MIM-Prozess
Das MIM-Verfahren ist ein Verfahren zur Herstellung komplexer Metallteile mit hoher Präzision. Dieses Formverfahren kombiniert Metallpulver, Spritzguss und Sintertechnologien, um komplexe MIM-Teile mit engen Toleranzen und exzellenten Oberflächen zu gewährleisten. Darüber hinaus erzeugen ausgewählte Metallpulver unterschiedlicher Größe und Form sowie ergänzende Additive unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften der MIM-Teile. Die Bindemittelkomponente jedes Pulverpartikels bestimmt die endgültige Formsteifigkeit.
Unser Hauptschritt des MIM-Prozesses umfasst: Mischen und Granulieren des Ausgangsmaterials, Spritzgießen, Entbindern, Sintern.
Mischen und Granulieren von Rohstoffen
Die Rohstoffproduktion ist der erste Schritt im MIM-Herstellungsprozess. Feinstes Metallpulver (üblicherweise kleiner als 15 Mikrometer) wird mit einer Bindemittelkomponente vermischt, die aus primärem Paraffinmaterial, sekundärem thermoplastischem Polymer und weiteren Werkstoffen besteht. In diesem Schritt werden alle feinen elementaren oder vorlegierten Metallpulver durch gleichmäßige Beschichtung mit Bindemittel umfassend charakterisiert, um die für den anschließenden Spritzguss erforderlichen Fließeigenschaften zu erreichen.
Im Gegensatz zur herkömmlichen Pulvermetallurgie, die nur eine theoretische Dichte von 80–90 TP3T erreichen kann, erreicht MIM eine Dichte von 95–100 TP3T. Dadurch können wir durch die Herstellung kleiner, komplexer Teile in großen Stückzahlen enge Toleranzen erreichen und Kosten senken.
Spritzguss
Dieser Schritt ist das Formen von MIM-Teilen in einer herkömmlichen Formmaschine.
- Futterpellets werden durch die Schwerkraft über einen Trichter in den Zylinder der Formmaschine eingefüllt.
- Anschließend wird das Bindemittel im Ausgangsmaterial durch Heizgeräte im Zylinder erhitzt, wodurch das Ausgangsmaterial zu einer Zahnpasta-Konsistenz geschmolzen wird.
- Eine hin- und hergehende Schnecke presst geschmolzenes Material durch sich öffnende Angussöffnungen in eine zweiteilige Form.
- Rohteile mit vollständig geformter Geometrie werden nach dem Abkühlen aus der Form ausgeworfen
Normalerweise bezeichnen wir Rohteile als Grünteile, die noch aus dem gleichen Anteil an Metallpulver und Bindemittel wie das Ausgangsmaterial bestehen. Aufgrund der Ausdehnung des Bindemittels sind ihre Abmessungen jedoch um 20% (abhängig vom Bindemittelvolumen) größer als die des fertigen MIM-Teils.
Wir können in diesem Schritt auch problemlos spezielle Designmerkmale wie Hinterschneidungen oder Querbohrungen hinzufügen, die im Formprozess nicht möglich sind, aber durch maschinelle Bearbeitung oder einen sekundären Arbeitsgang problemlos möglich sind.
Entbinderung
Die Entbinderung ist ein kontrollierter Prozess, bei dem der Großteil des Bindemittels entfernt wird und genügend Bindemittel für das Grundgerüst übrig bleibt, wodurch Größe und Geometrie der Teile vollständig erhalten bleiben. Dieser Prozess wird chemisch (katalytische Entbinderung) oder thermisch durchgeführt. In manchen Fällen erfolgt die Entbinderung zunächst in einem Lösungsmittel oder Wasserbad. Die Entbinderungsmethode hängt von der Art des verarbeiteten Materials, den physikalischen und metallurgischen Eigenschaften sowie der chemischen Zusammensetzung ab. Die Teile nach dem Entbinderungsprozess werden als braune Teile bezeichnet.
Sintern
Sintern erfolgt üblicherweise knapp unterhalb der Flüssigkeits-/Solidustemperatur, auch Festkörpersintern genannt. Bei dieser Temperatur dient Metallpulver als atomares Motiv für die Metallpartikelbindung, um endgültige Teile mit natürlicher Dichte zu bilden. Bekanntlich liegt die Sintertemperatur von Metallen oder Legierungen unterhalb der Schmelztemperatur. Beim Sinterprozess braune Teile werden auf Keramikträgern vorbereitet und anschließend in Bad- oder Durchlauföfen mit Schutz- oder Vakuumatmosphäre gegeben. Ein präzises Temperaturprofil wird gesteuert und überwacht, um die Temperatur schrittweise auf eine bestimmte Temperatur zu erhöhen.
Sekundärbetrieb
Die Nachbearbeitung dient der Verbesserung der Materialeigenschaften der fertigen Teile, der Erreichung enger Toleranzen, der optischen Veredelung der Oberfläche oder der Montage zusätzlicher Komponenten. MIM-Teile können wie geschmiedete Teile bearbeitet, mit Gewinden versehen, gebohrt, gefräst, geschliffen oder geschweißt werden. Durch isostatische Wärmebehandlung und Wärmebehandlung werden Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit der MIM-Teile verbessert. Standardmäßige Farbgebung und Beschichtung sind aufgrund der geringen Porosität der MIM-Teile ohne Oberflächenvorbereitung möglich.
Nachsintervorgang
Zhuorui-Nachsintervorgang, einschließlich:
Prägung
Sinterkomponenten werden an einen starren Dorn angepasst und das Substrat begradigt, um die gewünschte Ebenheit und Abmessungen der MIM-Teile zu gewährleisten. Dieser Prozess reduziert die Streuung der Abmessungen für die richtigen Größenmerkmale.
Bearbeitung
Auf gesinterte MIM-Teile können alle gängigen Bearbeitungsmethoden angewendet werden, wie etwa das Hinzufügen von Gewinden, Hinterschneidungen, Rillen, extrem engen Toleranzen oder Sondermerkmalen.
Wärmebehandlung
Der Sinterprozess hinterlässt MIM-Teile im geglühten Zustand. Durch Wärmebehandlung können Härte und andere Eigenschaften von hochkohlenstoffhaltigen Eisenlegierungen angepasst werden. Ausscheidungsgehärtete rostfreie Stähle benötigen Wärmezyklen, um ihre mechanischen Eigenschaften zu optimieren. Manchmal ist die Wärmebehandlung in den Sinterkühlzyklus integriert.
Heißverformung
Gesinterte Teile werden erhitzt und durch einen Schnellschmiedestoß verformt, um die richtige Größe und Dichte zu gewährleisten. Die Stahlfestigkeit steigt von 500 MPa durch Sintern auf 720 MPa durch Warmverformung.
Oberflächenaufkohlung
Kohlenstoff ist ein wichtiges Element für hochfesten Stahl. Durch den Einsatz von Heizzyklen in Methanatmosphäre wird eine hohe Oberflächenhärte von MIM-Teilen erreicht. Oberflächenaufkohlung führt zu einem Verlust der Maßgenauigkeit, daher müssen wir bei MIM-Teilen einen Kompromiss zwischen Oberflächenhärte und Maßgenauigkeit finden.
Beitritt
Gesinterte Teile können wie andere Metallkomponenten durch Schweißen, Löten oder Kleben miteinander verbunden werden. Metallische MIM-Teile verhalten sich wie Standardmetalle. Laserschweißen ist für MIM-Edelstähle sehr effektiv.
Oberflächenbehandlungen
MIM-Teile können durch verschiedene Oberflächenbehandlungen wie Polieren, Beschichten, Lackieren, Reinigen, Eloxieren, Plattieren, Versiegeln und Laserbeschichten aufgebracht werden. Galvanisieren verbessert die Ästhetik und Korrosionsbeständigkeit von MIM-Teilen. Die galvanische Vernickelung eignet sich ideal für Instrumente, Schusswaffen und magnetische Komponenten.
Heißisostatische Presse (HIP)
MIM-Teile haben nach dem Sinterprozess typischerweise eine Dichte von 96–98 TP3T. Durch HIP-Behandlung wird die Dichte auf 100 TP3T erhöht. Das gesinterte Bauteil wird in eine abgedichtete Kammer geladen, die anschließend erhitzt und Argongas eingeleitet wird. Das erhitzte Gas erzeugt Druck, der die innere Porosität verringert und die MIM-Teile komprimiert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das MIM-Verfahren ein hochentwickeltes und vielseitiges Fertigungsverfahren ist, das zahlreiche Vorteile für die Produktion komplexer, hochpräziser Metallteile bietet. Es kombiniert die Präzision des Spritzgusses mit der Materialintegrität des Sinterns. Dies beginnt bereits beim entscheidenden Mischen und Granulieren der Ausgangsstoffe, bei dem feines Metallpulver gleichmäßig mit Bindemittel beschichtet wird, um ein optimales Fließen im anschließenden Spritzgussschritt zu gewährleisten.
Das Spritzgießen ermöglicht die Herstellung von Teilen mit komplexen Geometrien. Der anschließende Entbinderungsprozess entfernt das Bindemittel vorsichtig, ohne die Form des Teils zu beeinträchtigen. Durch das Sintern werden die Teile verdichtet und erreichen so eine hohe Dichte und optimale mechanische Eigenschaften.
Nach dem Sintern stehen verschiedene Sekundär- und Nachsinterverfahren zur Verfügung. Diese Verfahren, wie Prägen, mechanische Bearbeitung, Wärmebehandlung, Warmverformung, Oberflächenaufkohlung, Fügen, Oberflächenbehandlungen und Heißisostatisches Pressen (HIP), verbessern die Eigenschaften, die Maßgenauigkeit und die Oberflächengüte des Teils zusätzlich.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das MIM-Verfahren Herstellern die Flexibilität bietet, maßgeschneiderte Teile für spezifische Anforderungen verschiedener Branchen zu produzieren. Das Verständnis der einzelnen Phasen des MIM-Prozesses ist entscheidend für die Optimierung der Produktion, die Sicherstellung einer hohen Qualität und die volle Ausschöpfung des Potenzials dieser fortschrittlichen Fertigungstechnologie.