MIM部品の製造性を考慮した設計（工程設計＆焼結後処理）

MIM部品の製造性を考慮した設計（工程設計＆焼結後処理）

MIM部品の製造可能性のための設計

1.8 穴と溝

パーツの品質を低下させて同じ肉厚を形成することに加えて、穴と溝は MIM パーツの有用な機能的構造的特徴でもあり、通常はパーツの価格を上げません。

ただし、図 8-a に示すように、穴とスロットを追加すると金型が複雑になり、金型のコストが増加します。 パーティング ラインに垂直な穴は、形成が最も簡単で、コストが最も低くなります。 パーティングラインと平行な穴は加工しやすい反面、スライダーや油圧シリンダーを追加する必要があり、初期の金型製作費が高くなります。

図8-bに示すように、内部接続穴を形成できます。 シーリングやバリの問題を防ぐために、この設計は慎重に検討する必要があります。

可能であれば、金型の密閉性を高めるために、コアロッドに平面を作るために穴をD字型の穴にする必要があります。 そうしないと、合わせ部分を円弧面にする必要があり、その薄い刃先は異常摩耗を引き起こします。

MIM部品の製造可能性を考慮した設計 (技術設計と焼結後処理) - 穴と溝

図8-穴と溝

MIM部品の製造可能性を考慮した設計 (技術設計と焼結後処理) - 穴と溝

図 8-b 穴と溝

1.9 アンダーカット

割型では、図 9 に示す外部アンダーカットがパーティング ラインに容易に形成されます。 この形状を製造するには、金型部品を増やす必要があり、金型コストが増加し、生産性が低下します。

一部の内部アンダーカットはスライダーで作成でき、その他は可動コアで形成できます。

ほとんどの MIM 部品の設計では、設計者は、コストの増加とフラッシュの可能性の問題により、内部アンダーカットをキャンセルすることを決定する場合があります。

MIM部品の製造性を考慮した設計（工程設計＆焼結後加工） - アンダーカット

図 9 アンダーカット

1.10 注入システム

射出材料は、ゲートを通って金型キャビティに入ります。 MIM 射出成形材料の高い金属含有量を考慮すると、MIM のこれらのゲートは一般に、プラスチック射出成形のゲートよりもはるかに大きくなります。

通常、完成品が成形キャビティから出てくる場所にゲートの痕跡が残るため、ゲートの設定は、必要なプロセス、機能、サイズ制御、および美学のバランスを取る必要があります。

図 10 に示すように、金型のパーティング ライン上にゲートを設定することをお勧めします。これにより、射出材料の流路がキャビティ壁またはコア ロッドに影響を与える可能性があります。

また、肉厚の異なる部品の場合、射出材料が厚い部分から薄い部分に流れるように、通常、最も厚い断面にゲートを設定します。 このようなゲートは、パーツ表面の穴、溝、応力集中、および流線を排除できます。

複数のキャビティを使用して部品を製造する場合は、ゲートのサイズと設定を考慮して、バランスのとれた充填率の条件下で各キャビティに同じ量の射出材料が供給されるようにする必要があります。

MIM部品の製造性を考慮した設計（プロセス設計＆焼結後処理） - ゲートシステム

図 10 注入システム

1.11 パーティングライン

可能であれば、成形された部品を金型から取り出せるように、すべての構造的特徴の方向をパーティング ラインに対して垂直にする必要があります。

一般に、パーティング ラインはパーツ サーフェスのプルーフ ラインに変わります。これは、モデルの 2 つの半分を組み合わせた必然的な結果です。

場合によっては、図 13 に示す例のように、パーツ全体の幾何学的形状がモデルの上半分に形成されます。 このとき、パーティング ラインはパーツの下端に沿ってのみ存在し、パーティング ラインは生成されません。 通常、モデルは、パーティング ラインを「隠す」ために、目立たないエッジに沿って分離するように設計できます。

パーティングラインは平面上にあることが好ましい。 ただし、必要な構造的特徴を形成するために、単純な形状を変更する必要がある場合があります。

部品の複雑さが増すと、金型の製造および保守コストが増加しますが、構造的特徴を注ぐとコストが削減される場合があります。それ以外の場合は、切断または組み立て操作が必要です。

MIM部品の製造性を考慮した設計（工程設計＆焼結後加工） - パーティングライン

図 11 パーティング ライン

1.12 装飾的特徴

図 12 は、マーキング、エンボス加工、部品番号、ダイ番号、および穴番号の識別マークを示しています。これらは、部品のコストを増加させることなく、部品の適切な位置に簡単に形成できます。

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、シャープなダイヤモンドのエンボス加工など、高レベルの特徴の詳細を生成できます。

1.13 焼結部品のサポート

脱脂と焼結の過程で、金属射出成形 MIM 部品のグリーン ボディは約 20% 収縮します。 歪みの可能性を最小限に抑えるために、金属射出成形 MIM の焼結中に MIM 部品を適切にサポートする必要があります。

通常、MIM 部品は平らなセラミックまたはパレットに配置されます。

図 13 に示すように、標準的なサポートを使用できるように、焼結用のフラット プレートまたはトレイを大きな平面または複数のパーツの構造的特徴で共有される平面を持つように設計することをお勧めします。 スパンの長い MIM パーツ、カンチレバー、または脆弱なパーツは、パーツの特別なサポートまたは固定具でサポートする必要がある場合があります。 これらの生産コストは非常に高いです。

図 13 焼結部品サポート

II 焼結の後処理

金属射出成形の MIM プロセスの公差は ± (0.3% - 0.5%) 以内であるため、多くの部品が最終サイズまで焼結されています。 部品の特定の構造的特徴の公差が比較的厳しい場合は、その後の機械加工を実行できます。

金属射出成形 MIM 部品材料は、鍛造部品のように、切断、タップ、穴あけ、引っ張って仕上げ、研磨、または溶接することができます。

硬さ試験機の強度と耐摩耗性を向上させるために、金属射出成形 MIM 部品も熱処理することができます。

さらに、金属射出成形 MIM 部品は通常、相互接続された気孔率を 0.2% 未満に制限するため、従来の着色や電気めっきでは特別な表面処理は必要ありません。

III 結論

北米における金属射出成形 MIM 部品の開発動向は、MPIF が毎年開催する粉末冶金部品設計の受賞歴のある MIM 部品プロジェクトから明確に見ることができます。

1997 年から 2001 年まで、MPIF が粉末冶金部品コンペティションで選出した受賞部品の数は、毎年 15 ～ 18 個でした。 受賞部品のカテゴリー欄では、1997年から2004年までは金属射出成形MIMを使用していましたが、2005年からは受賞した金属射出成形MIM部品を航空宇宙・軍用、医療・歯科用、手動工具の7つのカテゴリーに分けました。 /エンターテインメント、エレクトロニクス/電気、ハードウェア/アプライアンス、産業用モーター/制御デバイス、およびその他のカテゴリ。

これらは、金属射出成形によるMIM部品の生産が、北米で徐々に開発段階に入ったことを示しています。

中国本土では、金属射出成形 MIM 部品用の電子デジタル製品に対する強い需要のおかげで、長江デルタ、珠江デルタ、北京およびその周辺地域に集中して、大小の MIM 企業が全国に分散しています。 中国本土で、特により多くの分野で、MIM 部品の基礎知識と生産応用を積極的に推進することが急務です。