MIM-Designhandbuch
Metallspritzguss ist ein Net-Shape-Verfahren zur Herstellung massiver Metallteile, das die Designfreiheit des Kunststoffspritzgusses mit Materialeigenschaften kombiniert, die denen von Schmiedemetallen ähneln. Dank seiner inhärenten Designflexibilität ermöglicht MIM die Herstellung einer nahezu unbegrenzten Vielfalt an Geometrien in vielen verschiedenen Legierungen.
Bei der Entwicklung von Metallteilgeometrien im MIM-Verfahren sollte die Flexibilität der Kunststoffteile im Vordergrund stehen. Die Einschränkungen traditioneller Metallbearbeitungstechnologien sollten ignoriert werden. Das MIM-Verfahren ermöglicht eine deutliche Formverfeinerung, die Kombination mehrerer Teile, mehrere Funktionen/Features in einem einzigen Bauteil, verbesserte Montagemöglichkeiten, die Miniaturisierung mechanischer Baugruppen, Gewichtsreduzierung und maßgeschneiderte physikalische Eigenschaften für den jeweiligen Einsatzzweck. MIM bietet Ihnen somit mehr Gestaltungsfreiheit und Materialauswahl als viele andere Fertigungsverfahren.
Der MIM-Konstruktionsleitfaden dient als Referenz für die Anwendung der MIM-Konstruktionsprinzipien auf neue Komponenten und die Bewertung bestehender Komponenten hinsichtlich einer möglichen Umstellung auf diese Fertigungstechnologie. Richtig konstruierte MIM-Teile maximieren den wirtschaftlichen Nutzen des Verfahrens, indem sie die Einhaltung der Nettoform und der angestrebten Cpk-Werte sicherstellen.
MIM-Designrichtlinien für einzelne MIM-Komponenten
Eine sehr effektive Möglichkeit, die in MIM innewohnende Designfreiheit zu nutzen, besteht darin, mehrere Komponenten einer Baugruppe zu einer einzigen MIM-Komponente zu kombinieren.
MIM-Designrichtlinien für gleichmäßige Wandstärken
Durch die Beibehaltung einer gleichmäßigen Wandstärke im gesamten Bauteil wird die Wahrscheinlichkeit von Fehlern im Formgebungsprozess verringert und so die Gesamtqualität des Teils, sein Erscheinungsbild und die daraus resultierenden Maßtoleranzen verbessert.
MIM-Designrichtlinien für Gating
Der Anguss wird in der Regel am dicksten Querschnitt platziert, damit das Material von dicken zu dünnen Querschnitten fließen kann. Darüber hinaus sollte die Position des Angusses bzw. der Angussöffnungen so gewählt werden, dass eine gleichmäßige Füllung des Formhohlraums gewährleistet ist.
MIM-Designrichtlinien für den Auswurf
Sobald das Formteil abgekühlt ist, muss es ausgeworfen werden. Die Auswerferstifte drücken das Teil aus der Kavität. Position und Anzahl der Auswerferstifte hängen von der Bauteilgröße, der Bindemittelstärke und der Werkzeugkomplexität ab. Zum Entnehmen von Teilen aus der Form werden üblicherweise Auswerferstifte benötigt. Eine gute Konstruktion dieser Stifte ist entscheidend, um Gratbildung an den Teilen zu minimieren.
MIM-Designrichtlinien für Trennlinien
Die Lage der Trennlinie ist eine wichtige Entscheidung bei der Konstruktion von MIM-Werkzeugen. Die Trennlinie ist die Spur, die auf der Oberfläche des Formteils an der Stelle entsteht, an der die Formteile aufeinandertreffen. Kosmetische und funktionale Anforderungen können bei der Wahl der Trennlinie hilfreich sein.
MIM-Designrichtlinien für Threads
Sowohl Innen- als auch Außengewinde können im MIM-Verfahren hergestellt werden. Innengewinde sind präziser und kostengünstiger als das Herausschrauben von Kernen. Die optimale Position von Außengewinden befindet sich auf einer Trennebene. Um die Gewindetoleranz im Gewindedurchmesser einzuhalten, beträgt die schmale Fläche typischerweise 0,005 Zoll.
Innengewinde können mittels Ausschraubkernen direkt in das Bauteil eingeformt werden.
Außengewinde können direkt auf das Bauteil geformt werden, wodurch sekundäre Gewindeformvorgänge überflüssig werden.
MIM-Designrichtlinien für Hinterschnitte
Äußere Hinterschneidungen lassen sich an einer Trennlinie durch eine geteilte Form leicht herstellen. Innere Hinterschneidungen hingegen können nur durch Schieber oder einklappbare Kerne erzeugt werden. Bei der MIM-Konstruktion sollten innere Hinterschneidungen aufgrund zusätzlicher Kosten und möglicher Gratbildungsprobleme vermieden werden.
Innenliegende Hinterschnitte, die mit einem mechanisch oder hydraulisch betätigten Schieber erzeugt werden können, sind problemlos herstellbar.
MIM-Designrichtlinien für Kernbohrungen
Kernbohrungen werden üblicherweise verwendet, um den Querschnitt von MIM-Teilen zu reduzieren, die Wandstärke zu vereinheitlichen, den Metallverbrauch zu senken und Nachbearbeitungen zu reduzieren oder ganz zu vermeiden. Die bevorzugte Richtung ist parallel zur Formöffnung und senkrecht zur Trennebene. Bei einem Längen-/Durchmesserverhältnis größer als 4:1 ist die Durchgangsbohrung vorzuziehen, da beide Enden den Kernstift tragen. Andernfalls werden Sacklöcher mit freitragendem Stift verwendet.
MIM-Designrichtlinien für Löcher und Schlitze
Löcher und Schlitze können MIM-Teilen ohne zusätzliche Kosten funktionale Eigenschaften verleihen und zudem die Teilemasse reduzieren sowie eine gleichmäßige Wandstärke gewährleisten. Senkrechte Löcher zur Trennlinie lassen sich einfach und kostengünstig formen. Parallele Löcher erfordern mechanische Schieber oder Hydraulikzylinder. Bei innenliegenden Löchern müssen mögliche Abdichtungs- und Gratprobleme sorgfältig berücksichtigt werden.
MIM-Designrichtlinien für dekorative Elemente
Mit MIM lassen sich Merkmale wie Logos, Rändelungen, Teilenummern und Identifikationszeichen problemlos und ohne zusätzliche Kosten formen. Alle diese Merkmale können erhaben oder unter der Oberfläche platziert werden. Wir können auch auf hochpräzise Details wie Rautenrändelung im MIM-Prozess stolz sein.
MIM-Designrichtlinien für Dickenübergänge
Obwohl die Wanddicke von MIM-Teilen wünschenswerterweise gleichmäßig ist, ist das Entkernen zur Erreichung einer gleichmäßigen Dicke keine optimale Lösung, und Abweichungen lassen sich nur schwer vermeiden. Wir müssen einen allmählichen Übergang zwischen unterschiedlichen Dicken schaffen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der MIM-Designleitfaden eine wertvolle Ressource darstellt, um die einzigartigen Möglichkeiten des Metallspritzgussverfahrens (MIM) optimal zu nutzen. Durch das Verständnis und die Anwendung seiner Prinzipien können Designer die Gestaltungsfreiheit von MIM voll ausschöpfen. Dies ermöglicht die Erstellung komplexer Geometrien, die Kombination mehrerer Teile zu einem einzigen und die individuelle Anpassung physikalischer Eigenschaften.
Bei der Konstruktion von MIM-Teilen sind Aspekte wie gleichmäßige Wandstärke, korrekte Angusstechnik, Auswerfer und die Lage der Trennlinie entscheidend. Die Beachtung dieser Details trägt dazu bei, die Teilequalität zu verbessern, Fertigungsfehler zu minimieren und die Maßgenauigkeit sicherzustellen. Darüber hinaus sind Überlegungen zu Gewinden, Hinterschnitten, Kernlöchern, Löchern und Schlitzen, dekorativen Merkmalen und Dickenübergängen unerlässlich, um den Herstellungsprozess und das Endprodukt zu optimieren.
Ob bei der Erstellung neuer Komponenten oder der Umstellung bestehender Komponenten auf MIM – die Einhaltung des MIM-Designleitfadens ist entscheidend für die Maximierung des wirtschaftlichen Nutzens des Verfahrens, das Erreichen von Nettoformergebnissen und die Erfüllung der Cpk-Zielvorgaben. Er ebnet den Weg für die Produktion hochwertiger und kostengünstiger Metallteile, die den vielfältigen Anforderungen verschiedener Branchen gerecht werden.