Sviluppo di attrezzature per lo stampaggio ad iniezione di polveri metalliche

Sviluppo di attrezzature per lo stampaggio ad iniezione di polveri metalliche

Stampaggio ad iniezione di metalli(MIM) è il campo in più rapido sviluppo nella metallurgia delle polveri e nell'industria negli ultimi anni. Si tratta di una nuova tecnologia di stampaggio near-net della metallurgia delle polveri formata combinando la moderna tecnologia avanzata di stampaggio a iniezione di materie plastiche con la tradizionale tecnologia della metallurgia delle polveri.

1, tecnologia di stampaggio MIM

Il processo di base del MIM consiste nel miscelare uniformemente metallo fine o polvere ceramica con adesivo organico per formare un materiale reologico, iniettare una macchina a iniezione avanzata in una cavità dello stampo con la forma di una parte per formare uno spazio vuoto e utilizzare una nuova tecnologia per rimuovere il adesivo e sinterizzarlo per renderlo altamente denso in un prodotto. Se necessario, è possibile eseguire anche la post-elaborazione. "La tecnologia IHI non solo presenta i vantaggi della tecnologia convenzionale della metallurgia delle polveri come l'elevata efficienza produttiva, la buona consistenza del prodotto, il taglio ridotto o nullo e l'efficienza economica, ma supera anche le carenze dei prodotti tradizionali della metallurgia delle polveri come la bassa densità, il materiale irregolare , basse proprietà meccaniche e difficoltà nella formatura di parti complesse a parete sottile. È particolarmente adatto per la produzione e la lavorazione di grandi quantità, piccole dimensioni, componenti complessi e metallici con requisiti speciali." Dall'industrializzazione di questa tecnologia di processo nella metà-1980 degli anni '90, ha raggiunto un rapido sviluppo. I prodotti di stampaggio a iniezione sono stati ampiamente utilizzati nell'industria dell'informazione informatica, nell'industria automobilistica e motociclistica, nelle attrezzature mediche e sanitarie, negli elettrodomestici, nella strumentazione, nella produzione di macchinari, nell'ingegneria chimica, nell'industria tessile, della difesa nazionale e militare e in altri campi. Fino ad ora, centinaia di aziende in più di 20 paesi e regioni sono state impegnate nello sviluppo del prodotto, nella ricerca e nella vendita di questa tecnologia di processo. Di conseguenza, la tecnologia di stampaggio a iniezione di polveri è diventata il campo tecnologico all'avanguardia sviluppato più attivamente nella nuova industria manifatturiera, nota come tecnologia pionieristica nel campo della metallurgia delle polveri a livello mondiale, che rappresenta la direzione principale dello sviluppo della tecnologia della metallurgia delle polveri.

Le caratteristiche principali di questo processo sono le seguenti:

(1) Questa tecnologia di processo utilizza una macchina per lo stampaggio a iniezione per iniettare i pezzi grezzi del prodotto per garantire che i materiali riempiano completamente la cavità dello stampo, il che garantisce la realizzazione della struttura complessa della parte. Questo è incomparabile con la tradizionale lavorazione meccanica e la tecnologia convenzionale della metallurgia delle polveri ed è una solida base per lo sviluppo della tecnologia di stampaggio a iniezione.

(2) I prodotti per stampaggio a iniezione hanno un'elevata precisione dimensionale e i processi di stampaggio a iniezione possono stampare direttamente componenti strutturali a parete sottile e complessi. La forma del prodotto può già soddisfare o avvicinarsi ai requisiti del prodotto finale e il prodotto non richiede lavorazioni secondarie o solo pochi processi di finitura. La tolleranza dimensionale delle parti è generalmente mantenuta a circa ± 0,1 percento a ± 0,3 percento . Soprattutto per ridurre i costi di lavorazione delle leghe dure difficili da lavorare e ridurre la perdita di lavorazione dei metalli preziosi, è particolarmente importante.

(3) Rispetto ai tradizionali processi di pressatura delle polveri, i prodotti stampati a iniezione hanno una microstruttura uniforme, alta densità e buone prestazioni.

2, Necessità di attrezzature per la sinterizzazione continua

Con l'industrializzazione su larga scala della tecnologia MIM, le attrezzature di produzione generali e varie attrezzature specializzate per lo stampaggio a iniezione di metalli nelle industrie tradizionali della metallurgia delle polveri e dello stampaggio a iniezione sono state ampiamente utilizzate nella produzione industriale di stampaggio a iniezione di metalli. Il miglioramento dei requisiti aziendali per l'efficienza della produzione industriale, l'automazione delle apparecchiature, la continuità della lavorazione e le prestazioni delle apparecchiature ha promosso il processo di industrializzazione dello stampaggio a iniezione di metalli. Lo sviluppo completo dell'industria MIM richiede più attrezzature di produzione per migliorare l'efficienza produttiva delle imprese. La corretta selezione e padronanza di varie apparecchiature nel processo di produzione MIM può migliorare la qualità del prodotto, la produzione e la produttività del lavoro e accelerare lo sviluppo dell'industrializzazione.

Attualmente, il processo di miscelazione utilizza principalmente miscelatori planetari tradizionali, estrusori monovite, estrusori a pistoni, estrusori bivite, miscelatori a ruota eccentrica e miscelatori a girante a Z, che possono garantire l'uniformità e l'efficienza della miscelazione.

Il processo di iniezione può anche attingere alle tradizionali apparecchiature di iniezione, come macchine per lo stampaggio a iniezione a doppio ciclo, macchine per iniezione a doppio modello, macchine per iniezione senza stelo, macchine per iniezione completamente automatiche, macchine per stampaggio a iniezione dinamica elettromagnetica, ecc., che possono soddisfare meglio i requisiti tecnici di farcitura.

Per il processo di sgrassaggio, poiché lo sgrassaggio è un campo che non è mai stato coinvolto prima nell'industria in questione, il suo principio è: con la premessa di garantire che le parti ottenute mediante stampaggio ad iniezione non si deformino, i vari componenti dell'adesivo si trasformano gradualmente in sostanze gassose o liquide con l'aumento della temperatura, utilizzando il principio dei continui cambiamenti fisici e chimici, per rimuovere lo sbozzato di stampaggio ad iniezione, al fine di raggiungere lo scopo di rimuovere l'adesivo. Pertanto, la posizione di questo processo nell'intera tecnologia MIM è particolarmente speciale e importante. Le parti sgrassate non hanno quasi resistenza e una leggera vibrazione può causare danni alle parti. Allo stesso tempo, considera le fasi di sgrassaggio e sinterizzazione per ridurre al minimo lo spreco di energia causato dal riscaldamento ripetuto delle parti e considera l'integrazione di singoli processi tradizionali come sgrassaggio, sinterizzazione e trattamento termico in un processo completo. Ciò può ridurre i fattori incerti nella produzione, migliorare la qualità delle parti stampate e migliorare notevolmente l'efficienza produttiva.

Il concetto di apparecchiature per la sinterizzazione continua è nato con l'introduzione di processi completi. Per non sconfiggere la Cina nella feroce concorrenza internazionale e occupare una posizione di leadership nell'industria internazionale, è necessario sviluppare attivamente la tecnologia MIM, in particolare per integrare e integrare i singoli processi tradizionali per formare processi integrati efficaci e svolgere attività di ricerca e sviluppo di apparecchiature di elaborazione integrate il più presto possibile.

3, apparecchiature di sinterizzazione continua e relativa tecnologia di controllo

Numerosi studi di sgrassaggio termico hanno dimostrato che la chiave per lo sgrassaggio termico è controllare la temperatura di sgrassaggio a una fase di bassa temperatura (150~350 percento) e aumentare lentamente la temperatura (1~C/min), senza produrre deformazioni o difetti. Pertanto, è necessario garantire che un vero forno di sgrassaggio abbia una buona stabilità e uniformità di temperatura. Rispetto allo sgrassaggio termico atmosferico, lo sgrassaggio termico sottovuoto ha una pressione del vuoto inferiore, che favorisce la volatilizzazione del legante e l'eliminazione dei prodotti di decomposizione. Pertanto, il tasso di sgrassaggio è superiore allo sgrassaggio termico atmosferico a pressione normale. A causa di questa caratteristica, ci sono differenze significative tra lo sgrassaggio MIM e altri processi correlati. Vengono introdotte sul mercato diverse marche di attrezzature per la sinterizzazione continua.

Esistono due tipi di forni di sinterizzazione in termini di funzionamento: verticale e orizzontale. Lo svantaggio dei forni di sinterizzazione verticale è che tendono ad avere una temperatura molto irregolare in presenza di atmosfera; Esiste anche uno scostamento di temperatura tra l'estremità curva del corpo di stoccaggio del forno di sinterizzazione orizzontale e la temperatura interna, che riduce notevolmente la qualità del prodotto sinterizzato.

Il forno integrato di sgrassaggio e sinterizzazione è costituito dalle seguenti sei parti: il sistema di cattura, il sistema del vuoto, il sistema di gonfiaggio, il sistema di circolazione esterna, la parte di controllo elettrico e la parte di controllo del vuoto. Il corpo del forno adotta una struttura sandwich raffreddata ad acqua e il rivestimento del forno è composto da un piccolo rivestimento isolante esterno ondulato in acciaio inossidabile, un rivestimento in zirconio, un elemento riscaldante e uno schermo isolante interno ondulato in acciaio inossidabile resistente alle alte temperature dall'interno verso l'esterno . Lo scudo termico interno può impedire la fuoriuscita di sostanze lipidiche in altre parti del corpo del forno ed è comodo per la pulizia. Il forno adotta una porta interna sigillata, che può prevenire efficacemente la perdita di calore e la fuoriuscita di lipidi. Il sistema di trappola è costituito da una trappola a disco multistadio raffreddata ad acqua, una vasca di sgrassaggio, un filtro multistadio e una valvola di avviamento. Le sostanze lipidiche possono fluire agevolmente nella vasca di sgrassaggio. Il sistema del vuoto è costituito da un sistema del vuoto a due stadi. La pompa per vuoto rotativa a palette e la pompa Roots possono essere selezionate e utilizzate in base al materiale del prodotto e al grado di vuoto richiesto per lo sgrassaggio. Il sistema di gonfiaggio può essere rotto attraverso tre rotazioni del vetro sul flussometro per ottenere un'ampia regolazione del flusso. Il sistema di circolazione esterno è composto da ventilatori e scambiatori di calore sigillati, che consentono un rapido raffreddamento. Il sistema di controllo elettrico è costituito da un sistema di controllo della temperatura del forno, un sistema di controllo del vuoto, un sistema di controllo del gonfiaggio e un sistema di circolazione del raffreddamento. La temperatura effettiva viene misurata da termocoppie e confrontata con la temperatura impostata, e la potenza di riscaldamento corrente e dell'apparecchiatura viene modificata per ottenere il controllo della temperatura, consentendo alle tre zone di riscaldamento di aumentare contemporaneamente. Durante il funzionamento, lo sgrassaggio termico sottovuoto introduce costantemente gas protettivo, formando una piccola differenza di pressione tra i forni interno ed esterno, ottenendo un flusso di gas unidirezionale, evitando efficacemente la contaminazione lipidica del corpo riscaldante e la deformazione del forno interno a causa di un'eccessiva differenza di temperatura, Con il continuo sviluppo della tecnologia di stampaggio a iniezione di metalli, il livello tecnico di sgrassaggio è diventato sempre più ampio, con la Germania che sviluppa una tecnologia di sgrassaggio catalitico rapido. Questa tecnologia richiede elevati requisiti per i forni di sgrassaggio, che richiedono attrezzature specializzate per lo sgrassaggio resistenti agli acidi, e le questioni ambientali dovrebbero essere prese in considerazione durante la progettazione dei forni. La resistenza delle parti dopo lo sgrassaggio con questa tecnologia è molto bassa e facilmente danneggiabile (infatti la resistenza delle eventuali parti sgrassate non è elevata); E prima della sinterizzazione, nel grezzo rimarranno sempre delle spine adesive. In questo caso, la riduzione dei collegamenti intermedi del prodotto gioca un ruolo molto importante nel migliorare la resa del prodotto.

Per ottenere un'operazione veramente continua tra la rimozione dell'adesivo, la rimozione dell'adesivo residuo e il processo di sinterizzazione, la Germania ha sviluppato un sistema di sinterizzazione catalitica MIM-MASTER. Questo sistema include una sezione di debonding catalitico, una sezione di sinterizzazione continua e dispositivi ausiliari, tra cui la combustione dei gas di scarico, il dispositivo di essiccazione a convezione del gas, il nastro trasportatore di bypass, il sistema di iniezione dell'acido, l'armadio di controllo elettrico e un intero sistema di controllo del processo (PIC). La sezione di sgrassaggio catalitico continuo è concepita come una struttura a muffola a rete che utilizza elementi riscaldanti Ni-Cr. Le parti metalliche stampate ad iniezione vengono posizionate su un nastro trasportatore e riscaldate ad una certa temperatura nella zona di preriscaldamento, in modo che l'acido non si condensi sul pezzo durante il passaggio attraverso il nastro di distacco. Quando passa attraverso il nastro di debonding, la parte superiore rimuove l'adesivo sotto l'azione del gas di trasporto (tipicamente azoto) e del catalizzatore (acido nitrico comunemente usato). La direzione del flusso dell'atmosfera nel forno è molto importante. Nella zona di preriscaldo la direzione del flusso dell'atmosfera è la stessa della direzione di movimento del pezzo fino all'ingresso nella camera di combustione dei gas di scarico. Durante la rimozione del nastro adesivo, la direzione del flusso dell'atmosfera nel forno è opposta alla direzione di movimento del pezzo in lavorazione, assicurando che le parti che hanno sostanzialmente rimosso l'adesivo possano incontrare la più alta concentrazione di acido. La dimensione del dispositivo di combustione di questo forno può essere inferiore a quella di un forno discontinuo con la stessa velocità di produzione, poiché il gas di scarico viene generato continuamente nel mezzo dell'intero processo di rimozione e una grande quantità di gas di scarico non sarà generato entro un certo periodo di tempo, come in un forno discontinuo. Il dispositivo di combustione è concepito come una struttura a due stadi: nel primo stadio, il gas combustibile, come il gas naturale, viene utilizzato per interagire con la formaldeide (uno dei componenti del gas di scarico) per bruciare in condizioni di ossigeno insufficiente, Riduzione degli ossidi di azoto e dell'acido nitrico residuo; Nella seconda fase, la formaldeide rimanente e il gas combustibile vengono miscelati con l'aria in eccesso e completamente bruciati per generare anidride carbonica e acqua. Dopo essere passate attraverso il forno di sgrassaggio, le parti metalliche stampate a iniezione vengono alimentate in un forno di sinterizzazione continua attraverso un nastro trasportatore trasversale sigillato. Durante il processo di rimozione dell'adesivo residuo e della sinterizzazione, le parti devono evitare vibrazioni, pertanto viene adottata una struttura di trasmissione a trave mobile appositamente progettata. La sezione di sinterizzazione è suddivisa principalmente in tre fasi: riscaldamento, sinterizzazione e raffreddamento. La sezione di riscaldamento è responsabile della rimozione dell'adesivo rimanente e della precottura. Le bobine Ni-cr sono utilizzate come elementi riscaldanti, con una temperatura massima generale di 800 gradi. La cintura di sinterizzazione svolge la funzione principale di sinterizzazione e l'elemento riscaldante è in filo, con una temperatura massima fino a l600oC. Le parti stampate a iniezione di polvere metallica vengono sinterizzate in un'atmosfera inerte o riducente e il gas di scarico generato durante la produzione viene scaricato dopo la combustione attraverso un camino di scarico situato nella sezione di popolazione. La cinghia di raffreddamento è progettata come una struttura di raffreddamento ad acqua a doppia parete e la portata e la temperatura dell'acqua di raffreddamento possono essere regolate manualmente.

Sebbene la qualità della sinterizzazione sia correlata a ciascun processo, il fattore più importante è determinato dall'uniformità della temperatura e dalla stabilità del processo di sinterizzazione. Pertanto, le apparecchiature di sinterizzazione utilizzate per lo stampaggio a iniezione di polvere metallica devono avere un'eccellente uniformità di temperatura per ottenere il ritiro isotropico dei prodotti MIM, riducendo così la deformazione della sinterizzazione e migliorando la precisione del prodotto; Il forno di sinterizzazione deve avere buone prestazioni di tenuta, basso tasso di perdita d'aria e garantire la temperatura, la pressione e l'atmosfera richieste per ottenere la densificazione del materiale di sinterizzazione; Per ottenere una produzione in lotti stabile di prodotti MIM sono necessari un controllo accurato della temperatura e sensibile. Inoltre, il problema principale dei forni di sinterizzazione attualmente prodotti in Cina è la scarsa precisione del controllo della temperatura, che rende difficile determinare un processo di produzione stabile durante il processo produttivo. I forni di sinterizzazione continua prodotti in Germania sono all'avanguardia nel settore in termini di precisione di controllo, ma presentano anche degli svantaggi. Le apparecchiature altamente automatizzate richiedono un funzionamento molto standardizzato. Un piccolo errore può ritardare il funzionamento dell'intera apparecchiatura, con conseguenti enormi perdite. Inoltre, i materiali lipidici di scarto generati durante il processo di sinterizzazione sgrassante si attaccano facilmente a vari componenti nel forno, il che può anche avere un impatto significativo sulle prestazioni dell'apparecchiatura. Nel complesso, sebbene il forno di sinterizzazione abbia anche raggiunto l'integrazione di sgrassaggio e sinterizzazione, sussistono ancora problemi quali insufficiente flessibilità nel controllo della temperatura, pressione instabile nella sezione di preriscaldamento tra sgrassaggio e sinterizzazione e non viene presa in considerazione la fattibilità dell'integrazione con successivo trattamento termico.

In sintesi, gli obiettivi ideali per le apparecchiature di sinterizzazione continua sono:

(1) Integrazione di singoli processi tradizionali per ottenere l'integrazione di sgrassaggio, sinterizzazione, trattamento termico e altri processi. L'aggiunta di una sezione della funzione di trattamento termico per trattare a caldo direttamente le parti dopo la sinterizzazione può far risparmiare notevolmente i costi di produzione, ridurre i cicli di produzione e garantire la qualità della produzione.

(2) Realizzare un controllo flessibile della temperatura e del tempo di permanenza del prodotto nell'area di sgrassaggio e nell'area di sinterizzazione ad alta temperatura, in grado di soddisfare le esigenze di produzione di vari prodotti con requisiti di processo diversi e migliorare anche la situazione di produzione ritardata a causa del controllo inflessibile .

(3) Migliorare il controllo dell'automazione delle apparecchiature e le capacità di autoregolazione, migliorare l'affidabilità del funzionamento delle apparecchiature, ridurre l'intensità del lavoro dell'operatore e migliorare l'efficienza produttiva.

4. Conclusione

Sulla base dell'analisi del processo di stampaggio MIM e delle caratteristiche delle parti stampate a iniezione di polvere, è necessario integrare i singoli processi tradizionali come lo sgrassaggio, la sinterizzazione e persino la post-elaborazione in un processo completo. Vengono fornite la struttura e la modalità di controllo dell'apparecchiatura di sinterizzazione continua.