Entwicklung von Metallpulver-Spritzgussanlagen

Entwicklung von Metallpulver-Spritzgussanlagen

Metallspritzguss(MIM) ist das sich in den letzten Jahren am schnellsten entwickelnde Gebiet in der Pulvermetallurgie und Industrie. Es handelt sich um eine neue pulvermetallurgische Near-Net-Molding-Technologie, die durch die Kombination moderner fortschrittlicher Kunststoff-Spritzgusstechnologie mit traditioneller pulvermetallurgischer Technologie gebildet wird.

1, MIM-Formtechnologie

Der grundlegende Prozess von MIM besteht darin, feines Metall- oder Keramikpulver gleichmäßig mit organischem Klebstoff zu mischen, um ein rheologisches Material zu bilden, eine fortschrittliche Spritzgussmaschine in einen Formhohlraum mit der Form eines Teils zu spritzen, um einen Rohling zu bilden, und neue Technologien zum Entfernen einzusetzen Klebstoff und sintert es, um es hochverdichtet zu einem Produkt zu machen. Bei Bedarf kann auch eine Nachbearbeitung durchgeführt werden. „Die IHI-Technologie hat nicht nur die Vorteile herkömmlicher Pulvermetallurgie-Technologie wie hohe Produktionseffizienz, gute Produktkonsistenz, weniger oder kein Schneiden und Wirtschaftlichkeit, sondern überwindet auch die Mängel traditioneller Pulvermetallurgie-Produkte wie geringe Dichte, ungleichmäßiges Material , geringe mechanische Eigenschaften und Schwierigkeiten beim Formen dünnwandiger komplexer Teile. Es eignet sich besonders für die Herstellung und Verarbeitung von großen Mengen, kleinen Größen, komplexen und Metallkomponenten mit besonderen Anforderungen. Seit der Industrialisierung dieser Verfahrenstechnik Mitte-1980s hat sie eine rasante Entwicklung genommen. Spritzgussprodukte werden in großem Umfang in der Computerinformationsindustrie, der Automobil- und Motorradindustrie, medizinischen und gesundheitlichen Geräten, Haushaltsgeräten, Instrumenten, im Maschinenbau, in der chemischen Verfahrenstechnik, in der Textil-, Landesverteidigungs- und Militärindustrie und in anderen Bereichen eingesetzt. Bis heute waren Hunderte von Unternehmen in mehr als 20 Ländern und Regionen an der Produktentwicklung, Forschung und dem Vertrieb dieser Prozesstechnologie beteiligt. Infolgedessen ist die Pulverspritzgusstechnologie zum am aktivsten entwickelten Spitzentechnologiefeld in der neuen Fertigungsindustrie geworden, das als wegweisende Technologie auf dem Gebiet der Pulvermetallurgie weltweit bekannt ist und die Hauptrichtung der Entwicklung der Pulvermetallurgietechnologie darstellt.

Die Hauptmerkmale dieses Prozesses sind wie folgt:

(1) Diese Prozesstechnologie verwendet eine Spritzgussmaschine zum Einspritzen von Produktrohlingen, um sicherzustellen, dass die Materialien den Formhohlraum vollständig ausfüllen, was die Realisierung einer komplexen Struktur des Teils gewährleistet. Dies ist mit herkömmlicher mechanischer Bearbeitung und herkömmlicher Pulvermetallurgie-Technologie nicht zu vergleichen und ist eine starke Grundlage für die Entwicklung der Spritzgusstechnologie.

(2) Spritzgussprodukte haben eine hohe Maßhaltigkeit, und Spritzgussverfahren können dünnwandige und komplexe Strukturkomponenten direkt formen. Die Form des Produkts kann bereits die Endproduktanforderungen erfüllen oder sich diesen annähern, und das Produkt erfordert keine Nachbearbeitung oder nur wenige Endbearbeitungsprozesse. Die Maßtoleranz von Teilen wird im Allgemeinen bei etwa ± 0,1 Prozent bis ± 0,3 Prozent gehalten. Insbesondere zur Reduzierung der Bearbeitungskosten von schwer zerspanbaren Hartlegierungen und zur Reduzierung des Bearbeitungsverlustes von Edelmetallen ist es besonders wichtig.

(3) Im Vergleich zu herkömmlichen Pulverpressverfahren weisen spritzgegossene Produkte eine einheitliche Mikrostruktur, eine hohe Dichte und eine gute Leistung auf.

2, Notwendigkeit einer kontinuierlichen Sinterausrüstung

Mit der groß angelegten Industrialisierung der MIM-Technologie wurden allgemeine Produktionsanlagen und verschiedene spezialisierte Metallspritzgussanlagen in der traditionellen Pulvermetallurgie- und Spritzgussindustrie in großem Umfang in der industriellen Produktion von Metallspritzguss eingesetzt. Die Verbesserung der Unternehmensanforderungen an industrielle Produktionseffizienz, Geräteautomatisierung, Verarbeitungskontinuität und Geräteleistung hat den Industrialisierungsprozess des Metallspritzgießens vorangetrieben. Die umfassende Entwicklung der MIM-Industrie erfordert mehr Produktionsanlagen, um die Produktionseffizienz von Unternehmen zu verbessern. Die richtige Auswahl und Beherrschung verschiedener Ausrüstungen im MIM-Produktionsprozess kann die Produktqualität, die Leistung und die Arbeitsproduktivität verbessern und die Entwicklung der Industrialisierung beschleunigen.

Derzeit werden für den Mischprozess hauptsächlich traditionelle Doppelplanetenmischer, Einschneckenextruder, Kolbenextruder, Doppelschneckenextruder, Exzenterradmischer und Z-förmige Impellermischer verwendet, die die Gleichmäßigkeit und Effizienz des Mischens gewährleisten können.

Der Spritzgussprozess kann auch auf herkömmliche Spritzgussmaschinen zurückgreifen, wie z. B. Spritzgussmaschinen mit zwei Schleifen, Spritzgussmaschinen mit zwei Schablonen, stablose Spritzgussmaschinen, vollautomatische Spritzgussmaschinen, elektromagnetische dynamische Spritzgussmaschinen usw., die die technischen Anforderungen besser erfüllen können des Füllens.

Für den Entfettungsprozess, da die Entfettung ein Bereich ist, der in der entsprechenden Branche noch nie zuvor involviert war, lautet sein Prinzip: Unter der Prämisse, sicherzustellen, dass sich die durch Spritzgießen erhaltenen Teile nicht verformen, verändern sich die verschiedenen Komponenten im Klebstoff allmählich gasförmigen oder flüssigen Stoffen bei Temperaturerhöhung nach dem Prinzip der kontinuierlichen physikalischen und chemischen Veränderung den Spritzgussrohling zu entfernen, um den Zweck der Klebstoffentfernung zu erreichen. Daher ist die Stellung dieses Verfahrens in der gesamten MIM-Technologie besonders speziell und wichtig. Die entfetteten Teile haben fast keine Festigkeit, und eine leichte Vibration kann die Teile beschädigen. Berücksichtigen Sie gleichzeitig die Entfettungs- und Sinterphasen, um die Energieverschwendung durch wiederholtes Erhitzen von Teilen zu minimieren, und erwägen Sie die Integration traditioneller Einzelprozesse wie Entfetten, Sintern und Wärmebehandlung in einen umfassenden Prozess. Dies kann Unsicherheitsfaktoren in der Produktion reduzieren, die Qualität von Formteilen verbessern und die Produktionseffizienz erheblich verbessern.

Das Konzept der kontinuierlichen Sinteranlagen wurde mit der Einführung umfassender Prozesse geboren. Um China im harten internationalen Wettbewerb nicht zu besiegen und eine führende Position in der internationalen Industrie einzunehmen, ist es notwendig, die MIM-Technologie aktiv weiterzuentwickeln, insbesondere traditionelle Einzelprozesse zu integrieren und zu integrieren, um effektive integrierte Prozesse zu bilden, sowie Forschung und Entwicklung zu betreiben Entwicklung von integrierten Verarbeitungsanlagen so schnell wie möglich.

3, Kontinuierliche Sinterausrüstung und ihre Steuerungstechnologie

Eine große Anzahl von Studien zur thermischen Entfettung hat gezeigt, dass der Schlüssel zur thermischen Entfettung darin besteht, die Entfettungstemperatur auf einer niedrigen Temperaturstufe (150 bis 350 Prozent) zu kontrollieren und die Temperatur langsam zu erhöhen (1 ° C / min), ohne Verformung zu erzeugen oder Defekte. Daher muss sichergestellt werden, dass ein echter Entfettungsofen eine gute Temperaturstabilität und Gleichmäßigkeit aufweist. Im Vergleich zur atmosphärischen thermischen Entfettung hat die vakuumthermische Entfettung einen geringeren Vakuumdruck, was der Verflüchtigung des Bindemittels und der Beseitigung von Zersetzungsprodukten förderlich ist. Daher ist die Entfettungsrate höher als bei atmosphärischer thermischer Entfettung unter Normaldruck. Aufgrund dieser Eigenschaft gibt es erhebliche Unterschiede zwischen der MIM-Entfettung und anderen verwandten Verfahren. Mehrere Marken von kontinuierlichen Sinteranlagen auf dem Markt werden vorgestellt.

Es gibt zwei Arten von Sinteröfen in Bezug auf den Betrieb: vertikal und horizontal. Der Nachteil vertikaler Sinteröfen besteht darin, dass sie dazu neigen, in Gegenwart von Atmosphäre sehr ungleichmäßige Temperaturen zu haben; Außerdem gibt es eine Temperaturabweichung zwischen dem gekrümmten Ende des Speicherkörpers des horizontalen Sinterofens und der Innentemperatur, was die Qualität des gesinterten Produkts stark verringert.

Der integrierte Entfettungs- und Sinterofen besteht aus den folgenden sechs Teilen: dem Erfassungssystem, dem Vakuumsystem, dem Aufblassystem, dem externen Zirkulationssystem, dem elektrischen Steuerteil und dem Vakuumsteuerteil. Der Ofenkörper hat eine wassergekühlte Sandwichstruktur, und die Ofenauskleidung besteht aus einer kleinen gewellten äußeren Isolierdecke aus rostfreiem Stahl, einer Zirkoniumdecke, einem Heizelement und einem hochtemperaturbeständigen gewellten inneren Isolierschild aus Edelstahl von innen nach außen . Der interne Hitzeschild kann das Entweichen von Fettsubstanzen in andere Teile des Ofenkörpers verhindern und ist bequem zu reinigen. Der Ofen verfügt über eine versiegelte Innentür, die den Wärmeverlust und das Entweichen von Lipiden wirksam verhindern kann. Das Ableitersystem besteht aus einem mehrstufigen wassergekühlten Scheibenableiter, einem Entfettungstank, einem mehrstufigen Filter und einem Startventil. Fettstoffe können problemlos in den Entfettungsbehälter fließen. Das Vakuumsystem besteht aus einem zweistufigen Vakuumsystem. Die Drehschieber-Vakuumpumpe und die Wälzkolbenpumpe können entsprechend dem Produktmaterial und dem für die Entfettung erforderlichen Vakuumgrad ausgewählt und verwendet werden. Das Aufblassystem kann durch drei Glasdrehungen am Durchflussmesser zertrümmert werden, um eine breite Durchflussregulierung zu erreichen. Das externe Zirkulationssystem besteht aus versiegelten Lüftern und Wärmetauschern, die eine schnelle Kühlung ermöglichen. Das elektrische Steuersystem besteht aus einem Ofentemperatursteuersystem, einem Vakuumsteuersystem, einem Aufblassteuersystem und einem Kühlzirkulationssystem. Die tatsächliche Temperatur wird durch Thermoelemente gemessen und mit der eingestellten Temperatur verglichen, und der Strom und die Heizleistung der Ausrüstung werden geändert, um eine Temperaturregelung zu erreichen, wodurch die drei Heizzonen gleichzeitig ansteigen können. Während des Betriebs führt die vakuumthermische Entfettung ständig Schutzgas ein, bildet einen kleinen Druckunterschied zwischen dem Innen- und dem Außenofen, erreicht einen Gasfluss in eine Richtung und vermeidet wirksam eine Lipidverunreinigung des Heizkörpers und eine Verformung des Innenofens aufgrund eines übermäßigen Temperaturunterschieds. Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Metallspritzgusstechnologie ist das technische Niveau der Entfettung immer breiter geworden, wobei Deutschland eine schnelle katalytische Entfettungstechnologie entwickelt hat. Diese Technologie stellt hohe Anforderungen an Entfettungsöfen, die spezielle säurebeständige Entfettungsanlagen erfordern, und Umweltaspekte sollten bei der Konstruktion von Öfen berücksichtigt werden. Die Festigkeit der Teile nach dem Entfetten mit dieser Technologie ist sehr gering und leicht zu beschädigen (tatsächlich ist die Festigkeit aller entfetteten Teile nicht hoch); Und vor dem Sintern bleiben immer Klebedornen im Rohling zurück. In diesem Fall spielt die Verringerung der Zwischenglieder des Produkts eine sehr wichtige Rolle bei der Verbesserung der Produktausbeute.

Um einen wirklich kontinuierlichen Betrieb zwischen dem Entfernen von Klebstoff, dem Entfernen von Restklebstoff und dem Sinterprozess zu erreichen, hat Deutschland ein MIM-MASTER katalytisches Debonding- und Sintersystem entwickelt. Dieses System umfasst einen katalytischen Debonding-Bereich, einen kontinuierlichen Sinterbereich und Hilfsgeräte, darunter eine Abgasverbrennung, eine Gaskonvektionstrocknungsvorrichtung, ein Bypass-Förderband, ein Säureinjektionssystem, einen elektrischen Schaltschrank und ein vollständiges Prozesssteuerungssystem (PIC). Die kontinuierliche katalytische Entfettungsstrecke ist als Muffelgewebebandstruktur mit Ni-Cr-Heizelementen ausgeführt. Die Metallspritzgussteile werden auf ein Transportband gelegt und in der Vorwärmzone auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, damit die Säure beim Durchlauf durch das Trennband nicht auf dem Werkstück kondensiert. Beim Durchlaufen des Ablösebandes entfernt der obere Teil den Klebstoff unter der Wirkung von Trägergas (typischerweise Stickstoff) und Katalysator (üblicherweise Salpetersäure). Die Strömungsrichtung der Atmosphäre im Ofen ist sehr wichtig. In der Vorwärmzone ist die Strömungsrichtung der Atmosphäre gleich der Bewegungsrichtung des Werkstücks bis zum Eintritt in den Abgasbrennraum. Beim Abziehen des Klebstoffbandes ist die Strömungsrichtung der Atmosphäre im Ofen der Bewegungsrichtung des Werkstücks entgegengerichtet, wodurch sichergestellt wird, dass die im Wesentlichen vom Klebstoff entfernten Teile auf die höchste Säurekonzentration treffen können. Die Größe der Brennvorrichtung dieses Ofens kann kleiner sein als die eines Chargenofens mit der gleichen Produktionsrate, da das Abgas kontinuierlich mitten im gesamten Entfernungsprozess erzeugt wird und keine große Abgasmenge entsteht innerhalb einer bestimmten Zeitspanne erzeugt, wie in einem Kammerofen. Die Verbrennungsvorrichtung ist als zweistufige Struktur ausgelegt: In der ersten Stufe wird Brenngas, wie z. B. Erdgas, verwendet, um mit Formaldehyd (einer der Komponenten des Abgases) in Wechselwirkung zu treten, um unter der Bedingung von unzureichendem Sauerstoff zu verbrennen, Reduzieren von Stickoxiden und Restsalpetersäure; In der zweiten Stufe werden der verbleibende Formaldehyd und das Brenngas mit überschüssiger Luft vermischt und vollständig verbrannt, um Kohlendioxid und Wasser zu erzeugen. Nach Durchlaufen des Entfettungsofens werden Metallspritzgussteile über ein abgedichtetes Querförderband einem Durchlaufsinterofen zugeführt. Während des Prozesses des Entfernens von Klebstoffrückständen und des Sinterns sollten die Teile Vibrationen vermeiden, daher wird eine speziell konstruierte Schwingbalken-Übertragungsstruktur verwendet. Der Sinterabschnitt ist hauptsächlich in drei Stufen unterteilt: Aufheizen, Sintern und Abkühlen. Die Heizsektion ist für das Entfernen des restlichen Klebers und das Vorbrennen verantwortlich. Als Heizelemente werden Ni-Cr-Spulen mit einer allgemeinen Maximaltemperatur von 800 Grad verwendet. Das Sinterband trägt die Hauptsinterfunktion und das Heizelement ist ein Draht mit einer maximalen Temperatur von bis zu l600oC. Metallpulver-Spritzgussteile werden in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre gesintert, und die bei der Produktion entstehenden Abgase werden nach der Verbrennung durch einen im Bevölkerungsabschnitt befindlichen Abgaskamin abgeführt. Das Kühlband ist als doppelwandige Wasserkühlungsstruktur konzipiert, und Kühlwasserdurchfluss und -temperatur können manuell eingestellt werden.

Obwohl die Sinterqualität mit jedem Prozess zusammenhängt, wird der wichtigste Faktor durch die Gleichmäßigkeit der Temperatur und die Stabilität des Sinterprozesses bestimmt. Daher muss eine Sinterausrüstung, die zum Spritzgießen von Metallpulver verwendet wird, eine hervorragende Temperaturgleichmäßigkeit aufweisen, um eine isotrope Schrumpfung von MIM-Produkten zu erreichen, wodurch die Sinterverformung verringert und die Produktgenauigkeit verbessert wird; Der Sinterofen muss eine gute Dichtungsleistung und eine geringe Luftleckrate aufweisen und die erforderliche Temperatur, den Druck und die Atmosphäre sicherstellen, um eine Verdichtung des Sintermaterials zu erreichen; Genaue Temperatur und empfindliche Steuerung sind erforderlich, um eine stabile Chargenproduktion von MIM-Produkten zu erreichen. Darüber hinaus ist das Hauptproblem bei derzeit in China produzierten Sinteröfen die geringe Genauigkeit der Temperaturregelung, die es schwierig macht, während des Produktionsprozesses einen stabilen Produktionsprozess zu bestimmen. In Deutschland produzierte Durchlaufsinteröfen sind in Sachen Regelgenauigkeit führend in der Branche, haben aber auch Nachteile. Hochautomatisierte Anlagen erfordern einen sehr standardisierten Betrieb. Ein kleiner Fehler kann den Betrieb der gesamten Ausrüstung verzögern, was zu enormen Verlusten führt. Darüber hinaus haften die während des Entfettungs-Sinterprozesses erzeugten Lipid-Abfallmaterialien leicht an verschiedenen Komponenten im Ofen, was ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf die Leistung der Ausrüstung haben kann. Obwohl der Sinterofen auch die Integration von Entfettung und Sinterung erreicht hat, gibt es insgesamt immer noch Probleme, wie unzureichende Flexibilität bei der Temperatursteuerung, instabiler Druck im Vorwärmabschnitt zwischen Entfettung und Sinterung, und es wird keine Berücksichtigung der Durchführbarkeit der Integration gegeben anschließende Wärmebehandlung.

Zusammenfassend sind die idealen Ziele für kontinuierliche Sinteranlagen:

(1) Integration traditioneller Einzelprozesse, um die Integration von Entfettung, Sinterung, Wärmebehandlung und anderen Prozessen zu erreichen. Durch das Hinzufügen eines Wärmebehandlungsfunktionsbereichs zur direkten Wärmebehandlung der Teile nach dem Sintern können Produktionskosten erheblich gesenkt, Produktionszyklen verkürzt und die Produktionsqualität sichergestellt werden.

(2) Realisieren Sie eine flexible Steuerung der Temperatur und der Produktverweilzeit im Entfettungsbereich und im Hochtemperatursinterbereich, die den Produktionsanforderungen verschiedener Produkte mit unterschiedlichen Prozessanforderungen gerecht werden und auch die Situation einer verzögerten Produktion aufgrund einer unflexiblen Steuerung verbessern können .

(3) Verbessern Sie die Automatisierungssteuerung und die Selbstanpassungsfähigkeiten der Ausrüstung, verbessern Sie die Betriebszuverlässigkeit der Ausrüstung, verringern Sie die Arbeitsintensität des Bedieners und verbessern Sie die Produktionseffizienz.

4. Fazit

Basierend auf der Analyse des MIM-Molding-Prozesses und der Eigenschaften von Pulverspritzgussteilen ist es notwendig, traditionelle Einzelprozesse wie Entfetten, Sintern und sogar Nachbearbeitung in einen umfassenden Prozess zu integrieren. Die Struktur und der Steuerungsmodus der kontinuierlichen Sinterausrüstung sind angegeben.