Mi a különbség a CNC és a MIM között?
Az elmúlt negyedévben egy orvostechnikai eszközöket gyártó cég küldött nekünk egy alkatrészt, amelyet három éve megmunkáltak. Rozsdamentes acél tartó, 47 funkció, darabonként 23 dollár, évente 60 000 darab. Azt akarták tudni, hogy a MIM csökkentheti-e a költségeiket.
Lefuttattuk az elemzést. A MIM szerszámok 52 000 dollárba kerülnének. A darabonkénti költség 4,20 dollárra csökkenne. Akár 2766 darabnál- is megtérülnek a szerszámok befektetései a gyártás első hónapjában, és ezt követően évente 1,1 millió dollárt takarítanak meg.
Nem váltottak.
A konzolnak két furata volt, amelyek ±0,02 mm-t igényeltek a csapágyprés{1}}illeszkedéshez. A ±0,3%-os MIM ezeken a 18 mm-es elemeken ±0,054 mm-t adna, ami majdnem háromszor túl laza. A karosszériát MIM-mel végezhetnénk, és a CNC-vel{7}}befejezhetnénk a furatokat, de ennek a hibrid megközelítésnek az ára darabonként 7,80 dollár volt. Még mindig pénzt takarít meg, de nem a kívánt drámai csökkentést.
Tolerancia
Itt hal meg a legtöbb MIM projekt. MIM tolerancia skálák százalékban, ±0,3% standard, ±0,1% optimalizálva. A mérnökök ±0,3%-ot látnak, és "szorosnak" gondolják. Kisebb jellemzők szerint igen.
| Funkció | MIM ±0,3% | CNC |
|---|---|---|
| 10 mm | ±0,03 mm | ±0,025 mm |
| 25 mm | ±0,075 mm | ±0,025 mm |
| 50 mm | ±0,15 mm | ±0,025 mm |
A CNC abszolút toleranciával rendelkezik. MIM mérleg mérettel. Az az 50 mm-es furat ±0,05 mm-nél? A MIM másodlagos megmunkálás nélkül nem tud hozzányúlni.
De ha a tolerancia beválik, a megtakarítás valódi. A Spine Wave sebészeti műszerprogramjára hivatkozunk leginkább, mert a számok nyilvánosak, és a történet teljes. A Velocity® gerincfúziós eszköz szállítási zárszerkezetével érkeztek MIM beszállítójukhoz. Az alkatrész 18 dollár/db áron volt megmunkálva, ami orvosi alkatrésznél nem felháborító, de évi 75 000 egységre volt szükségük. Éves megmunkálási ráfordítás: 1,35 millió dollár.
A MIM értékelése négy hónapig tartott. A szerszámozás 38 000 dollárba került. Az első cikkek két szinterezési ciklust igényeltek a méretadatok eléréséhez. A darabonkénti költség 2,80 dollár volt. Első év összesen: 248 000 USD, beleértve a szerszámok amortizációját. Az első évben több mint egymillió dollárt takarítottak meg. A harmadik évre az összesített megtakarítások meghaladták a 3,2 millió dollárt.
Minőségügyi mérnökük megjegyzése 18 hónapos gyártás után: "Egy minőségügyi mérnök számára, ha nincs miről beszámolni, az nagy elismerés."
Nincsenek terepi hibák. Nincs méretbeli eltolódás. Nincsenek gondok a szállító minőségével. A teljes esettanulmányt az optimim.com oldalon tették közzé. 85%-os költségcsökkentés. Nem minden program éri el ezeket a számokat, de 50-70%-os megtakarítást jelentenek a 20 000 éves mennyiség feletti összetett rozsdamentes geometriákon rendszeresen.
Folyamat
A CNC megmunkálás egyszerű. A bárkészlet a gépbe kerül. A vágószerszámok a programozott pályákat követik, és addig távolítják el az anyagot, amíg a geometriája megmarad. Változtasd meg a programot, szerezz be különböző részeket. Az első cikkek átfutási ideje: nap. A tervezési változtatások programozási időbe kerülnek, nem a szerszámokba.
A MIM transzformációk sorozata. A 2-20 mikron átmérőjű fémport hőre lágyuló kötőanyaggal keverik körülbelül 60-40 térfogatszázalék kötőanyag között. Az injektálás során a keverék műanyagként viselkedik. Befolyik a penészüregekbe, és "zöld részekké" szilárdul meg, amelyek megfelelően néznek ki, de nincs szerkezeti integritásuk.
A zöld rész a polimer eltávolítása érdekében megkötözésen, hőbontáson vagy oldószeres extrakción megy keresztül. Marad egy "barna rész": fémpor, amelyet a súrlódás és a maradék kötőanyag tart össze. Elég törékeny ahhoz, hogy összetörjön, ha rosszul kezeli.
A barna rész belép egy szinterező kemencébe, amely az ötvözet olvadáspontjának 85-95%-án működik. 15-20 óra alatt a szilárdtest diffúzió megköti a porszemcséket. Az alkatrész minden méretben 15-20%-kal zsugorodik, ahogy a porozitás összeomlik és a sűrűség nő. Egy 60 mm-re fröccsöntött alkatrész 48-51 mm-es szinterezésből jön ki.
A zsugorodás összességében megjósolható, de nem teljesen egyenletes. A gravitáció a kemence tájolásától függően eltérően hat az alkatrészekre. A tömegeloszlás befolyásolja a helyi zsugorodás mértékét. A falvastagság változása differenciális zsugorodást hoz létre, amely elvetemíti az alkatrészeket.
Láttuk, hogy a szinterezés során az alkatrészek méretre helyesen jöttek ki, és ugyanabból a formából az alkatrészek csavarodtak ki, mert valaki rosszul töltötte be a kemencetálcát. Az ilyesmi gyakrabban fordul elő, mint ahogy a beszállítók beismerik. A szinterező készülékek fejlesztése, az alkatrészek geometriáját az órákon át tartó -hosszú hőciklus alatt tartó tartók mérnöki munka, nem árucikk. Azok a beszállítók, akik nem rendelkeznek tapasztalattal a geometriailag hasonló alkatrészekkel kapcsolatban, az Ön költségére megtervezik a lámpatesteket.
A kudarcok
Havonta legalább kétszer valaki alumínium alkatrészt küld nekünk MIM árat kérve. A válasz mindig nem. Az alumíniumpor oxidréteget képez, amely szinterelés közben nem bomlik le, a részecskék nem tudnak megtapadni. A kutatólaboratóriumok ellenőrzött körülmények között demonstrálták az alumínium MIM-et. Kereskedelmi termelés nem létezik. Az alumínium CNC-t jelent.
A szinterelőkemencében a légkör szabályozása határozza meg, hogy az anyag valóban megfelel-e az előírásoknak. A rozsdamentes acéloknak hidrogénre vagy vákuum atmoszférára van szükségük. A rossz atmoszféra vagy a szennyezett kemence légköri szennyeződése a króm elvándorlását okozza a felületről. Jól néznek ki az alkatrészek. Méretek nézd meg. De a korrózióállóság megsemmisül, mert a felületi króm kimerült. Elutasítottuk a beérkező MIM alkatrészeket más beszállítóktól, amelyek átmentek a méretellenőrzésen, de 100 órán belül nem teljesítették a sópermet-tesztet.
A MIM alkatrészek 1-4%-os porozitást tartanak fenn. Ezek az üregek minden szennyeződést felfognak a környezetében: a megmunkálási hűtőfolyadékot, a vágóolajat, a légköri nedvességet.
Két évvel ezelőtt volt egy ügyfelünk, aki a költségcsökkentés érdekében a MIM-et jelölte meg a szerkezeti konzolokon. A gyártás nyolc hónapig zökkenőmentesen zajlott. Ezután a helyszíni szervizcsapatuk megpróbált egy konzolt hegeszteni a berendezés javítása során.
A hegesztés nem sikerült. Többször.
A hegesztési medencén keresztül elpárologtatott szennyeződés porozitást és zárványokat hozott létre, amelyek megsemmisítették a kötés integritását. Új CNC beszállítót kellett minősíteniük a cserealkatrészekhez. A MIM „költségmegtakarítása” sürgősségi beszerzési költségekké, helyszíni szolgáltatási késésekké és ügyfélkapcsolati problémává vált.
Ha az alkatrészeket hegesztésre, összeszerelésre, javításra vagy helyszíni módosításra lehet szükség, a MIM kizárásra kerül.
A fáradtság egy másik dolog, amivel kapcsolatban kérdéseket kapunk. Kovácsolt rúd alapanyag gépek 100%-os sűrűséggel, konzisztens szemcseszerkezettel. A MIM 96-99%-os sűrűségre szinterezik elosztott mikroporozitással. A statikus szilárdság egyenértékű. Teszteltük a 17-4PH MIM alkatrészeket a kovácsolt specifikációkhoz képest, és ezek szakítószilárdságuk, hozamuk és keménységük megegyezik. 17-4A PH H900 1070-1190 MPa UTS, 970-1090 MPa hozam, 35-40 HRC. 316L eltalál, ha az 520 MPa korróziós atmoszféra megfelelően szabályozott. De ezek a mikropórusok feszültségkoncentrátorként működnek ciklikus terhelés alatt. A 10^7+ ciklust mutató alkatrészek, forgó tengelyek, vibrációval terhelt konzolok és bármi, aminek rezonanciája aggályos, a kovácsolt anyag felülmúlja a MIM-et. A forró izosztatikus préselés lezárhatja a porozitást és helyreállíthatja a fáradtsági teljesítményt, de ez alkatrészenként 10-25 dollárt ad hozzá.
Felületkezelés: A szinterezett MIM{0}}Ra 0,8-1,6 μm, simább, mint a normál CNC Ra 3,2 μm. A sűrűség 96-99%, vagy HIP esetén 99%+. Szabványok, ha szüksége van rájuk: MPIF 35-MIM (2025), ASTM B883-19, ISO 22068:2012.
Kötet
| Éves mennyiség | Ajánlás |
|---|---|
| 1000 alatt | CNC, szerszámozási befektetésnek nincs értelme |
| 1,000-5,000 | Általában CNC, futtassa a szünetet{0}}még a matematikát is összetett részeken |
| 5,000-20,000 | Geometriától függ, érdemes számolni |
| 20.000 felett | A MIM általában nyer, ha a tűrések működnek |
Kiegyenlítési kép Egy 40 000 dolláros öntőforma 14 dollár/db megtakarítással 2857 egységnél is meghibásodik. Ennél a mennyiségnél minden alkatrész 14 dollárt takarít meg. 50 000 éves mennyiség mellett ez évi 700 000 dollárt jelent.
Az általunk idézett MIM öntőformáknak csak körülbelül a fele kerül gyártásba. A szerszámozás megkezdése utáni tervezési változtatások módosításonként 2000-15 000 dollárba kerülnek. Azok a programok, amelyek költségcsökkentésre törekszenek a tervezési stabilitás előtt, végül kétszer fizetnek a szerszámokért.
CNC megmunkál bármit, amit rögzíthet. Alumínium, titán, Inconel, sárgaréz, műanyagok, kompozitok, a megmunkálhatóságon túl nincs korlátozás. A MIM anyag kiválasztása a megállapított alapanyag-összetételtől függ. A rozsdamentes acélok teszik ki a globális MIM-termelés 50-57%-át. 316L a korrózióállóság, 17-4PH a szilárdság, 420 a kopás szempontjából. Gyengén ötvözött acélok (4140, 4340, Fe-2Ni) hőkezeléshez vagy mágneses tulajdonságokhoz. Az M2 és H13 szerszámacélok a kopásállóságért, bár a szinterezés során a szén-dioxid-szabályozás gondos folyamatfejlesztést igényel. Titán Ti-6Al-4V orvosi és űrhajózási célokra, vákuum alatt szinterezve. Ami nem működik: alumínium, rézötvözetek, tiszta fémek.
Anyagfelhasználás: A CNC a tuskójának 20-50%-át alkatrészre alakítja, a többiből forgács lesz. Az összetett alkatrészek 70-80%-ot veszíthetnek el. A MIM-alapanyag felhasználás 95-97%-ban fut újrahasznosítással. A 60 dollár/kg titán esetében egy 180 grammos tuskóból 40 grammos felületre megmunkált alkatrész 140 gramm anyagot veszít el, ami 8,40 dollárt selejtez, mielőtt egyetlen forgácsot levágna. A MIM ezt az alkatrészt nagyjából 42 g alapanyagból állítja elő.
Általános tanácsunk: prototípus CNC-ben, gyártási szándéktól függetlenül. Érvényesítse az illeszkedést, a funkciót, a tervezési szándékot. Zárja le a geometriát. Ezután fektessen be a MIM-eszközökbe, ha a kötet támogatja.
Amikor Működik
A MIM akkor nyer, ha összetett geometriája több CNC-műveletet igényel. Belső jellemzők, alávágások, vékony falak, olyan jellemzők, amelyekhez 5 tengelyes munka vagy szikraforgácsolás szükséges. Azok az alkatrészek, amelyeknél a megmunkálási költség 25-50 USD/db, gyakran 5 USD/db alatt áraznak MIM-ben.
Az AFT turbófeltöltő lapátprogramja: 180+ millió alkatrészt gyártottak BMW, Ford, Tesla, Caterpillar számára. A szárnyszárnyprofilok ±0,015 mm-t tartanak, feszesebbek, mint a szabványos MIM az optimalizált szerszámozásnak és folyamatvezérlésnek köszönhetően . 20%-os költségcsökkentés az autóipari mennyiségek precíziós öntéséhez képest. Dokumentálva a pim-international.com oldalon. Ez a program több éves fejlesztési befektetést igényelt, nem pedig olyasvalamit, amit hat hónapos idővonalon{8}}ismétel.
A CNC nyer az alumínium és réz alkatrészeknél, a szűk-tűrési jellemzők ±0,1 alatt, a hegeszthetőséget igénylő alkalmazások, a teljes anyagkövetést igénylő programok (repülés, űrkutatás, nukleáris), az 5000 alatti éves alkatrészek és a hatékonyan megmunkálható geometriák. Előfordulhat, hogy a CNC esztergagépeken egyszerű esztergált alkatrészek soha nem indokolják a MIM-szerszámozást, függetlenül a térfogattól.
A hibrid akkor működik, ha MIM gazdaságosságra van szüksége összetett geometrián, de olyan funkciókkal rendelkezik, amelyek CNC-pontosságot igényelnek. MIM a testet, gépelje meg a kritikus furatokat.
Küldje el részünket éves mennyiséggel. Mindkét folyamatot idézzük, és lefuttatjuk a nullszaldós{1}}elemzést. Megmondjuk, mely funkciók okoznak MIM-problémákat, és hogy van-e értelme a hibridgyártásnak. A folyamatra vonatkozó ajánlásokat nem az alapján hajtjuk végre, hogy mitől szerezünk több pénzt. Harminc évnyi tudásunkra alapozva szorgalmazzuk őket, hogy mely projektek sikeresek, és melyek válnak minőségi menekülésbe és ügyfélproblémákká. Egy meghiúsult MIM program többe kerül nekünk a tervezési idő és a kapcsolati károk tekintetében, mint amennyit a szerszámokkal valaha is okoznánk. Ha az alkatrészed passzol a MIM-hez és a köteted támogatja, akkor a Spine Wave tokra hasonlító számokat mutatunk, 70-85%-os költségcsökkentés, megbízható gyártás, folyamatos odafigyelést nem igénylő minőség. Ha nem illik, azt is elmondjuk.