く傷つきやすい。 最終的な寸法加工精度を満たすには、高い切削速度と低い送り速度が必要です。

従来の組立工程は、焼結部品を接続することでしたが、脱脂する前に射出ブランク部品を結合することも可能です。 現在、組み立てプロセスには 3 つの方法があります。まず、最初の成形ブランクを 2 回目の射出成形のインサートとして使用します。 2つ目は、多成分材料の複合成形です。 第三に、脱脂前に単一の射出ブランクを全体に組み立てます。

すべてのブランク部品が同一の射出材料の射出成形によって形成される場合、一致する脱脂焼結収縮特性により、それらの良好な組み合わせを保証できます。 各ブランクが異なる射出材料で射出される場合、割れや変形を防ぐための措置を講じる必要があります。

この技術を使用すると、金型構造が簡素化され、金型コストが削減されます。 より複雑な形状で、従来の技術では加工が困難な部品。 さまざまな性能と機能要件を備えた複合部品を形成したり、貴重な原材料を節約したりします。

5. ホットランナー技術

ホットランナー射出成形金型は、実際の非ランナー凝固射出成形金型であり、ホットランナー技術は射出工程の高度な技術です。

精密な設計、製造、制御技術により、流路凝縮液の生成、流涎、注入材の過熱、分離、劣化がなく、流路全体の注入材が常に溶融状態に保たれます。

ホットランナー構造は、主にメインランナーノズル、ランナープレート、ノズル、加熱および温度測定要素、取り付けおよび固定部品で構成されています。

[CMPIM] 革新的な金属射出成形プロセスと関連する金型技術 - ホット ランナー構造

技術的な難易度が高いため、通常、ホット ランナー システム全体が専門の会社によって設計および製造されています。 複雑なホットランナー金型の完全なセットは、経験豊富な射出金型企業とホットランナー設備会社によって共同で設計および製造され、スムーズな射出成形を保証します。

ホット ランナー システムの金型構造は複雑で、コストが高く、大量連続生産に適しています。

・脱型工程にランナーレスホットランナー方式を採用することで、射出工程全体の自動制御を実現しやすくなりました。

-ランナーにリサイクル材料が混入していないため、生産プロセスの安定性と大量生産された製品の品質の一貫性が向上します。

-流路内の圧力損失が減少すると、射出圧力を下げることができます。これにより、射出材料の分離と劣化の傾向が減少し、製品の残留応力が減少し、変形が減少します。

-保持時間が長く効果的で、射出部分の収縮が減少し、各部分の密度がより均一になります。

-大型、薄肉、複雑な形状、高精度の製品を製造できます。

・MIM金型では使用できない潜在ゲートと組み合わせることで、ブランクゲートの加工を削減し、生産効率を向上させることができます。

・省エネ、大量生産によりコストダウンが可能。

6.ラピッドツーリング技術

通常の生産金型の製造コストは通常​​高くなります。 多くの場合、検証設計と製造の全プロセスで発生する可能性のある問題を見つけるために試作金型を作成し、最終的な金型を修正する必要があります。 この状況に適応するために、多くのラピッドまたはソフトモールド技術が登場し、数百の部品の試作に対応できる実験用金型を製造しています。

現在、軟質金属射出成形金型の製造には、アルミニウム合金、粒子強化エポキシ樹脂、ベリリウム銅、低炭素鋼、ステンレス鋼、コバルト合金が使用されています。 成形が容易なため、亜鉛、アルミニウム、およびビスマス合金は、テスト用の金型や試作品のサンプルの製造に使用されることがあります。

ただし、傷や損傷が生じやすいため、最終的な生産金型には硬い材料が使用されます。

シリコーンゴム金型のプロセス原理に基づいて、耐用年数が限られているMIMプラスチック射出金型を作成するのは比較的新しい金型技術です。 マザー金型のキャビティ周辺に溶融樹脂を流し込みます。 固化硬化後、プラスチックを切断し、母型を取り出します。 制限された金型ベースに押し込まれたこのようなプラスチック金型は、数百回の低圧射出試験に耐えることができます。

レーザー ラピッド プロトタイピング技術は、金型またはプロトタイプ製造の非常に簡単な方法です。 プラスチックまたは金属粉末のレーザー走査積分蓄積を使用して、金型キャビティを直接製造します。 レーザーラピッドプロトタイピング技術のもう1つの金型製造プロセスは、積み重ねられた樹脂または紙モデルを使用して、精密鋳造または電鋳によって金型キャビティを製造することです。

これらの方法で製造された金型の表面は比較的粗く、精度が低く、生産金型の厳しい要件を満たすことができません。

非常に大規模なバッチ生産で使用される金型キャビティまたはそのコンポーネントは、摩耗しやすいです。 ラピッドツーリング技術は非常に有効な技術手段となります。

7. 可融中子成形技術

従来の方法では脱型が困難な複雑なコアまたは特殊な構造を持つ部品の場合、可溶コア成形技術は、このような部品の成形の問題を解決できます。

可融中子成形技術の基本的な考え方は、複雑で離型が困難な部品のコア構造部分を、樹脂、紙、低融点金属などでインサートに成形することです。 成形と脱型の後、インサートは射出ブランクに残り、すぐには出てきません。 次に、射出ブランクに残ったインサートは、溶融、クラッキング、溶媒溶解、およびその他の方法によって焼結前に除去されます。

この方法を使えば、従来の金属射出成形では直接製造することが困難または不可能だった、周囲の内側の凹み、細ネジ、小ネジなどの部品の大量生産が容易になります。