การอภิปรายเกี่ยวกับเทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปผงโลหะ

การอภิปรายเกี่ยวกับเทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปผงโลหะ

การฉีดขึ้นรูปผง (PIM) ประกอบด้วยการฉีดขึ้นรูปผงโลหะ (MIM) และการฉีดขึ้นรูปผงเซรามิก (CIM) สองส่วน เป็นโลหะใหม่ เทคโนโลยีการเตรียมชิ้นส่วนเซรามิก เป็นเทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปพลาสติกในฟิลด์ผงโลหะ และสร้างเทคโนโลยีการประมวลผลชิ้นส่วนใหม่

การฉีดขึ้นรูปผงเซรามิก (CIM) เป็นสาขาหนึ่งของเทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปผง (PIM) สมัยใหม่ ซึ่งมีข้อได้เปรียบทางเทคนิคและเทคโนโลยีพิเศษมากมาย: การผลิตจำนวนมากสามารถทำได้อย่างรวดเร็วและอัตโนมัติ และกระบวนการสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำ เนื่องจากแม่พิมพ์เติมการไหลความหนาแน่นของสีเขียวจึงสม่ำเสมอ เนื่องจากการฉีดด้วยแรงดันสูง ปริมาณผงในส่วนผสมจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก การหดตัวของผลิตภัณฑ์ซินเทอร์จะลดลง ขนาดของผลิตภัณฑ์จึงแม่นยำและควบคุมได้ ความคลาดเคลื่อนสามารถถึง ±{{0}}1 เปอร์เซ็นต์ ~ 0.2 เปอร์เซ็นต์ และประสิทธิภาพที่เหนือกว่า ไม่มีการประมวลผลทางกลหรือการประมวลผลขนาดเล็กเท่านั้น ลดต้นทุนการเตรียมการ สามารถสร้างรูปร่างที่ซับซ้อนโดยมีรูไขว้, รูเฉียง, พื้นผิวเว้าและนูน, ด้าย, ผนังบาง, ชิ้นส่วนเซรามิกรูปทรงพิเศษที่ตัดได้ยาก, มีโอกาสในการใช้งานที่หลากหลาย

ขั้นตอนแรก กระบวนการฉีดขึ้นรูปผง

คำนิยาม

การฉีดขึ้นรูปด้วยผงโลหะคือการเลือกผงโลหะและสารยึดประสานเรซินที่ตรงตามข้อกำหนด และผสมผงและเรซินเป็นเม็ดฉีดที่สม่ำเสมอที่อุณหภูมิหนึ่ง หลังจากการทำให้เป็นเม็ดแล้ว ช่องว่างการขึ้นรูปที่ได้รับจะถูกเผาและทำให้มีความหนาแน่นหลังจากการล้างไขมัน และจะได้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

สิ่งนี้แตกต่างจากการฉีดขึ้นรูปแบบดั้งเดิมตรงที่ใช้ผงโลหะหรือเซรามิกเป็นวัตถุดิบ เนื่องจากตัวผงมีความลื่นไหลได้ไม่ดี จึงจำเป็นต้องเพิ่มสารยึดเกาะจำนวนมากที่อุณหภูมิหนึ่งเพื่อผสมให้เป็นเนื้อเดียวกัน ป้อนไหล แล้วจึงสร้างขนาดอนุภาคที่สม่ำเสมอ

ลักษณะการใช้งาน

1 ต้นทุนแม่พิมพ์สูงมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตจำนวนมาก แม่พิมพ์ต้องผลิตด้วยวัสดุที่ทนทานต่อการสึกหรอสูง และต้นทุนวัสดุสูงมาก

2, ต้นทุนสูงของส่วนผสม, หลายขั้นตอนกระบวนการ, ความต้องการกระบวนการสูง;

3 ส่วนใหญ่ใช้ในรูปร่างที่ซับซ้อน ยากต่อการประมวลผลด้วยวิธีอื่น หรือแม้แต่ผลิตภัณฑ์แปรรูปไม่ได้

ประการที่สองการเปรียบเทียบกระบวนการ

ประการที่สาม วัสดุที่เป็นเม็ด

การเตรียมเม็ดประกอบด้วย

ผงโลหะ

ขนาดอนุภาคของผงโลหะที่ใช้ในกระบวนการ MIM โดยทั่วไปคือ 0.5~20μm; ในทางทฤษฎี ยิ่งอนุภาคละเอียดมากเท่าใด พื้นที่ผิวจำเพาะก็จะยิ่งมากขึ้น ซึ่งง่ายต่อการก่อตัวและเผา กระบวนการโลหะผงแบบดั้งเดิมใช้ผงที่หยาบกว่า 40μm

กาวอินทรีย์

บทบาทของกาวอินทรีย์คือการยึดเหนี่ยวอนุภาคผงโลหะ เพื่อให้ส่วนผสมมีคุณสมบัติการไหลและหล่อลื่นเมื่อถูกความร้อนในกระบอกเครื่องฉีด กล่าวคือเป็นตัวพาที่ขับเคลื่อนการไหลของผง ดังนั้นการเลือกใช้กาวเป็นตัวพาแป้งทั้งหมด ดังนั้น การเลือกการยึดเกาะจึงเป็นกุญแจสำคัญในการฉีดขึ้นรูปผงทั้งหมด ข้อกำหนดสำหรับกาวอินทรีย์:

1. ปริมาณที่น้อยลงและกาวที่น้อยลงสามารถทำให้ส่วนผสมสร้างรีโอโลยีได้ดีขึ้น

2. ไม่มีปฏิกิริยา ไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับผงโลหะในกระบวนการลอกกาวออก

3. ถอดง่าย ไม่มีคาร์บอนตกค้างในผลิตภัณฑ์

รวม

แสดงถึงความสัมพันธ์ที่สมดุลระหว่างผงและสารยึดเกาะ และสัดส่วนที่เหมาะสมระหว่างทั้งสองคือกุญแจสำคัญในการกำหนดความสำเร็จหรือความล้มเหลวของการฉีดขึ้นรูป การใช้สารยึดเกาะที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำช่วยลดความหนืดและง่ายต่อการขึ้นรูป อนุภาคที่ผ่านการรับรองควรเป็นผงกระจายอย่างสม่ำเสมอในสารยึดเกาะ ไม่สามารถจับตัวเป็นก้อนหรือมีรูพรุน การกระจายตัวของผงแป้งที่ไม่สม่ำเสมอจะทำให้อนุภาคมีความหนืดไม่สม่ำเสมอ ไม่เอื้อต่อการขึ้นรูปและการเผาผนึก

(a) สารยึดเกาะมากเกินไป ความหนืดของอนุภาคขนาดเล็ก การสัมผัสระหว่างอนุภาคโลหะไม่เพียงพอ การเสียรูปอย่างรุนแรงหลังการล้างไขมัน และแม้กระทั่งนำไปสู่การยุบตัวของผลิตภัณฑ์

(b) สารยึดเกาะน้อยเกินไป, ความหนืดของอนุภาคสูง, ฉีดยากมาก, เกิดรูพรุนได้ง่ายหลังจากการล้างไขมัน, ง่ายต่อการนำไปสู่การแตกร้าวของผลิตภัณฑ์หลังจากการเผา;

(c) การเพิ่มเกณฑ์: จุดสัมผัสเกิดขึ้นระหว่างอนุภาคผง อนุภาคผงจะติดกันโดยไม่มีแรงกดจากภายนอก และช่องว่างตรงกลางจะเต็มไปด้วยกาว

ประการที่สี่ วัสดุเม็ด - การผสม

การผสมเป็นกระบวนการผสมผงโลหะกับสารยึดเกาะเพื่อให้ได้เม็ดที่สม่ำเสมอ เนื่องจากคุณสมบัติของเม็ดจะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ฉีดขึ้นรูปขั้นสุดท้าย ขั้นตอนการผสมจึงมีความสำคัญมาก

ขั้นตอนการผสม

(a) ผงโลหะหรือเซรามิกที่ผ่านการเคลือบผิวจะถูกเพิ่มลงในสารยึดเกาะ และผสมทั้งสองอย่างเท่า ๆ กันเพื่อให้ได้ระบบผงคอมโพสิต

(b) ผงคอมโพสิตได้รับความร้อนเพื่อละลายสารยึดเกาะ

(c) สารยึดเกาะที่เป็นของเหลวจะเข้าสู่มวลรวมของอนุภาคผงผ่านการกระทำของเส้นเลือดฝอย หล่อลื่นอนุภาคผง และจับตัวเป็นก้อนกับอนุภาคภายใต้การกระทำของแรงเฉือนของสกรูเพื่อให้ได้การสลายตัวของบล็อกโฮลดิ้ง และรักษาการผสมที่สม่ำเสมอ

(ง) หากผงโลหะผสมออกซิไดซ์ ส่งผลให้การผสมล้มเหลว

(e) เพื่อให้แน่ใจว่าอนุภาคมีความสม่ำเสมอ อนุภาคผงมีขนาดเล็กหรือมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ และต้องเพิ่มเวลาในการผสมตามลำดับเพื่อให้ได้การผสมที่สม่ำเสมอ เวลาในการผสมเพิ่มขึ้น ความสม่ำเสมอของส่วนผสมเพิ่มขึ้น แต่เรซินสามารถออกซิไดซ์และสลายตัวได้ง่าย และเวลาในการผสมจะสั้นลงเท่าที่เป็นไปได้ภายใต้สมมติฐานของโลหะบางชนิดหรือความสม่ำเสมอ

(f) เม็ดหลังจากการผสมจะถูกประมวลผลโดยเครื่องบดหรือเครื่องอัดเม็ด (โดยทั่วไปจะทำเป็นอนุภาคขนาดประมาณ 3 มม.) เข้าสู่ฟีดการฉีดขึ้นรูป

ห้า, การฉีดขึ้นรูป

การฉีดขึ้นรูปอยู่ภายใต้ความดันและอุณหภูมิที่แน่นอน ผ่านลูกสูบหรือสกรูดัน ความสม่ำเสมอของการไหลและอุณหภูมิของเม็ดละลายเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์ การหลอมแข็งตัวและเย็นภายใต้สภาวะควบคุมจนกระทั่งแท่งฉีดออกจากโพรงแม่พิมพ์เพื่อ สร้างรูปร่างและโครงสร้างที่ซับซ้อนสามมิติ ขั้นตอนนี้แตกต่างจากการขึ้นรูปด้วยการกดในกระบวนการโลหะวิทยาแบบดั้งเดิมอย่างสิ้นเชิง และคล้ายกับกระบวนการขึ้นรูปในอุตสาหกรรมพลาสติก

1. เมื่อทำการฉีด หัวฉีดจะอยู่ใกล้กับเส้นทางการไหล สกรูจะถูกผลักไปข้างหน้า กระบอกป้อนอาหารจะถูกอัดออกมาหลังจากแรงดัน และช่องแม่พิมพ์จะเต็มไป เมื่อมีฟีดเพียงพอที่จะเติมโพรงแม่พิมพ์ สกรูจะหยุดหมุน การเติมแม่พิมพ์ในอุดมคติคือการค่อยๆ เติมโพรงแม่พิมพ์ตามผนังแม่พิมพ์ และเหล็กแท่งหนาต้องใช้สกรูเพื่อเลื่อนให้เร็วขึ้น และส่วนที่บางก็ในทางกลับกัน

>อัตราการเติมสูงเกินไป ทำให้เกิดการฉีด ฟองอากาศ รอยประสาน หรือการเติมที่ไม่สมบูรณ์ (อากาศไม่สามารถระบายออกได้) (ความดันในการฉีดสูงและอัตราการเติมแม่พิมพ์ ความหนืดในการป้อนต่ำล้วนเป็นสาเหตุของการฉีด)

>ความเร็วในการบรรจุที่ช้าเกินไปจะทำให้การป้อนเย็นลงก่อนเวลาอันควร ส่งผลให้การบรรจุไม่สมบูรณ์และการถ่ายสั้น (การควบคุมอุณหภูมิการฉีดเม็ดที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ได้เช่นกัน)

2. เมื่อสกรูถึงหัวฉีดด้านบน กระบวนการเพิ่มแรงดันฟีดคือกระบวนการรักษาแรงดัน · การฉีดขึ้นรูปสิ้นสุดลงโดยนำช่องว่างการขึ้นรูปออกจากแม่พิมพ์

>อุณหภูมิเปิดของแม่พิมพ์ควรต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติที่จำเป็นเพื่อรักษารูปร่างของแม่พิมพ์เมื่อถอดแม่พิมพ์ออก

>ความดันเปิดต้องน้อยกว่าความดันสูงที่จำเป็นสำหรับการขึ้นรูปช่องว่างเพื่อปล่อยโดยไม่เกาะติด

>ความดันและอุณหภูมิในการเปิดแม่พิมพ์ควรมีช่วงหนึ่ง ไม่สามารถทำให้ผลิตภัณฑ์เสียรูป แม่พิมพ์ติด แม่พิมพ์ขูด หรือเกิดรูหดตัวหรือกดบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์

หก, ล้างไขมัน

การล้างคราบไขมันเป็นขั้นตอนเฉพาะในการฉีดขึ้นรูปด้วยผงโลหะ ซึ่งต้องการการกำจัดประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ -50 เปอร์เซ็นต์ (ส่วนปริมาตร) ของสารยึดเกาะออกจากแท่งโลหะ ซึ่งแตกต่างจากการกำจัดสารลดแรงตึงผิวจำนวนเล็กน้อยในผงแบบดั้งเดิมอย่างสิ้นเชิง โลหะวิทยา

สองกระบวนการพื้นฐาน

(1) การสลายตัวด้วยความร้อน → กระบวนการปฏิกิริยาเคมีของสารยึดเกาะ

(2) การถ่ายเทก๊าซจากการสลายตัวที่พื้นผิวของแผ่นคอนกรีตสู่บรรยากาศภายนอก → ความร้อนทางกายภาพและกระบวนการถ่ายเทมวล
7. การเผา

โดยทั่วไปผงโลหะวิทยาแบบอัดแน่นโดยทั่วไปจะมีความหนาแน่นสัมพัทธ์มากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์ก่อนการเผาผนึก และการทำให้แน่นสมบูรณ์จำเป็นต้องกำจัดรูพรุนประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น หลังจากการล้างไขมัน ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของแท่งฉีดขึ้นรูปผงจะเหลือเพียง 60 เปอร์เซ็นต์ก่อนการซินเตอร์ และธรรมชาติของการซินเตอร์คือการซินเทอร์แบบผงหลวม ซึ่งเพิ่มความยาก เกณฑ์ความสำเร็จของการเผาผลิตภัณฑ์ฉีดขึ้นรูปผงโลหะ: เพื่อให้มั่นใจถึงความถูกต้องและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ด้วยความสามารถในการควบคุมและการทำซ้ำของสถานที่ตั้งเพื่อให้ความหนาแน่นเป็นไปตามข้อกำหนด

การหดตัวขนาดใหญ่เกิดขึ้นในการเผาผนึก และแม้ว่าการหดตัวนี้จะเป็นจุดประสงค์หลักของการเผาผนึก แต่ก็นำไปสู่การเสียรูปด้วย → กระบวนการสร้างรูปร่างการเผาเพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์มีความถูกต้อง

◆ การควบคุมความเร็วความร้อนสามารถส่งเสริมชิ้นส่วนที่มีขนาดกะทัดรัด

1) การให้ความร้อนช้าทำให้การแพร่กระจายของพื้นผิวมีอิทธิพลเหนือขั้นตอนการเผาที่อุณหภูมิต่ำ แต่เป็นการยากที่จะทำให้เหล็กแท่งมีความหนาแน่นในขณะที่ใช้แรงขับเคลื่อนในการเผาผนึก

2) การให้ความร้อนอย่างรวดเร็วจนถึงช่วงอุณหภูมิหนึ่ง ซึ่งการแพร่กระจายของปริมาตรจะทำงาน และการให้ความร้อนอย่างรวดเร็วจะสามารถควบคุมการเจริญเติบโตของเมล็ดพืชได้ ในขณะที่รูพรุนก็มีการพัฒนาและหดตัวเช่นกัน

◆ เฟสของเหลวถูกผลิตขึ้นในการเผาผนึกเพื่อช่วยให้แท่งเหล็กมีความหนาแน่นมากขึ้น

1) เฟสของเหลวจะเพิ่มอัตราการถ่ายโอนวัสดุ ส่งผลให้การเผาเร็วขึ้น

2) เฟสของเหลวออกแรงฝอยบนอนุภาค ซึ่งเหมือนกับแรงดันภายนอกขนาดใหญ่

3) เฟสของเหลวที่ต้องการอาจเกิดขึ้นจากการหลอมส่วนประกอบอย่างใดอย่างหนึ่ง

◆ กระบวนการเผาผนึก

1) ระยะเริ่มต้น: การก่อตัวและการเจริญเติบโตของคอเผา;

2) ระยะกลาง: คอซินเตอร์โตขึ้นสร้างเครือข่ายรูพรุนที่เชื่อมต่อกับขอบเขตของเกรน

3) ขั้นตอนสุดท้าย: รูปทรงเรขาคณิตของรูพรุนกลายเป็นทรงกระบอก เหลือรูเล็กๆ เพียงไม่กี่รูบนขอบเกรน