Desarrollo de equipos de moldeo por inyección de polvo metálico

Desarrollo de equipos de moldeo por inyección de polvo metálico

Moldeo por inyección de metales(MIM) es el campo de más rápido desarrollo en la industria y la pulvimetalurgia en los últimos años. Es una nueva tecnología de moldeo casi neta de pulvimetalurgia formada por la combinación de tecnología avanzada moderna de moldeo por inyección de plástico con la tecnología tradicional de pulvimetalurgia.

1, tecnología de moldeo MIM

El proceso básico de MIM es mezclar uniformemente metal fino o polvo cerámico con adhesivo orgánico para formar un material reológico, inyectar una máquina de inyección avanzada en la cavidad de un molde con la forma de una pieza para formar una pieza en blanco y usar nueva tecnología para eliminar el adhesivo y sinterizarlo para convertirlo en un producto altamente denso. Si es necesario, también se puede realizar un procesamiento posterior. "La tecnología IHI no solo tiene las ventajas de la tecnología pulvimetalúrgica convencional, como alta eficiencia de producción, buena consistencia del producto, menos o ningún corte y eficiencia económica, sino que también supera las deficiencias de los productos pulvimetalúrgicos tradicionales, como baja densidad, material irregular. , bajas propiedades mecánicas y dificultad para formar piezas complejas de paredes delgadas. Es particularmente adecuado para la producción y el procesamiento de grandes cantidades, tamaños pequeños, componentes complejos y metálicos con requisitos especiales". Desde la industrialización de esta tecnología de proceso a mediados-1980, ha logrado un rápido desarrollo. Los productos de moldeo por inyección se han utilizado ampliamente en la industria de la información informática, la industria automotriz y de motocicletas, equipos médicos y de salud, electrodomésticos, instrumentación, fabricación de maquinaria, ingeniería química, industria textil, de defensa nacional y militar, y otros campos. Hasta ahora, cientos de empresas en más de 20 países y regiones se han involucrado en el desarrollo de productos, investigación y ventas de esta tecnología de proceso. Como resultado, la tecnología de moldeo por inyección de polvo se ha convertido en el campo de tecnología de vanguardia desarrollado más activamente en la nueva industria de fabricación, conocida como la tecnología pionera en el campo de la pulvimetalurgia del mundo, que representa la dirección principal del desarrollo de la tecnología de pulvimetalurgia.

Las principales características de este proceso son las siguientes:

(1) Esta tecnología de proceso utiliza una máquina de moldeo por inyección para inyectar productos en blanco para garantizar que los materiales llenen completamente la cavidad del molde, lo que garantiza la realización de la estructura compleja de la pieza. Esto es incomparable con el procesamiento mecánico tradicional y la tecnología de pulvimetalurgia convencional, y es una base sólida para el desarrollo de la tecnología de moldeo por inyección.

(2) Los productos de moldeo por inyección tienen una alta precisión dimensional, y los procesos de moldeo por inyección pueden moldear directamente componentes estructurales complejos y de paredes delgadas. La forma del producto ya puede cumplir o acercarse a los requisitos del producto final, y el producto no requiere un procesamiento secundario o solo unos pocos procesos de acabado. La tolerancia dimensional de las piezas generalmente se mantiene en alrededor de ± 0.1 por ciento a ± 0.3 por ciento. Especialmente para reducir el costo de procesamiento de aleaciones duras que son difíciles de mecanizar y reducir la pérdida de procesamiento de metales preciosos, es particularmente importante.

(3) En comparación con los procesos tradicionales de prensado de polvo, los productos moldeados por inyección tienen una microestructura uniforme, alta densidad y buen rendimiento.

2, Necesidad de equipo de sinterización continua

Con la industrialización a gran escala de la tecnología MIM, el equipo de producción general y varios equipos especializados de moldeo por inyección de metal en las industrias tradicionales de pulvimetalurgia y moldeo por inyección se han utilizado ampliamente en la producción industrial de moldeo por inyección de metal. La mejora de los requisitos empresariales para la eficiencia de la producción industrial, la automatización de los equipos, la continuidad del procesamiento y el rendimiento de los equipos ha promovido el proceso de industrialización del moldeo por inyección de metales. El desarrollo integral de la industria MIM requiere más equipos de producción para mejorar la eficiencia de producción de las empresas. Seleccionar y dominar correctamente varios equipos en el proceso de producción MIM puede mejorar la calidad del producto, la producción y la productividad laboral, y acelerar el desarrollo de la industrialización.

Actualmente, el proceso de mezcla utiliza principalmente mezcladoras planetarias gemelas tradicionales, extrusoras de un solo tornillo, extrusoras de pistón, extrusoras de doble tornillo, mezcladoras de ruedas excéntricas y mezcladoras de impulsor en forma de z, que pueden garantizar la uniformidad y la eficiencia de la mezcla.

El proceso de inyección también puede recurrir a equipos de inyección tradicionales, como máquinas de moldeo por inyección de bucle doble, máquinas de inyección de plantilla doble, máquinas de inyección sin varilla, máquinas de inyección completamente automáticas, máquinas de moldeo por inyección dinámica electromagnética, etc., que pueden cumplir mejor con los requisitos técnicos. de relleno

Para el proceso de desengrasado, siendo el desengrasado un campo que nunca antes había sido abordado en la industria correspondiente, su principio es: bajo la premisa de asegurar que las piezas obtenidas por moldeo por inyección no se deformen, los distintos componentes del adhesivo se transforman gradualmente en Sustancias gaseosas o líquidas con el aumento de la temperatura, utilizando el principio de cambios físicos y químicos continuos, para eliminar el molde de inyección en blanco, para lograr el propósito de eliminar el adhesivo. Por lo tanto, la posición de este proceso en toda la tecnología MIM es particularmente especial e importante. Las partes desengrasadas casi no tienen fuerza, y una ligera vibración puede dañar las partes. Al mismo tiempo, considere las etapas de desengrasado y sinterizado para minimizar el desperdicio de energía causado por el calentamiento repetido de las piezas, y considere integrar procesos individuales tradicionales como desengrasado, sinterizado y tratamiento térmico en un proceso completo. Esto puede reducir los factores de incertidumbre en la producción, mejorar la calidad de las piezas moldeadas y mejorar en gran medida la eficiencia de la producción.

El concepto de equipo de sinterización continua nació con la introducción de procesos integrales. Para no derrotar a China en la feroz competencia internacional y ocupar una posición de liderazgo en la industria internacional, es necesario desarrollar activamente la tecnología MIM, especialmente para integrar e integrar procesos únicos tradicionales para formar procesos integrados efectivos, y llevar a cabo investigaciones y desarrollo de equipos de procesamiento integrados tan pronto como sea posible.

3, equipo de sinterización continua y su tecnología de control

Una gran cantidad de estudios de desengrase térmico han demostrado que la clave del desengrase térmico es controlar la temperatura de desengrase en una etapa de baja temperatura (150~350 por ciento) y aumentar lentamente la temperatura (1~C/min), sin producir deformación o defectos Por lo tanto, es necesario asegurarse de que un verdadero horno de desengrasado tenga una buena estabilidad y uniformidad de temperatura. En comparación con el desengrase térmico atmosférico, el desengrase térmico al vacío tiene una presión de vacío más baja, lo que favorece la volatilización del aglutinante y la eliminación de los productos de descomposición. Por lo tanto, la tasa de desengrase es mayor que el desengrase térmico atmosférico a presión normal. Debido a esta característica, existen diferencias significativas entre el desengrase MIM y otros procesos relacionados. Se introducen varias marcas de equipos de sinterización continua en el mercado.

Existen dos tipos de hornos de sinterización en cuanto a su funcionamiento: verticales y horizontales. La desventaja de los hornos de sinterización verticales es que tienden a tener una temperatura muy desigual en presencia de atmósfera; También existe una desviación de temperatura entre el extremo curvo del cuerpo de almacenamiento del horno de sinterización horizontal y la temperatura interna, lo que reduce en gran medida la calidad del producto sinterizado.

El horno integrado de desengrase y sinterización consta de las siguientes seis partes: el sistema de captura, el sistema de vacío, el sistema de inflación, el sistema de circulación externa, la parte de control eléctrico y la parte de control de vacío. El cuerpo del horno adopta una estructura de sándwich refrigerada por agua, y el revestimiento del horno está compuesto por una pequeña capa de aislamiento exterior corrugado de acero oxidado, una capa de circonio, un elemento calefactor y un escudo de aislamiento interior corrugado de acero inoxidable resistente a altas temperaturas desde adentro hacia afuera. . El escudo térmico interno puede evitar el escape de sustancias lipídicas a otras partes del cuerpo del horno y es conveniente para la limpieza. El horno adopta una puerta interior sellada, que puede prevenir de manera efectiva la pérdida de calor y el escape de lípidos. El sistema de trampa consta de una trampa de discos enfriados por agua de etapas múltiples, un tanque desengrasante, un filtro de etapas múltiples y una válvula de arranque. Las sustancias lipídicas pueden fluir sin problemas al tanque de desengrasado. El sistema de vacío consta de un sistema de vacío de dos etapas. La bomba de vacío rotativa de paletas y la bomba Roots se pueden seleccionar y utilizar de acuerdo con el material del producto y el grado de vacío requerido para el desengrasado. El sistema de inflación se puede romper a través de tres rotaciones de vidrio en el medidor de flujo para lograr una regulación de flujo amplia. El sistema de circulación externa está compuesto por ventiladores sellados e intercambiadores de calor, lo que permite un enfriamiento rápido. El sistema de control eléctrico consta de un sistema de control de temperatura del horno, un sistema de control de vacío, un sistema de control de inflación y un sistema de circulación de refrigeración. La temperatura real se mide mediante termopares y se compara con la temperatura establecida, y la corriente y la potencia de calentamiento del equipo se cambian para lograr el control de la temperatura, lo que permite que las tres zonas de calentamiento aumenten simultáneamente. Durante la operación, el desengrasado térmico al vacío introduce constantemente gas protector, formando una pequeña diferencia de presión entre los hornos interior y exterior, logrando un flujo de gas unidireccional, evitando efectivamente la contaminación por lípidos del cuerpo de calentamiento y la deformación del horno interior debido a una diferencia de temperatura excesiva. Con el desarrollo continuo de la tecnología de moldeo por inyección de metal, el nivel técnico de desengrasado se ha vuelto cada vez más amplio, con Alemania desarrollando una tecnología de desengrasado catalítico rápido. Esta tecnología requiere altos requisitos para los hornos de desengrasado, lo que requiere un equipo de desengrasado resistente a los ácidos especializado, y se deben considerar los problemas ambientales al diseñar los hornos. La resistencia de las piezas después del desengrasado con esta tecnología es muy baja y se daña fácilmente (de hecho, la resistencia de cualquier pieza desengrasada no es alta); Y antes de la sinterización, siempre quedarán espinas adhesivas en el espacio en blanco. En este caso, la reducción de los enlaces intermedios del producto juega un papel muy importante en la mejora del rendimiento del producto.

Para lograr una operación verdaderamente continua entre la eliminación del adhesivo, la eliminación del adhesivo residual y el proceso de sinterización, Alemania ha desarrollado un sistema de desunión y sinterización catalítica MIM-MASTER. Este sistema incluye una sección de desunión catalítica, una sección de sinterización continua y dispositivos auxiliares, que incluyen la quema de gases de escape, un dispositivo de secado por convección de gas, una cinta transportadora de derivación, un sistema de inyección de ácido, un gabinete de control eléctrico y un sistema de control de proceso completo (PIC). La sección de desengrase catalítico continuo está diseñada como una estructura de cinta de malla de mufla que utiliza elementos calefactores de Ni-Cr. Las piezas metálicas moldeadas por inyección se colocan sobre una cinta transportadora y se calientan a una determinada temperatura en la zona de precalentamiento, de modo que el ácido no se condense sobre la pieza de trabajo al pasar por la cinta de desunión. Al pasar por la banda de despegado, la parte superior remueve el adhesivo bajo la acción del gas portador (típicamente nitrógeno) y catalizador (ácido nítrico de uso común). La dirección del flujo de la atmósfera en el horno es muy importante. En la zona de precalentamiento, la dirección del flujo de la atmósfera es la misma que la dirección del movimiento de la pieza de trabajo hasta que ingresa a la cámara de combustión de gases de escape. Durante la eliminación de la cinta adhesiva, la dirección del flujo de la atmósfera en el horno es opuesta a la dirección de movimiento de la pieza, lo que garantiza que las piezas que básicamente han eliminado el adhesivo puedan encontrar la mayor concentración de ácido. El tamaño del dispositivo de combustión de este horno puede ser más pequeño que el de un horno discontinuo con la misma tasa de producción, porque el gas de escape se genera continuamente en medio de todo el proceso de eliminación y una gran cantidad de gas de escape no será generado dentro de un cierto período de tiempo, como en un horno discontinuo. El dispositivo de combustión está diseñado como una estructura de dos etapas: en la primera etapa, el gas combustible, como el gas natural, se usa para interactuar con el formaldehído (uno de los componentes del gas de escape) para quemarse en condiciones de oxígeno insuficiente, Reducción de óxidos de nitrógeno y ácido nítrico residual; En la segunda etapa, el formaldehído restante y el gas combustible se mezclan con el exceso de aire y se queman por completo para generar dióxido de carbono y agua. Después de pasar por el horno de desengrasado, las piezas moldeadas por inyección de metal se introducen en un horno de sinterización continuo a través de una cinta transportadora transversal sellada. Durante el proceso de eliminación de adhesivo residual y sinterización, las piezas deben evitar vibraciones, por lo que se adopta una estructura de transmisión de viga móvil especialmente diseñada. La sección de sinterización se divide principalmente en tres etapas: calentamiento, sinterización y enfriamiento. La sección de calentamiento se encarga de retirar los restos de adhesivo y precocinar. Las bobinas de Ni-cr se utilizan como elementos de calefacción, con una temperatura máxima general de 800 grados. La correa de sinterización tiene la función principal de sinterización y el elemento calefactor es de alambre, con una temperatura máxima de hasta l600oC. Las piezas moldeadas por inyección de polvo metálico se sinterizan en una atmósfera inerte o reductora, y los gases de escape generados durante la producción se descargan después de la combustión a través de una chimenea de escape ubicada en la sección de población. La correa de refrigeración está diseñada como una estructura de refrigeración por agua de doble pared, y el caudal y la temperatura del agua de refrigeración se pueden ajustar manualmente.

Aunque la calidad de sinterización está relacionada con cada proceso, el factor más importante está determinado por la uniformidad de la temperatura y la estabilidad del proceso de sinterización. Por lo tanto, se requiere que el equipo de sinterización utilizado para el moldeo por inyección de polvo metálico tenga una excelente uniformidad de temperatura para lograr la contracción isotrópica de los productos MIM, reduciendo así la deformación de sinterización y mejorando la precisión del producto; Se requiere que el horno de sinterización tenga un buen rendimiento de sellado, una baja tasa de fuga de aire y garantice la temperatura, la presión y la atmósfera requeridas para lograr la densificación del material de sinterización; Se requiere una temperatura precisa y un control sensible para lograr una producción por lotes estable de productos MIM. Además, el principal problema de los hornos de sinterización que se producen actualmente en China es la baja precisión del control de la temperatura, lo que dificulta determinar un proceso de producción estable durante el proceso de producción. Los hornos de sinterización continua producidos en Alemania están a la vanguardia de la industria en términos de precisión de control, pero también tienen inconvenientes. Los equipos altamente automatizados requieren una operación muy estandarizada. Un pequeño error puede retrasar el funcionamiento de todo el equipo, provocando grandes pérdidas. Además, los materiales de desecho de lípidos generados durante el proceso de sinterización desengrasante se adhieren fácilmente a varios componentes del horno, lo que también puede tener un impacto significativo en el rendimiento del equipo. En general, aunque el horno de sinterización también ha logrado la integración del desengrasado y la sinterización, aún existen problemas tales como una flexibilidad insuficiente en el control de la temperatura, presión inestable en la sección de precalentamiento entre el desengrasado y la sinterización, y no se considera la viabilidad de la integración con tratamiento térmico posterior.

En resumen, los objetivos ideales para los equipos de sinterización continua son:

(1) Integrar procesos únicos tradicionales para lograr la integración de desengrase, sinterización, tratamiento térmico y otros procesos. Agregar una sección de función de tratamiento térmico para tratar directamente las piezas después de la sinterización puede ahorrar en gran medida los costos de producción, reducir los ciclos de producción y garantizar la calidad de la producción.

(2) Realizar un control flexible de la temperatura y el tiempo de residencia del producto en el área de desengrasado y el área de sinterización a alta temperatura, que pueden satisfacer las necesidades de producción de varios productos con diferentes requisitos de proceso, y también mejorar la situación de producción retrasada debido al control inflexible .

(3) Mejorar el control de automatización del equipo y las capacidades de autoajuste, mejorar la confiabilidad de la operación del equipo, reducir la intensidad del trabajo del operador y mejorar la eficiencia de la producción.

4. Conclusión

Según el análisis del proceso de moldeo MIM y las características de las piezas moldeadas por inyección de polvo, es necesario integrar procesos individuales tradicionales como el desengrasado, la sinterización e incluso el procesamiento posterior en un proceso completo. Se dan la estructura y el modo de control del equipo de sinterización continua.