Formowanie wtryskowe metalu (MIM) i części z metalurgii proszków do zamków

Części stalowe near-net-shape do cylindrów zamków, mechanizmów krzywkowych, przekładni zębatych i okuć zabezpieczających. Złożone geometrie w jednym spiekanym elemencie, hartowane i wykończone — od partii pilotażowych po produkcję masową.

MIM i metalurgia proszków w Hydroforce

Hydroforce Engineering produkuje komponenty wytwarzane metodą formowania wtryskowego metalu i metalurgii proszków dla branży zamków i okuć zabezpieczających. To ugruntowana zdolność produkcyjna: ta sama narzędziownia, linia spiekania i proces kontroli, które obsługują nasz regularny program PM i MIM, dostarczają rdzenie cylindrów, krzywki i zestawy kół zębatych europejskim producentom zamków oraz wytwarzają części MIM do narzędzi ręcznych, siłowników elektromechanicznych i komponentów broni strzeleckiej.

MIM to naturalna odpowiedź na problem, którego konwencjonalna obróbka skrawaniem nie potrafi rozwiązać ekonomicznie: mała, skomplikowana część stalowa — poniżej pięćdziesięciu gramów, pełna otworów poprzecznych, kieszeni, zębów, podcięć i elementów gwintowanych — która musi trafiać do odbiorcy w dziesiątkach lub setkach tysięcy sztuk, wszystkie zamienne, wszystkie hartowane, wszystkie zgodne z rysunkiem. Producenci zamków przestawili się na MIM w latach 2000. właśnie z tego powodu, a rdzenie cylindrów, dźwignie, krzywki i ramy pałąków, które co tydzień przechodzą przez naszą linię, są bezpośrednim dowodem na wolumeny, dla których ta technologia została stworzona.

Dlaczego MIM i PM do komponentów zamków

Nowoczesny zamek cylindryczny to niewielki pakiet wysokoprecyzyjnej stali. Komory zapadek, kanały klucza, interfejsy dźwigni, rowki ustalające, gwintowane elementy montażowe i geometrie zabezpieczające przed otwarciem wytrychem są stłoczone w korpusie o długości od dwudziestu do trzydziestu milimetrów. Wykonanie takiej geometrii przez frezowanie i toczenie wymaga kilku mocowań, dedykowanego oprzyrządowania i sporego naddatku na obróbkę; tolerancje dryfują wraz ze zużyciem narzędzia, a koszt jednostkowy rośnie wraz z wielkością partii w niewłaściwym kierunku.

MIM przyjmuje odwrotne podejście. Feedstock (mieszanka) z drobnego proszku metalu związanego w matrycy polimerowej jest wtryskiwany w oprzyrządowaniu niemal identycznym z formami do wtrysku tworzyw sztucznych. Wypraska (część zielona) już niesie finalną geometrię — otwory poprzeczne, zaokrąglenia, kieszenie, zęby kół zębatych, radełkowanie — uformowaną w jednym wtrysku w ciągu sekund. Po usunięciu lepiszcza (debinding) i spiekaniu część kurczy się izotropowo o około 15 do 20 procent i osiąga 95 do 99 procent gęstości teoretycznej: w pełni metaliczna część, a nie porowaty wypraski, o właściwościach mechanicznych porównywalnych ze stalą kutą i takiej samej reakcji na obróbkę cieplną.

Konwencjonalna metalurgia proszków (prasowanie i spiekanie) obsługuje prostsze, większe elementy z tej samej rodziny — tuleje, podkładki, płyty ustalające, podkładki kołnierzowe — gdzie geometrię można prasować jednoosiowo, a wymagana gęstość jest niższa. Pomiędzy MIM a PM pokrywamy pełny zakres okuć zamkowych od dźwigni o masie 2 gramów po płytę bazową o masie 250 gramów, w stalach, stalach nierdzewnych i stalach narzędziowych, wszystkie hartowane i wykończone zgodnie z rysunkiem.

Możliwości

Dostarczamy komponenty MIM i PM zgodnie z rysunkami klienta w typowym zakresie przemysłowym:

Wielkości serii sięgają od kilkuset sztuk dla walidacji prototypu po miliony sztuk rocznie dla ustabilizowanych platform zamkowych. To samo oprzyrządowanie, program spiekania i plan kontroli przebiegają bez zmian z jednej partii produkcyjnej na kolejną, więc część wysyłana w piątym roku jest wymiarowo identyczna z próbką pierwszej sztuki.

Przykłady produkcyjne

Przedstawione poniżej komponenty są reprezentatywne dla naszej regularnej produkcji MIM i PM dla klientów z branży zamków i okuć. Każdy z nich demonstruje geometrię, której obróbka skrawaniem w serii byłaby nieopłacalna, a która zyskuje na opcjach obróbki cieplnej i powierzchni dostępnych dla spiekanej części stalowej.

Rdzeń cylindra zamka

Korpus cylindra zamka o wysokim poziomie zabezpieczenia, wykonany ze stali niskostopowej w jednym wtrysku MIM. Prostokątny kanał klucza, cztery komory zapadek na górnej powierzchni, otwór poprzeczny na sworzeń krzywki, kołnierz głowicy oraz gwint zewnętrzny na tylnym trzpieniu są uformowane już na etapie wtrysku; jedynie gwint i kanał klucza są kalibrowane na wymiar po spiekaniu. Część jest nawęglana powierzchniowo i czerniona. Frezowany odpowiednik wymagałby czterech mocowań i mniej więcej trzykrotnie dłuższego czasu cyklu na sztukę.

Koło zębate złożone z integralnym zębnikiem

Dwustopniowe koło zębate do układu napędowego zmotoryzowanego cylindra lub zamka elektromechanicznego, wykonane ze spiekanej stali niskostopowej. Duże koło walcowe i mniejszy zębnik leżą na tej samej osi jako jeden element — bez połączenia piasty, bez montażu prasowanego. Geometria zębów na obu średnicach jest uformowana w formie i po spiekaniu spełnia klasę dokładności koła zębatego określoną na rysunku, bez obróbki zębów po procesie. Hartowanie skrośne i odpuszczanie doprowadzają boki zębów do twardości wymaganej dla danego zastosowania.

Wirnik tarczowy disc-detainer

Tarcza wirnika do cylindra zamka typu disc-detainer, z charakterystycznym żebrowanym obwodem i centralnym otworem na klucz. Każda tarcza w stosie ma własne wycięcie bramki i musi obrócić się o precyzyjny kąt, aby listwa boczna opadła w bramki — geometria, która musi powtarzać się z dokładnością do kilku setnych milimetra na każdej tarczy w każdym zamku. MIM w stali niskostopowej odtwarza położenie bramki i profil żebra w jednym wtrysku, spieka, a następnie nawęgla powierzchniowo dla odporności na zużycie wywoływane przez klucz.

Dźwignia krzywkowa z widlastym końcem

Dźwignia mechanizmu do zamka wielopunktowego lub przekładni klamki okiennej: precyzyjny otwór w piaście obrotowej, widlasty rowek roboczy na jednym końcu i kulisty zatrzask na drugim. Trzy funkcjonalne elementy leżą na trzech różnych osiach, połączone stożkowym żebrem — jednowtryskowa część MIM, która w przeciwnym razie wymagałaby toczenia, frezowania i operacji rowkowania. Powierzchnia po spiekaniu przyjmuje bezpośrednio pasywację lub czernienie, bez pośredniego szlifowania.

Wkładka krzywkowa cylindra

Wkładka krzywkowa, która przekłada obrót rdzenia na napęd rygla: podłużny rowek zazębienia na głowicy, cienkie żebro robocze z wtopionym wypustem napędowym oraz stopniowana stopa walcowa biegnąca w korpusie zamka. Trzy strefy funkcjonalne na jednej części, uformowane metodą MIM w hartowalnym gatunku niskostopowym. Wypust napędowy jest punktem zużycia — po spiekaniu część jest hartowana skrośnie i odpuszczana, aby wypust zachował geometrię przez znamionową liczbę cykli pracy zamka.

Płyta bazowa z wieloma otworami

Płyta tylna do korpusu zamka, z siedmioma otworami przelotowymi o różnych średnicach, z czego cztery pogłębiane na widocznej powierzchni. Płyta stanowi interfejs montażowy cylindra, punkty mocowania śrubowego do ościeżnicy drzwiowej oraz gniazda dwóch wewnętrznych sworzni mechanizmu. Prasowanie i spiekanie PM w gatunku niskostopowym nadaje części wymaganą nośną gęstość przy zachowaniu niskiego kosztu; głębokości pogłębień i sfazowane krawędzie wychodzą z matrycy prasy gotowe do montażu.

Rama pałąka dwuelementowego

Dwuelementowa rama pałąka do kłódki zabezpieczającej, wykonana ze stali nierdzewnej 17-4 PH i pokazana tutaj w stanie po spiekaniu. Zazębiające się profile U, rowek kanału klucza u góry i wycięcie pięty na dole są w całości formowane; jedynie powierzchnie zazębienia są kalibrowane na wymiar po przesycaniu i starzeniu. Połączenie stali nierdzewnej 17-4 PH i cyklu utwardzania wydzieleniowego nadaje ramie twardość wymaganą dla odporności na przecięcie, zachowując jednocześnie naturalnie odporną na korozję powierzchnię — bez konieczności powlekania.

Proces produkcyjny

Każde zlecenie MIM przebiega przez ten sam czterostopniowy proces podstawowy, przy czym części PM pomijają etap usuwania lepiszcza. Cały przepływ mieści się na jednej linii:

1. Analiza rysunku i dobór feedstocku. Rysunek jest analizowany pod kątem formowalności, doprowadzenia tworzywa, linii podziału i naddatku na skurcz. Gatunek zamawiany przez klienta jest dopasowywany do feedstocku proszek–lepiszcze — zwykle 17-4 PH dla elementów nierdzewnych, stopy Fe-Ni dla nawęglania, M2 dla twardości stali narzędziowej lub stal niskostopowa dla głównych wolumenów.
2. Oprzyrządowanie. Stalowe formy wtryskowe są wykonywane z wbudowaną kompensacją skurczu (gniazdo ma w przybliżeniu 1,18× wymiaru gotowej części). Rdzenie, suwaki i wypychacze są rozplanowane tak, aby uwolnić każde podcięcie i otwór poprzeczny w jednym wtrysku.
3. Formowanie wtryskowe. Feedstock jest podgrzewany i wtryskiwany do zamkniętej formy przy kontrolowanym ciśnieniu i temperaturze. Czasy cyklu wynoszą zwykle od 15 do 45 sekund na wtrysk, w zależności od masy części i przekroju ścianki. Wypraska (część zielona) ma pełną geometrię zewnętrzną gotowego elementu.
4. Usuwanie lepiszcza (debinding). Lepiszcze polimerowe jest usuwane w dwóch etapach — rozpuszczalnikowe lub katalityczne usuwanie wstępne, a następnie usuwanie termiczne w przedniej części pieca do spiekania — pozostawiając kruchą „część brązową” z związanego proszku metalu.
5. Spiekanie. Część brązowa jest podgrzewana w atmosferze wodoru, azotowo-wodorowej lub próżni do 1200–1400 °C, gdzie cząstki proszku łączą się, a część kurczy się izotropowo o około 15 do 20 % do wymiarów końcowych. Gęstość po spiekaniu osiąga 95–99 % gęstości teoretycznej. Dla gatunków o wysokiej temperaturze topnienia prowadzimy także cykle spiekania w ultrawysokiej temperaturze.
6. Kalibrowanie i operacje wtórne. Wymiary krytyczne są doprasowywane lub kalibrowane, aby sprowadzić część do najwęższego zakresu jej tolerancji rysunkowej. Gwinty, podcięcia lub elementy nieodpowiednie dla MIM są dodawane przez obróbkę CNC tam, gdzie jest to wymagane.
7. Obróbka cieplna. Hartowanie skrośne i odpuszczanie, przesycanie + starzenie dla stali utwardzanych wydzieleniowo, nawęglanie lub azotowanie zgodnie z rysunkiem — stosowane do całej partii w piecach tacowych lub liniach z atmosferą kontrolowaną.
8. Obróbka powierzchni i kontrola. Pasywacja, nikiel, cynk, czernienie, fosforanowanie lub PVD zgodnie ze specyfikacją, a następnie kontrola wymiarowa i pakowanie.

Kontrola jakości

Każde zlecenie jest wysyłane z teczką dokumentacyjną odpowiadającą danej części, zgodnie z naszym systemem jakości ISO 9001:

• Certyfikat materiałowy partii proszku, identyfikowalny do partii feedstocku
• Raport wymiarowy CMM pierwszej sztuki względem rysunku
• Weryfikacja gęstości po spiekaniu (metoda Archimedesa, z przekrojem na życzenie)
• Raport twardości — rdzenia i warstwy utwardzonej tam, gdzie ma to zastosowanie
• Międzyoperacyjne próbkowanie wymiarowe w obrębie partii produkcyjnej
• Zapis obróbki powierzchni (grubość powłoki, partia pasywacji)
• Kontrola wizualna pod kątem wad spiekania, porowatości powierzchni i wykończenia

Rysunki oprzyrządowania, parametry wtrysku, profil usuwania lepiszcza i program spiekania są przechowywane dla każdej części, dzięki czemu zlecenie powtórne jest realizowane według tej samej bazy odniesienia co pierwsza sztuka — pięć czy dziesięć lat później, z tymi samymi wymiarami i tą samą metalurgią.

Zamawianie

Prześlij swój rysunek lub model 3D na adres office@hydroforce.ee. Odpowiemy wyceną oprzyrządowania i ceny za sztukę, zalecanym gatunkiem materiału, ścieżką obróbki cieplnej i sugerowaną drogą wykończenia. Partie pilotażowe i oprzyrządowanie prototypowe są mile widziane — ten sam pakiet dokumentacji towarzyszy części od pierwszego egzemplarza aż do produkcji seryjnej.