금속 사출 성형의 품질 평가 방법은 무엇입니까?

MIM 생산 라인을 오랫동안 운영해 본 사람이라면 누구나 이러한 좌절감을 알고 있을 것입니다. 소결 후 부품 배치가 완벽해 보이고, 치수를 확인하고, 표면 마감이 깨끗해졌는데,{0}}3주 후에 부품이 염수 분무 테스트에 실패했기 때문에 고객이 전화를 했습니다. 근본 원인은? 체중 감량 데이터가 "충분히 유사"해 보였기 때문에 아무도 포착하지 못한 불완전한 탈지에서 발생한 잔여 탄소.

MIM 품질 평가는 이러한 상황을 정확하게 방지하기 위해 존재합니다. 그러나 대부분의 개요 기사에서 알려주지 않는 내용은 다음과 같습니다. 가장 중요한 방법은 무엇을 만들고 누구를 위해 만들고 있는지에 따라 크게 달라집니다.

MIM 프로세스 검증의 현실

MIM이 실제로 무엇과 관련되어 있는지 직접적으로 살펴보겠습니다. 금속 분말-사람의 머리카락보다 작은 입자-를 고분자 결합제와 대략 60/40의 부피 비율로 혼합하고, 해당 혼합물을 주형에 주입하고, 화학적으로 또는 열적으로 결합제를 제거한 다음, 분말 입자가 서로 융합될 때까지 모든 것을 녹는점 바로 아래로 가열합니다. 소결하는 동안 부품은 모든 방향에서 약 15-20% 수축됩니다.

이러한 단계 중 하나 하나에서 나중에까지 나타나지 않는 결함이 발생할 수 있습니다. 입자 크기 분포가 약간 다른 분말 로트는 공급원료 점도를 변경합니다. 이러한 점도 변화는 어제 작동했던 사출 매개변수가 오늘과 같은 방식으로 금형을 채우지 않는다는 것을 의미합니다. 미성형 또는 밀도 변화는 이미 전체 처리 비용을 투자한 소결 후에야 분명해집니다.

실제로 문제를 예방하는 입고 자재 점검

분말 공급업체는 모든 로트에 대해 분석 인증서를 제공합니다. 문제는 귀하의 애플리케이션에 어떤 숫자가 실제로 중요한가 하는 것입니다.

탄소와 산소 함량은 스테인리스강에 매우 중요합니다. 동일한 금형, 동일한 가공 매개변수에서 나온 17-4PH 부품은 분말 로트의 탄소 함량이 0.02%에서 0.07%에 이르기 때문에 8-10 HRC 포인트의 경도 변화를 보였습니다. 둘 다 기술적으로 사양 내에 있었습니다. 분말 공급업체나 우리의 검사 기관 모두 이를 표시하지 않았습니다. 고객의 QC 부서가 입고 검사 중에 이를 발견했고 우리는 재고를 분류하는 데 2주를 보냈습니다.

입자 크기 분포는 모든 다운스트림에 영향을 미칩니다. 미세한 분말은 더 빨리 소결되고 더 높은 밀도를 달성하지만 공급원료 점도도 증가하여 충전 동작이 변경됩니다. 분말 공급업체가 분무 장비를 전환하거나 분류 프로세스를 조정할 때 D50은 동일하게 유지되지만 분포 형태는 완전히 바뀔 수 있습니다. 들어오는 로트에 대해 ASTM B822에 따라 레이저 회절 분석을 실행하는 데는 20분이 소요되며 여러 생산 재해로부터 우리를 구해주었습니다.

공급원료의 경우-자체에서 합성하든-공급업체에서 구입하든 상관없이 비중병이나 아르키메데스 방법을 사용하여 밀도를 측정하면 분말-대-결합제 비율이 올바른지 즉시 알 수 있습니다. 2% 밀도 편차는 소결 후 측정 가능한 치수 변화로 변환된다는 사실을 깨닫기 전까지는 별 것처럼 들리지 않습니다.

성형 중 모니터링해야 할 사항

부품 중량은 사출 성형 중 가장 유용한 실시간 품질 지표입니다.{0}} 이는 충진량과 직접적인 상관관계가 있으며 충진량에 따라 소결 치수가 결정됩니다. 15-20샷마다 부품의 무게를 측정하는 데는 몇 초밖에 걸리지 않습니다. 무게가 움직이기 시작하면-재료 온도, 금형 온도, 사출 속도, 체크 밸브 마모가 변경된 것이므로 수백 개의 의심스러운 부품을 생산하기 전에 조사할 수 있습니다.

압력 곡선 모니터링에는 보다 정교한 장비가 필요하지만 문제에 대한 조기 경고를 제공합니다. 사출 압력 프로필 모양은 충전 동작을 나타냅니다.-최대 압력과 상승률이 동일한 일관된 곡선은 일관된 충전을 의미합니다. 최신 성형 기계는 이 데이터를 자동으로 기록합니다. 곡선을 검토하는 데는 생산 압력으로 인해 종종 허용되지 않는 시간이 걸리지만 중요한 부품의 경우나 문제 해결 시 정보는 매우 중요합니다.

녹색 부품의 육안 검사를 통해 미성형, 플래시, 싱크 마크, 웰드라인 가시성 등 명백한 결함을 찾아냅니다. 까다로운 부분은 어떤 시각적 특성이 소결 후 문제를 예측하는지, 어떤 것이 가공 중에 사라지는 외관상의 문제인지 아는 것입니다. 이러한 지식은 녹색 부품 외관과 소결 부품 품질을 연관시킨 경험에서 비롯됩니다.{2}}이를 대체할 수 있는 것은 없습니다.

디바인딩 검증

디바인딩은 많은 MIM 작업이 자신도 모르게 제어력을 잃는 곳입니다. 폴리머 바인더가 완전히 나와야 하지만 너무 빠르면 부품이 깨질 수 있습니다. 너무 느리면 처리량이 손실됩니다.

체중 감량 측정은 간단합니다. 탈지 전 부품의 무게를 측정하고, 탈지 후 무게를 측정하고, 제거된 백분율을 계산합니다. 부피 기준으로 바인더가 40%(스테인리스강의 경우 중량 기준으로 약 8%) 포함된 공급원료의 경우 중량 손실이 8% 지점에 가까워야 합니다. 중량 손실이 6%에 불과하다는 것은 부품에 상당한 양의 바인더가 남아 있다는 것을 의미합니다. 그 잔류바인더는 소결과정에서 잔류탄소가 되며, 스테인리스강의 잔류탄소는 내식성을 파괴합니다.

JPMA 사양에서는 소결 스테인리스강 부품의 최종 탄소 함량을 0.03% 미만으로 요구합니다. 해당 대상을 맞추려면 완전한 디바인딩이 필요합니다. 우리는 운영자가 정확하다고 맹세하는 열 탈지 사이클을 실행하는 상점을 보았지만 실제 용광로 온도 프로필이 프로그래밍된 프로필과 일치하지 않기 때문에 부품이 지속적으로 화학 반응에 실패했습니다. 확실하게 알 수 있는 유일한 방법은 부품에 내장된 열전대를 사용한 열전대 검증 및 비정기적인 테스트 실행입니다.

이 단계에서는 바인더 제거 과정에서 발생한 균열이 눈에 보이기 때문에 탈지 후 불량 검사를 실시합니다. 소결 전에 이를 포착하면 로 용량을 절약하고 결함이 발생한 시점에 대한 혼란을 방지할 수 있습니다.

소결부품 평가

소결 후 치수 측정을 통해 전체 공정 체인에서 도면 요구 사항을 충족하는 부품이 생산되었는지 확인합니다. 중요한 치수에 대한 CMM 검사, 프로필에 대한 광학적 비교, 생산 수량에 대한 진행/불가{1}}측정-구체적인 방법은 공차 요구사항 및 검사량에 따라 다릅니다.

중요한 맥락: MIM 치수 기능은 일반적으로 공칭 치수의 ±0.3% ~ ±0.5%입니다. 10mm 기능은 ±0.03~±0.05mm를 유지합니다. 이는 대부분의 주조 공정보다 우수하지만 정밀 가공만큼 엄격하지는 않습니다. 더 엄격한 공차가 필요한 부품에는 2차 가공 작업이 필요하며 이에 따라 비용 계산도 변경됩니다.

ASTM B962에 따라 아르키메데스 방법을 사용한 밀도 측정을 통해 소결이 적절하게 강화되었음을 확인합니다. 구조적 적용을 위한 목표 상대 밀도는 일반적으로 최소 96%이며, 많은 사양에서는 97% 이상이 필요합니다. 밀도가 낮다는 것은 내부 다공성이 더 크다는 것을 의미하며, 이는 기계적 특성을 감소시키고 유체{5}}처리 구성요소에 누출 경로를 생성할 수 있습니다.

생산 참고 사항: 밀도 측정에는 특정 합금 구성에 대한 이론적 밀도에 대한 정확한 지식이 필요합니다. 분말 공급업체의 실제 구성이 다를 때 "316L 스테인리스강"에 대한 일반적인 핸드북 값을 사용하면 불량 부품을 승인하거나 양호한 부품을 거부할 정도로 계산이 실패할 수 있습니다.

기계적 테스트 및 금속 조직학

금속 조직 검사-부품 절단, 장착, 연마 및 현미경 검사를 통해{1}}다른 방법에서는 볼 수 없는 미세구조의 세부사항이 드러납니다. 입자 크기, 기공 분포, 소결 넥 형성, 상 구조, 탄화물 석출: 모두 적절하게 준비된 단면에서 볼 수 있습니다.{3}} 이는 파괴적이고 시간 소모적이므로-일반적으로 생산 검사보다는 프로세스 개발, 문제 해결 및 주기적인 검증을 위해 예약되어 있습니다.

중요한 응용 분야의 경우 금속 조직학은 프로세스 모니터링이 시사하는 바를 확인합니다. 문제 해결을 위해 다른 방법에서는 증상만 보일 때 근본 원인을 밝혀내는 경우가 많습니다.

내부 결함에 대한 비-파괴적 방법

X-레이 검사 및 산업용 CT 스캐닝은 부품을 손상시키지 않고 내부 공극, 함유물 및 균열을 감지합니다. 내부 결함이 허용되지 않는 의료용 임플란트 및 항공우주 부품의 경우 이러한 방법이 필수인 경우가 많습니다.

실제 현실: MIM 관련 다공성을 확인하기에 충분한 해상도를 갖춘 산업용 CT는 비용이 많이 들고 느리며 숙련된 해석이 필요합니다. 이는 실패 결과가 심각한 고가치 부품에 적합합니다.- 상용 부품의 경우 파괴적인 금속 조직 검사를 통한 통계적 샘플링을 통해 저렴한 비용으로 적절한 보증을 제공하는 경우가 많습니다.

검사와 응용 프로그램의 일치

가전제품의 외관 커버를 고정하는 316L 브래킷에는 항공기 도어의 17-4PH 잠금 장치와 동일한 검사 강도가 필요하지 않습니다. 이를 인식하고 품질 활동을 적절하게 확장하면 불필요한 검사 비용에 빠져 있거나 더 나쁜 경우 필요한 점검을 건너뛰어 결함이 있는 부품을 배송하는 운영과 비용 효율적인 운영을 분리할 수 있습니다.

소비자 제품은 설계 적격성 평가 중에 기계적 특성을 검증하고 부품별 테스트가 아닌 프로세스 제어를 통해 모니터링하면서 치수 확인과 육안 검사만 필요할 수 있습니다.

MPIF 표준 35는 산업 전반에 걸쳐 공통 참조로 사용되는 재료 특성 사양을 제공합니다. 이는 재료 지정에 따라 최소 속성 값을 정의하므로 구매자와 공급업체가 요구 사항을 명확하게 전달할 수 있습니다.

이것이 실제로 무엇을 의미하는가

MIM에 대한 품질 평가는 모든 부품에 동일하게 적용되는 체크리스트가 아닙니다. 이는 각 프로세스 단계에서 고객에게 도달한 결함의 결과에 맞게 확장된 예상 출력을 생성하는지 확인하는 시스템입니다.

기본 원칙은 일관되게 유지됩니다. 즉, 유입되는 재료 확인, 성형 일관성 모니터링, 완전한 탈지 확인, 소결 치수 및 밀도 검증, 응용 분야 요구 사항에 적합한 기계적 특성 테스트입니다. 각 요소를 얼마나 엄격하게 적용하고 어떤 추가 방법을 추가하는지는 제작 중인 제품에 따라 다릅니다.

수십 년간의 생산 경험을 통해 이러한 접근 방식을 개선해 온 시설을 포함하여 성숙한 MIM 품질 시스템을 갖춘 운영에서는{0}허위 경보를 생성하거나 과도한 리소스를 소비하지 않고 실제 문제를 포착하는 검사 프로토콜을 개발합니다. 이러한 균형을 이루려면 시간과 주의가 필요하지만, 이는 수익성 때문에 스스로를 과도하게 검사하거나-고객 불만 사항에 대해 과소 검사하는 공급업체와 신뢰할 수 있는 공급업체를 구분하는 요소입니다.