Koja je razlika između CNC i MIM?

Prošlog kvartala tvrtka za medicinske uređaje poslala nam je dio koji su obrađivali tri godine. Nosač od nehrđajućeg čelika, 47 značajki, 23 USD po komadu, 60 000 jedinica godišnje. Htjeli su znati može li MIM smanjiti svoje troškove.

 

Proveli smo analizu. MIM alat koštao bi 52.000 dolara. Cijena po-komadu pala bi na 4,20 USD. Kri-na 2766 jedinica, tako da bi povratili uloženo u alate u prvom mjesecu proizvodnje i uštedjeli 1,1 milijun dolara godišnje nakon toga.

 

Nisu se zamijenili.

 

Nosač je imao dva provrta koji su zahtijevali ±0,02 mm za utiskivanje ležaja. MIM na ±0,3% na tim značajkama od 18 mm dao bi ±0,054 mm, gotovo tri puta previše labavo. Mogli bismo MIM tijelo i CNC-završiti provrte, ali taj hibridni pristup koštao je 7,80 USD po komadu. Još uvijek štedi novac, ali ne dramatično smanjenje koje su željeli.

Tolerancija

Ovo je mjesto gdje većina MIM projekata umire. MIM ljestvice tolerancije kao postotak, ±0,3% standardno, ±0,1% optimizirano. Inženjeri vide ±0,3% i misle "usko". Što se tiče malih značajki, jest.

CNC ima apsolutnu toleranciju. MIM mjeri s veličinom. Taj provrt od 50 mm na ±0,05 mm? MIM ga ne može dodirnuti bez sekundarne strojne obrade.

Ali kada se tolerancije ispune, uštede su stvarne. Spine Waveov program kirurških instrumenata je slučaj na koji se najviše pozivamo jer su brojke javne i priča je potpuna. Do svog dobavljača MIM-a došli su s komponentom zaključavanja za otpremu za Velocity® uređaj za spinalnu fuziju. Dio se strojno obrađivao po cijeni od 18 dolara po komadu, što nije nečuveno za medicinsku komponentu, ali im je trebalo 75 000 jedinica godišnje. Godišnji trošak strojne obrade: 1,35 milijuna USD.

Procjena MIM-a trajala je četiri mjeseca. Alat košta 38.000 dolara. Prvi su članci zahtijevali dva podešavanja ciklusa sinteriranja kako bi se postigla dimenzijska specifikacija. Cijena po-komadu pala je na 2,80 USD. Ukupno za prvu godinu: 248.000 USD uključujući amortizaciju alata. Prve godine uštedjeli su više od milijun dolara. Do treće godine kumulativna ušteda premašila je 3,2 milijuna dolara.

Proces

MIM je niz transformacija. Metalni prah, promjera 2 do 20 mikrona, miješa se s termoplastičnim vezivom s otprilike 60% praha do 40% veziva po volumenu. Smjesa se tijekom ubrizgavanja ponaša poput plastike. Teče u šupljine kalupa i skrućuje se u "zelene dijelove" koji izgledaju pravilno, ali nemaju strukturni integritet.

Zeleni dio prolazi kroz uklanjanje veziva, toplinsku razgradnju ili ekstrakciju otapalom, kako bi se uklonio polimer. Ono što ostaje je "smeđi dio": metalni prah koji se drži zajedno trenjem i zaostalim vezivom. Dovoljno lomljiv da se raspadne ako njime pogrešno rukujete.

Smeđi dio ulazi u peć za sinteriranje koja radi na 85-95% tališta legure. Tijekom 15-20 sati, difuzija čvrstog stanja povezuje čestice praha. Dio se skuplja 15-20% u svim dimenzijama kako se poroznost smanjuje, a gustoća povećava. Dio oblikovan na 60 mm izlazi iz sinterovanja na 48-51 mm.

Skupljanje je predvidljivo u agregatu, ali nije savršeno ravnomjerno. Gravitacija različito utječe na dijelove ovisno o orijentaciji peći. Distribucija mase utječe na lokalne stope skupljanja. Varijacija debljine stijenke stvara različito skupljanje koje savija dijelove.

Vidjeli smo kako dijelovi izlaze iz sinteriranja s ispravnim dimenzijama, a dijelovi iz istog kalupa izlaze iskrivljeni jer je netko krivo napunio ladicu peći. Takve se stvari događaju više nego što dobavljači žele priznati. Razvoj učvršćenja za sinteriranje, nosača koji održavaju geometriju dijela tijekom sati-dugog toplinskog ciklusa, inženjerski je rad, a ne roba. Dobavljači bez iskustva na geometrijski sličnim dijelovima će iterirati kroz dizajne učvršćenja o vašem trošku.

Neuspjesi

Kontrola atmosfere u peći za sinteriranje određuje hoće li vaš materijal stvarno raditi prema specifikacijama. Nehrđajući čelici trebaju vodik ili vakuumsku atmosferu. Pogrešna atmosfera ili onečišćenje atmosfere iz prljave peći uzrokuje migriranje kroma s površine. Dijelovi izgledaju dobro. Dimenzije provjerene. Ali otpornost na koroziju je uništena jer je površinski krom iscrpljen. Odbili smo dolazne MIM dijelove od drugih dobavljača koji su prošli inspekciju dimenzija, ali nisu prošli testiranje slanog spreja za manje od 100 sati.

MIM dijelovi zadržavaju 1-4% poroznosti. Te šupljine zadržavaju bilo kakvu kontaminaciju koja postoji u vašem okruženju: rashladno sredstvo za strojnu obradu, rezno ulje, atmosfersku vlagu.

Imali smo kupca prije dvije godine koji je odredio MIM na strukturnim zagradama za smanjenje troškova. Proizvodnja je nesmetano tekla osam mjeseci. Zatim je njihov terenski servisni tim pokušao zavariti nosač tijekom popravka opreme.

Zavar nije uspio. Opetovano.

Zarobljena kontaminacija koja je isparavala kroz bazen za zavarivanje stvorila je poroznost i inkluzije koje su uništile cjelovitost spoja. Morali su kvalificirati novog dobavljača CNC-a za zamjenske dijelove. "Ušteda troškova" od MIM-a pretvorila se u hitne troškove nabave, kašnjenja usluga na terenu i problem odnosa s kupcima.

Ako će vaši dijelovi ikada trebati zavarivanje, za sastavljanje, popravak ili modifikaciju na terenu, MIM je diskvalificiran.

Umor je još jedna stvar o kojoj dobivamo pitanja. Strojevi za kovane šipke sa 100% gustoćom s dosljednom strukturom zrna. MIM se sinterira do 96-99% gustoće s raspodijeljenom mikroporoznošću. Statička čvrstoća je ekvivalentna. Ispitali smo 17-4PH MIM dijelove u usporedbi s kovanim specifikacijama i oni se podudaraju u pogledu rastezanja, popuštanja i tvrdoće. 17-4PH H900 ima 1070-1190 MPa UTS, 970-1090 MPa popuštanja, 35-40 HRC. 316L postiže minimalno 520 MPa uz izvrsnu otpornost na koroziju kada je atmosfera sinteriranja ispravno kontrolirani. Ali te mikropore djeluju kao koncentratori naprezanja pod cikličkim opterećenjem. Za dijelove koji imaju 10^7+ ciklusa, rotirajuće osovine, nosače opterećene vibracijama, bilo što što ima problema s rezonancijom, kovani materijal nadmašuje MIM. Vruće izostatičko prešanje može zatvoriti poroznost i obnoviti učinak zamora, ali to dodaje 10-25 USD po dijelu.

Površinska obrada: MIM kao -sinterovan postiže Ra 0,8-1,6 μm, glatkiji od standardnog CNC-a na Ra 3,2 μm. Gustoća je 96-99%, ili 99%+ s HIP-om. Standardi ako ih trebate: MPIF 35-MIM (2025), ASTM B883-19, ISO 22068:2012.

Volumen

Formula-breakventa: trošak MIM alata podijeljen s uštedom po-komadu. Kalup vrijedan 40.000 USD s uštedom od 14 USD po komadu postiže čak 2.857 jedinica. Iznad te količine svaki dio štedi 14 USD. Uz godišnju količinu od 50.000, to je 700.000 dolara godišnje.

Samo oko polovica MIM kalupa koje citiramo uđe u proizvodnju. Promjene dizajna nakon pokretanja alata koštaju 2.000-15.000 USD po modifikaciji. Programi koji jure za smanjenjem troškova prije stabilnosti dizajna na kraju dvaput plaćaju alate.

CNC strojevi obrađuju sve što možete učvrstiti. Aluminij, titan, Inconel, mesing, plastika, kompoziti, nema ograničenja osim obradivosti. Izbor MIM materijala ovisi o utvrđenim formulacijama sirovine. Nehrđajući čelici čine 50-57% globalne MIM proizvodnje. 316L za otpornost na koroziju, 17-4PH za čvrstoću, 420 za habanje. Niskolegirani čelici (4140, 4340, Fe-2Ni) za toplinsku obradu ili magnetska svojstva. Alatni čelici M2 i H13 za otpornost na trošenje, iako kontrola ugljika tijekom sinteriranja zahtijeva pažljiv razvoj procesa. Titan Ti-6Al-4V za medicinu i zrakoplovstvo, sinteriran pod vakuumom. Što ne valja: aluminij, legure bakra, čisti metali.

Iskorištenje materijala: CNC pretvara 20-50% vaših trupaca u dijelove, ostatak postaje čips. Složeni dijelovi mogu izgubiti 70-80%. Iskorištenje MIM sirovine kreće se od 95-97% s recikliranjem klizača. Za titan po cijeni od 60 USD/kg, dio strojno obrađen od trupca od 180 g do 40 g završne obrade troši 140 g materijala, 8,40 USD u otpadu prije nego što izrežete jedan čip. MIM proizvodi taj dio od otprilike 42 g sirovine.

Kada radi

MIM pobjeđuje kada imate složenu geometriju koja zahtijeva više CNC operacija. Unutarnje značajke, udubljenja, tanki zidovi, značajke za koje je potreban rad u 5 osi ili EDM. Dijelovi kod kojih se cijena strojne obrade kreće od 25 do 50 USD po komadu često se cijene ispod 5 USD po komadu u MIM-u.

AFT-ov program lopatica turbopunjača: 180+ milijuna dijelova proizvedenih za BMW, Ford, Teslu, Caterpillar. Profili aeroprofila drže ±0,015 mm, čvršći od standardnog MIM-a zahvaljujući optimiziranom alatu i kontroli procesa. 20% smanjenja troškova u usporedbi s preciznim lijevanjem u automobilskim količinama. Dokumentirano na pim-international.com. Taj je program zahtijevao godine ulaganja u razvoj, a ne nešto što biste ponovili na šest-mjesečnom roku.

CNC pobjeđuje na aluminijskim i bakrenim dijelovima, značajkama niske-tolerancije ispod ±0,1%, aplikacijama koje zahtijevaju zavarljivost, programima koji zahtijevaju potpunu sljedivost materijala (zrakoplovni, nuklearni), dijelovima ispod 5000 godišnjih količina i geometrijama koje se učinkovito obrađuju. Jednostavni tokareni dijelovi na CNC tokarilicama možda nikada neće opravdati MIM alat bez obzira na volumen.

Hybrid radi kada vam je potrebna MIM ekonomija na složenoj geometriji, ali ima značajke koje zahtijevaju CNC preciznost. MIM tijelo, obradite kritične provrte.