MIM部品の製造可能性設計

MIM部品の設計はプラスチック射出成形に似ている。伝統的な金属成形技術の制限を受けず、部品デザイナーは新しい部品を新しい角度から再想像することができ、生産技術はどのように材料の重量を軽減し、複数の部品を1つの部品に組み合わせたり、機能や装飾の特徴を形作ることができます。

　　1. プロセス設計

最も簡単なMIM部品は、2つの半型の平面を組み合わせて形成されたキャビティで製造される。（参考：MIM金型構造）

ここで、半型は金型の他の半分に取り付けられ、均一なコアギャップを有し、残りの均一ギャップは均一な部品肉厚を形成するためである。

コア成形は部品内部の構造特徴であり、キャビティ成形は部品外部の構造特徴である。

設計されたすべての構造的特徴は、インジェクタを介してキャビティから押し出し、コアから硬化できる成形部品でなければなりません。

MIM部品の複雑さが増すにつれて、プラスチック射出成形で一般的に使用されるスライダ、コア、その他のツールを増やすことができる。

部品の構造フィーチャーを追加すると、部品の複雑さが増します。この場合、MIM部品は、後続の加工または組立作業に関連する工具および技術装置の運用コストを削減することによって経済的に利益を得ることができる。

設計の各段階では、これらの収益とコストを慎重に評価する必要があります。

MIM部品を設計する際には、均一な肉厚、厚さ遷移セグメント、芯取り穴、リフトオフ角、補強リブとスポークプレート、面取りと丸め、ねじ、穴と溝、根元切断、鋳造システム、分離線、装飾特徴、焼結支持など、このプロセスのすべての利点を十分に得るために、次のキーを考慮しなければならない。

以下に説明する。

1.1均一肉厚

可能であれば、MIMアセンブリ全体の肉厚は同じでなければならない。厚さによっては、反り、内部応力、穴、亀裂、くぼみが発生します。また、収縮が不均一になり、寸法公差や制御に影響を与えることもあります。

部品の厚さは1.3～6.3 mmの範囲でなければならない。

1.2厚さ制限

場合によっては、肉厚は均一ではなく、異なる厚さは徐々に移行するように設計されなければならない。

1.3芯取り穴

脱芯を使用すると、断面を標準限界まで減少させ、均一な肉厚を達成し、材料消費を減少させ、加工操作を減少または除去することができる。

方向は開口方向に平行であることが好ましく、言い換えれば、分離線に垂直である。マンドレルは両端に支持されているので、ブラインドではなくスルーホールを使用することが好ましく、ブラインド穴はカンチレバーで使用することが好ましい。

1.4スプリット勾配

スプリッタ勾配は、モデル部品の移動方向に平行な表面上の小さな角度です。マンドレルについては、特に正確でなければならない。離型傾斜は、離型と離型成形品を容易にするためである。放出角度は通常0.5度〜2度である。実際の復調傾斜角は、穴や凹形の深さ、部品の複雑さやコアの数に応じて増加します。

1.5リブとスポーク

リブとスポークは、厚い部分を避けるために薄い壁を補強するために使用されます。

肉厚の強度と剛性を高めるほか、材料の流れを改善し、変形を制限することもできます。

リブの厚さは隣接する壁の厚さを超えてはならない。構造的には厚い補強リブが必要であり、代わりに複数の補強リブを使用しなければならない。

1.6面取りとラウンド

面取りとラウンドは構造特徴の交差点の応力を減少させることができる。モデル構造特徴の亀裂と腐食を引き起こす可能性のある鋭角を除去し、射出材料のモデルへの流入を促進し、部品がキャビティから出てきて、成形操作を促進する。

1.7ねじ山

雌ねじと雄ねじはいずれもMIMプロセスによって形成することができるが、コアを緩めるよりもタップねじの方が正確でコストが高い。

ねじ出し成形ねじ（成形ねじのモデル部分）のモデルアセンブリを除去するためには、外側ねじはモデル構造の分離線上にあることが望ましい。

ねじの直径公差を維持するためには、通常、分離線上に0.127 mmのファセットが必要であり、図7に示すように、これはモデルの正確な密封を確保し、分離線の痕跡を減少させ、ねじの根元のバリを回避し、モデルのメンテナンスを減少させることができる。

1.8穴と溝

部品の品質を低下させ、均一な肉厚を形成するほか、穴と溝もMIM部品の有用な機能構造特徴であり、通常は部品価格を増加させない。

しかし、図8-aに示すように、穴と溝を追加すると、金型の複雑さが増し、これにより金型コストが増加する。型分割線に垂直な穴が最も形成しやすく、コストが最も低い。型分割線に平行な穴は形成しやすいが、スライダや油圧シリンダを追加する必要があり、これにより早期金型製造のコストが向上する。

図8−bに示すように、内部接続孔を形成することができる。シールやバリの問題を防ぐためには、このデザインをよく考えなければなりません。

可能であれば、コアロッドに平面を形成するために、穴をd穴にして金型のシール性を高める必要があります。そうでなければ、部品と円弧状の表面を形成する必要があり、その薄いエッジが異常な摩耗を引き起こす可能性があります。

1.9ルートカット

開口型を用いると、図9に示すような外根部切り欠きが分離線上に形成されやすい。この形状を製造するには、金型部品を増やし、金型のコストを増やし、生産性を下げる必要があります。

内部ルートカットはスライダで行うことができるものもあれば、可動コアで行うことができるものもあります。

ほとんどのMIM部品設計では、コストの増加と可能なバリの問題のため、設計者は内部ルートカットをキャンセルすることを決定することがあります。

1.10鋳造システム

射出材料はゲートを通ってキャビティに入る。MIM射出材料の高い金属含有量のため、MIMのこれらのゲートは通常、プラスチック射出成形ゲートよりもはるかに大きい。

ゲートは通常、完成品部品がキャビティから出てくる場所にマークを残すため、ゲートの設置には必要なプロセス、機能、寸法制御、美しさをバランスさせる必要があります。

ゲートは、図10に示すように、射出材料流の経路が金型キャビティ壁またはコアロッドに衝撃を与えることができるように、金型分離ライン上に配置することが好ましい。

また、肉厚の異なる部品の場合、ゲートは通常、最も厚い断面に設置され、射出材料が厚い断面から薄い断面に流れるようになっています。ゲートのこの設定により、部品表面の穴、溝、応力集中、および流路が除去されます。

複数のキャビティを持つ部品を製造する場合は、射出材料をキャビティごとに均一な充填率で同じ数供給できるように、ストレートランナーの寸法と構成も考慮する必要があります。

1.12装飾特徴

図12は、マーク、エンボス、部品点数、金型番号と穴番号の識別マークを示しており、これらはすべて部品のコストを増やすことなく、部品の適切な位置に簡単に形成することができます。

これらの特徴は、より鋭利なダイヤモンドエンボスを含む高レベルの特徴的な詳細を生成するMIMプロセスによって突出または凹み得る。

1.13焼結部品ホルダ

脱脂及び焼結中に、生MIM部品は約20%収縮する。可能な変形を最小限に抑えるために、MIM部品は焼結中に適切な支持を得なければならない。

通常、MIM部品は平坦なセラミック板またはトレイ上に配置される。

図13に示すように、焼結板またはトレイは、標準的な支持を使用できるように、大きな表面または複数の部品の共通の構造特徴を持つ平面に設計することが好ましい。長いスパン、カンチレバーまたは脆弱な領域を持つIM部品は、部品の専用の支持体または治具で支持する必要がある場合がある。これらの生産コストは非常に高い。