Udvikling af metalpulversprøjtestøbningsudstyr

Udvikling af metalpulversprøjtestøbningsudstyr

Metal sprøjtestøbning(MIM) er det hurtigst udviklende område inden for pulvermetallurgi og industri i de seneste år. Det er en ny pulvermetallurgi-nærnet-støbningsteknologi dannet ved at kombinere moderne avanceret plastsprøjtestøbningsteknologi med traditionel pulvermetallurgiteknologi.

1, MIM-støbningsteknologi

Den grundlæggende proces i MIM er at blande fint metal eller keramisk pulver ensartet med organisk klæbemiddel for at danne et rheologisk materiale, injicere en avanceret injektionsmaskine i et formhulrum med formen af ​​en del for at danne et emne, og bruge ny teknologi til at fjerne klæbemiddel og sintre det for at gøre det meget tæt til et produkt. Om nødvendigt kan der også udføres efterbehandling. "IHI-teknologien har ikke kun fordelene ved konventionel pulvermetallurgiteknologi såsom høj produktionseffektivitet, god produktkonsistens, mindre eller ingen skæring og økonomisk effektivitet, men overvinder også manglerne ved traditionelle pulvermetallurgiprodukter såsom lav densitet, ujævnt materiale , lave mekaniske egenskaber og vanskeligheder med at danne tyndvæggede komplekse dele. Det er særligt velegnet til produktion og forarbejdning af store mængder, små størrelser, komplekse og metalkomponenter med særlige krav." Siden industrialiseringen af ​​denne procesteknologi i midten af-1980erne har den opnået en hurtig udvikling. Sprøjtestøbningsprodukter har været meget udbredt i computerinformationsindustrien, bil- og motorcykelindustrien, medicinsk udstyr og sundhedsudstyr, husholdningsapparater, instrumentering, maskinfremstilling, kemiteknik, tekstil, national forsvar og militærindustri og andre områder. Indtil nu har hundredvis af virksomheder i mere end 20 lande og regioner været engageret i produktudvikling, forskning og salg af denne procesteknologi. Som følge heraf er pulversprøjtestøbningsteknologi blevet det mest aktivt udviklede banebrydende teknologifelt i den nye fremstillingsindustri, kendt som den banebrydende teknologi inden for verdens pulvermetallurgiområde, der repræsenterer hovedretningen for udviklingen af ​​pulvermetallurgiteknologi.

De vigtigste egenskaber ved denne proces er som følger:

(1) Denne procesteknologi bruger en sprøjtestøbemaskine til at injicere produktemner for at sikre, at materialer fuldt ud fylder formhulrummet, hvilket sikrer realiseringen af ​​delens komplekse struktur. Dette er uforlignelig med traditionel mekanisk bearbejdning og konventionel pulvermetallurgiteknologi og er et stærkt grundlag for udviklingen af ​​sprøjtestøbningsteknologi.

(2) Sprøjtestøbningsprodukter har høj dimensionsnøjagtighed, og sprøjtestøbningsprocesser kan direkte støbe tyndvæggede og komplekse strukturelle komponenter. Produktets form kan allerede opfylde eller nærme sig de endelige produktkrav, og produktet kræver ikke sekundær forarbejdning eller kun få efterbehandlingsprocesser. Dimensionstolerancen for dele holdes generelt på ca. ± 0,1 procent til ± 0,3 procent. Især for at reducere forarbejdningsomkostningerne for hårde legeringer, der er vanskelige at bearbejde, og reducere forarbejdningstabet af ædle metaller, er det særligt vigtigt.

(3) Sammenlignet med traditionelle pulverpresseprocesser har sprøjtestøbte produkter ensartet mikrostruktur, høj densitet og god ydeevne.

2, Nødvendigheden af ​​kontinuerligt sintringsudstyr

Med den storstilede industrialisering af MIM-teknologi er generelt produktionsudstyr og forskellige specialiserede metalsprøjtestøbningsudstyr i den traditionelle pulvermetallurgi og sprøjtestøbningsindustri blevet brugt i vid udstrækning i den industrielle produktion af metalsprøjtestøbning. Forbedringen af ​​virksomhedens krav til industriel produktionseffektivitet, udstyrsautomatisering, forarbejdningskontinuitet og udstyrsydelse har fremmet industrialiseringsprocessen for metalsprøjtestøbning. Den omfattende udvikling af MIM-industrien kræver mere produktionsudstyr for at forbedre virksomhedernes produktionseffektivitet. Korrekt udvælgelse og mestring af forskelligt udstyr i MIM-produktionsprocessen kan forbedre produktkvalitet, output og arbejdsproduktivitet og fremskynde udviklingen af ​​industrialisering.

I øjeblikket bruger blandingsprocessen hovedsageligt traditionelle tvillingplanetblandere, enkeltskrueekstrudere, stempelekstrudere, dobbeltskrueekstrudere, excentriske hjulblandere og z-formede pumpehjulsblandere, som kan sikre ensartetheden og effektiviteten af ​​blandingen.

Indsprøjtningsprocessen kan også trække på traditionelt sprøjteudstyr, såsom dual loop sprøjtestøbemaskiner, dual template sprøjtemaskiner, stangløse injektionsmaskiner, fuldautomatiske sprøjtemaskiner, elektromagnetiske dynamiske sprøjtestøbemaskiner osv., som bedre kan opfylde de tekniske krav af påfyldning.

For affedtningsprocessen, da affedtning er et område, der aldrig før har været involveret i den relevante industri, er dens princip: under forudsætning af at sikre, at de dele, der opnås ved sprøjtestøbning, ikke deformeres, ændres de forskellige komponenter i limen gradvist til gasformige eller flydende stoffer med temperaturstigning ved hjælp af princippet om kontinuerlige fysiske og kemiske ændringer for at fjerne sprøjtestøbeemnet for at opnå formålet med at fjerne klæbemidlet. Derfor er denne process placering i hele MIM-teknologien særlig speciel og vigtig. De affedtede dele har næsten ingen styrke, og en let vibration kan forårsage skader på delene. Overvej samtidig affedtnings- og sintringsstadierne for at minimere energispildet forårsaget af gentagen opvarmning af dele, og overvej at integrere traditionelle enkeltprocesser såsom affedtning, sintring og varmebehandling i en omfattende proces. Dette kan reducere usikre faktorer i produktionen, forbedre kvaliteten af ​​støbte dele og i høj grad forbedre produktionseffektiviteten.

Konceptet med kontinuerligt sintringsudstyr blev født med introduktionen af ​​omfattende processer. For ikke at besejre Kina i den hårde internationale konkurrence og indtage en førende position i den internationale industri, er det nødvendigt aktivt at udvikle MIM-teknologi, især for at integrere og integrere traditionelle enkeltprocesser for at danne effektive integrerede processer og at udføre forskning og udvikling af integreret procesudstyr så hurtigt som muligt.

3, Kontinuerligt sintringsudstyr og dets kontrolteknologi

Et stort antal termiske affedtningsundersøgelser har vist, at nøglen til termisk affedtning er at kontrollere temperaturen for affedtning ved et lavtemperaturtrin (150~350 procent) og langsomt øge temperaturen (1~C/min), uden at producere deformation eller defekter. Derfor er det nødvendigt at sikre, at en ægte affedtningsovn har god temperaturstabilitet og ensartethed. Sammenlignet med atmosfærisk termisk affedtning har vakuum termisk affedtning et lavere vakuumtryk, hvilket er befordrende for fordampning af bindemidlet og eliminering af nedbrydningsprodukter. Derfor er affedtningshastigheden højere end atmosfærisk termisk affedtning under normalt tryk. På grund af denne egenskab er der betydelige forskelle mellem MIM-affedtning og andre relaterede processer. Der introduceres flere mærker af kontinuerligt sintringsudstyr på markedet.

Der er to typer sintringsovne med hensyn til drift: lodret og vandret. Ulempen ved vertikale sintringsovne er, at de har tendens til at være meget ujævne i temperatur i nærvær af atmosfære; Der er også en temperaturafvigelse mellem den buede ende af lagerlegemet i den horisontale sintringsovn og den indre temperatur, hvilket i høj grad reducerer kvaliteten af ​​det sintrede produkt.

Den integrerede affedtnings- og sintringsovn består af følgende seks dele: indfangningssystemet, vakuumsystemet, oppustningssystemet, det eksterne cirkulationssystem, den elektriske kontroldel og vakuumkontroldelen. Ovnlegemet vedtager en sandwich vandkølet struktur, og ovnforingen er sammensat af et lille ruststål korrugeret ydre isoleringstæppe, et zirkonium tæppe, et varmeelement og et højtemperaturbestandigt rustfrit stål korrugeret indre isoleringsskjold indefra og ud . Det indre varmeskjold kan forhindre udslip af lipidstoffer til andre dele af ovnlegemet og er praktisk til rengøring. Ovnen vedtager en indvendig forseglet dør, som effektivt kan forhindre tab af varme og udslip af lipider. Fældesystemet består af en flertrins vandkølet skivefælde, en affedtningstank, et flertrinsfilter og en startventil. Lipidstoffer kan flyde jævnt ind i affedtningstanken. Vakuumsystemet består af et to-trins vakuumsystem. Roterende vingevakuumpumpe og Roots-pumpen kan vælges og bruges i henhold til produktmaterialet og den nødvendige vakuumgrad til affedtning. Oppumpningssystemet kan knuses gennem tre glasrotationer på flowmåleren for at opnå bred flowregulering. Det eksterne cirkulationssystem er sammensat af forseglede ventilatorer og varmevekslere, hvilket muliggør hurtig afkøling. Det elektriske kontrolsystem består af et ovntemperaturkontrolsystem, et vakuumkontrolsystem, et oppustningskontrolsystem og et kølecirkulationssystem. Den faktiske temperatur måles af termoelementer og sammenlignes med den indstillede temperatur, og strømmen og udstyrets varmeeffekt ændres for at opnå temperaturstyring, så de tre varmezoner kan stige samtidigt. Under drift indfører vakuum termisk affedtning konstant beskyttelsesgas, der danner en lille trykforskel mellem de indre og ydre ovne, opnår en envejs gasstrøm, effektivt undgår lipidforurening af varmelegemet og deformation af den indre ovn på grund af for stor temperaturforskel, Med den kontinuerlige udvikling af metalsprøjtestøbningsteknologi er det tekniske niveau for affedtning blevet stadig bredere, hvor Tyskland udvikler en hurtig katalytisk affedtningsteknologi. Denne teknologi kræver høje krav til affedtning af ovne, kræver specialiseret syrefast affedtningsudstyr, og miljøspørgsmål bør tages i betragtning ved design af ovne. Styrken af ​​delene efter affedtning med denne teknologi er meget lav og let beskadiget (faktisk er styrken af ​​eventuelle affedtede dele ikke høj); Og før sintring vil der altid være klæbende torne tilbage i emnet. I dette tilfælde spiller reduktion af produktets mellemled en meget vigtig rolle for at forbedre produktudbyttet.

For at opnå en virkelig kontinuerlig drift mellem fjernelse af klæbemiddel, fjernelse af resterende klæbemiddel og sintringsprocessen, har Tyskland udviklet et MIM-MASTER katalytisk afbindings- og sintringssystem. Dette system inkluderer en katalytisk afbindingssektion, en kontinuerlig sintringssektion og hjælpeanordninger, inklusive udstødningsgasbrænding, gaskonvektionstørreanordning, bypass-transportbånd, syreindsprøjtningssystem, elektrisk styreskab og et helproceskontrolsystem (PIC). Den kontinuerlige katalytiske affedtningssektion er designet som en muffelnet bæltestruktur ved hjælp af Ni-Cr varmeelementer. De sprøjtestøbte metaldele anbringes på et transportbånd og opvarmes til en bestemt temperatur i forvarmningszonen, så syren ikke kondenserer på emnet, når den passerer gennem afbindingsbåndet. Når den passerer gennem afbindingsbåndet, fjerner den øvre del klæbemidlet under påvirkning af bæregas (typisk nitrogen) og katalysator (almindeligt anvendt salpetersyre). Strømningsretningen af ​​atmosfæren i ovnen er meget vigtig. I forvarmningszonen er atmosfærens strømningsretning den samme som arbejdsemnets bevægelsesretning, indtil det kommer ind i udstødningsgassens forbrændingskammer. Under fjernelse af klæbebåndet er strømningsretningen af ​​atmosfæren i ovnen modsat bevægelsesretningen for emnet, hvilket sikrer, at de dele, der grundlæggende har fjernet klæbemidlet, kan støde på den højeste koncentration af syre. Størrelsen af ​​brændeanordningen i denne ovn kan være mindre end størrelsen af ​​en batchovn med samme produktionshastighed, fordi udstødningsgassen genereres kontinuerligt midt i hele fjernelsesprocessen, og en stor mængde udstødningsgas vil ikke blive genereret inden for et bestemt tidsrum, som i en batchovn. Brændanordningen er designet som en to-trins struktur: i det første trin bruges brændstofgas, såsom naturgas, til at interagere med formaldehyd (en af ​​komponenterne i udstødningsgassen) for at brænde under betingelse af utilstrækkelig ilt, Reducerende oxider af nitrogen og resterende salpetersyre; I andet trin blandes det resterende formaldehyd og brændstofgas med overskydende luft og forbrændes fuldstændigt for at generere kuldioxid og vand. Efter passage gennem affedtningsovnen føres sprøjtestøbte metaldele ind i en kontinuerlig sintringsovn gennem et forseglet tværgående transportbånd. Under processen med at fjerne resterende klæbemiddel og sintring, bør dele undgå vibrationer, så en specielt designet walking beam transmission struktur er vedtaget. Sintringssektionen er hovedsageligt opdelt i tre faser: opvarmning, sintring og afkøling. Varmesektionen er ansvarlig for at fjerne det resterende klæbemiddel og forbrænde. Ni-cr-spoler bruges som varmeelementer, med en generel maksimal temperatur på 800 grader. Sintringsbåndet bærer hovedsintringsfunktionen, og varmeelementet er tråd, med en maksimal temperatur på op til l600oC. Metalpulversprøjtestøbte dele sintres i en inert eller reducerende atmosfære, og udstødningsgassen, der dannes under produktionen, udledes efter forbrænding gennem en udstødningsstabel placeret i befolkningssektionen. Kølebåndet er designet som en dobbeltvægget vandkølestruktur, og kølevandsflowhastigheden og temperaturen kan justeres manuelt.

Selvom sintringskvalitet er relateret til hver proces, er den vigtigste faktor bestemt af ensartetheden af ​​temperaturen og stabiliteten af ​​sintringsprocessen. Derfor kræves det, at sintringsudstyr, der anvendes til metalpulversprøjtestøbning, har fremragende temperaturensartethed for at opnå isotropisk krympning af MIM-produkter, hvorved sintringsdeformationen reduceres og produktnøjagtigheden forbedres; Det kræves, at sintringsovnen har god tætningsevne, lav luftlækagehastighed og sikrer den nødvendige temperatur, tryk og atmosfære for at opnå fortætning af sintringsmaterialet; Nøjagtig temperatur og følsom kontrol er påkrævet for at opnå stabil batchproduktion af MIM-produkter. Desuden er hovedproblemet med sintringsovne, der i øjeblikket produceres i Kina, den lave nøjagtighed af temperaturkontrol, hvilket gør det vanskeligt at bestemme en stabil produktionsproces under produktionsprocessen. Kontinuerlige sintringsovne produceret i Tyskland er på forkant med industrien med hensyn til kontrolnøjagtighed, men der er også ulemper. Stærkt automatiseret udstyr kræver meget standardiseret drift. En lille fejl kan forsinke driften af ​​hele udstyret, hvilket resulterer i store tab. Derudover er de lipidaffaldsmaterialer, der genereres under affedtningssintringsprocessen, let knyttet til forskellige komponenter i ovnen, hvilket også kan have en betydelig indvirkning på udstyrets ydeevne. Overordnet set er der, selvom sintringsovnen også har opnået integration af affedtning og sintring, stadig problemer såsom utilstrækkelig fleksibilitet i temperaturstyring, ustabilt tryk i forvarmningssektionen mellem affedtning og sintring, og der tages ikke hensyn til muligheden for at integrere med efterfølgende varmebehandling.

Sammenfattende er de ideelle mål for kontinuerligt sintringsudstyr:

(1) Integrering af traditionelle enkeltprocesser for at opnå integration af affedtning, sintring, varmebehandling og andre processer. Tilføjelse af en varmebehandlingsfunktionssektion til direkte varmebehandling af delene efter sintring kan i høj grad spare produktionsomkostninger, reducere produktionscyklusser og sikre produktionskvalitet.

(2) Realiser fleksibel kontrol af temperaturen og produktets opholdstid i affedtningsområdet og højtemperatursintringsområdet, som kan imødekomme produktionsbehovene for forskellige produkter med forskellige proceskrav og også forbedre situationen med forsinket produktion på grund af ufleksibel kontrol .

(3) Forbedre udstyrsautomatiseringskontrol og selvjusteringskapaciteter, forbedre udstyrets driftspålidelighed, reducere operatørens arbejdsintensitet og forbedre produktionseffektiviteten.

4. Konklusion

Baseret på analysen af ​​MIM-støbningsprocessen og egenskaberne ved pulversprøjtestøbte dele er det nødvendigt at integrere traditionelle enkeltprocesser såsom affedtning, sintring og endda efterbehandling i en omfattende proces. Strukturen og kontroltilstanden for det kontinuerlige sintringsudstyr er angivet.