Développement d'équipements de moulage par injection de poudre métallique

Développement d'équipements de moulage par injection de poudre métallique

Moulage par injection de métal(MIM) est le domaine qui s'est développé le plus rapidement dans la métallurgie des poudres et l'industrie ces dernières années. Il s'agit d'une nouvelle technologie de moulage quasi-net de la métallurgie des poudres formée en combinant la technologie moderne avancée de moulage par injection de plastique avec la technologie traditionnelle de la métallurgie des poudres.

1, technologie de moulage MIM

Le processus de base du MIM consiste à mélanger uniformément une fine poudre de métal ou de céramique avec un adhésif organique pour former un matériau rhéologique, à injecter une machine d'injection avancée dans une cavité de moule ayant la forme d'une pièce pour former une ébauche et à utiliser une nouvelle technologie pour éliminer le adhésif et frittez-le pour le rendre très dense dans un produit. Si nécessaire, un post-traitement peut également être effectué. "La technologie IHI présente non seulement les avantages de la technologie conventionnelle de la métallurgie des poudres, tels qu'une efficacité de production élevée, une bonne cohérence du produit, moins ou pas de coupe et une efficacité économique, mais surmonte également les lacunes des produits traditionnels de la métallurgie des poudres tels que la faible densité, matériau inégal , faibles propriétés mécaniques et difficulté à former des pièces complexes à parois minces. Il est particulièrement adapté à la production et au traitement de grandes quantités, de petites tailles, complexes et de composants métalliques avec des exigences particulières. Depuis l'industrialisation de cette technologie de processus au milieu-1980 des années, elle a connu un développement rapide. Les produits de moulage par injection ont été largement utilisés dans l'industrie de l'information informatique, l'industrie automobile et moto, les équipements médicaux et de santé, les appareils électroménagers, l'instrumentation, la fabrication de machines, le génie chimique, le textile, la défense nationale et les industries militaires, et d'autres domaines. Jusqu'à présent, des centaines d'entreprises dans plus de 20 pays et régions se sont engagées dans le développement de produits, la recherche et la vente de cette technologie de procédé. En conséquence, la technologie de moulage par injection de poudre est devenue le domaine technologique de pointe le plus activement développé dans la nouvelle industrie manufacturière, connue comme la technologie pionnière dans le domaine mondial de la métallurgie des poudres, représentant la direction principale du développement de la technologie de la métallurgie des poudres.

Les principales caractéristiques de ce procédé sont les suivantes :

(1) Cette technologie de processus utilise une machine de moulage par injection pour injecter des ébauches de produits afin de garantir que les matériaux remplissent entièrement la cavité du moule, ce qui garantit la réalisation de la structure complexe de la pièce. Ceci est incomparable avec le traitement mécanique traditionnel et la technologie conventionnelle de la métallurgie des poudres, et constitue une base solide pour le développement de la technologie de moulage par injection.

(2) Les produits de moulage par injection ont une précision dimensionnelle élevée et les processus de moulage par injection peuvent mouler directement des composants structurels complexes et à parois minces. La forme du produit peut déjà répondre ou s'approcher des exigences du produit final, et le produit ne nécessite pas de traitement secondaire ou seulement quelques processus de finition. La tolérance dimensionnelle des pièces est généralement maintenue à environ ± 0,1 % à ± 0,3 % . Surtout pour réduire le coût de traitement des alliages durs difficiles à usiner et réduire la perte de traitement des métaux précieux, il est particulièrement important.

(3) Par rapport aux processus traditionnels de pressage de poudre, les produits moulés par injection ont une microstructure uniforme, une densité élevée et de bonnes performances.

2, Nécessité d'un équipement de frittage continu

Avec l'industrialisation à grande échelle de la technologie MIM, les équipements de production généraux et divers équipements spécialisés de moulage par injection de métal dans les industries traditionnelles de la métallurgie des poudres et du moulage par injection ont été largement utilisés dans la production industrielle de moulage par injection de métal. L'amélioration des exigences des entreprises en matière d'efficacité de la production industrielle, d'automatisation des équipements, de continuité du traitement et de performances des équipements a favorisé le processus d'industrialisation du moulage par injection de métal. Le développement complet de l'industrie MIM nécessite davantage d'équipements de production pour améliorer l'efficacité de la production des entreprises. La sélection et la maîtrise correctes de divers équipements dans le processus de production MIM peuvent améliorer la qualité des produits, la production et la productivité du travail, et accélérer le développement de l'industrialisation.

Actuellement, le processus de mélange utilise principalement des mélangeurs planétaires jumeaux traditionnels, des extrudeuses à vis unique, des extrudeuses à piston, des extrudeuses à double vis, des mélangeurs à roues excentriques et des mélangeurs à roue en forme de Z, qui peuvent assurer l'uniformité et l'efficacité du mélange.

Le processus d'injection peut également s'appuyer sur des équipements d'injection traditionnels, tels que des machines de moulage par injection à double boucle, des machines d'injection à double gabarit, des machines d'injection sans tige, des machines d'injection entièrement automatiques, des machines de moulage par injection dynamique électromagnétique, etc., qui peuvent mieux répondre aux exigences techniques. de remplissage.

Pour le procédé de dégraissage, le dégraissage étant un domaine jusqu'alors inédit dans l'industrie concernée, son principe est le suivant : sous réserve d'assurer que les pièces obtenues par moulage par injection ne se déforment pas, les différents composants de l'adhésif se transforment progressivement en substances gazeuses ou liquides avec l'augmentation de la température, en utilisant le principe des changements physiques et chimiques continus, pour retirer l'ébauche de moulage par injection, afin d'atteindre l'objectif de retirer l'adhésif. Par conséquent, la place de ce processus dans l'ensemble de la technologie MIM est particulièrement particulière et importante. Les pièces dégraissées n'ont presque aucune résistance et une légère vibration peut endommager les pièces. Dans le même temps, tenez compte des étapes de dégraissage et de frittage pour minimiser le gaspillage d'énergie causé par le chauffage répété des pièces et envisagez d'intégrer des processus uniques traditionnels tels que le dégraissage, le frittage et le traitement thermique dans un processus complet. Cela peut réduire les facteurs d'incertitude dans la production, améliorer la qualité des pièces moulées et améliorer considérablement l'efficacité de la production.

Le concept d'équipement de frittage continu est né avec l'introduction de processus complets. Afin de ne pas vaincre la Chine dans la concurrence internationale féroce et d'occuper une position de leader dans l'industrie internationale, il est nécessaire de développer activement la technologie MIM, en particulier d'intégrer et d'intégrer des processus uniques traditionnels pour former des processus intégrés efficaces, et de mener des recherches et développement d'équipements de traitement intégrés dès que possible.

3, équipement de frittage continu et sa technologie de contrôle

Un grand nombre d'études de dégraissage thermique ont montré que la clé du dégraissage thermique est de contrôler la température de dégraissage à basse température (150 ~ 350 pour cent) et d'augmenter lentement la température (1 ~ C/min), sans produire de déformation ou défauts. Il est donc nécessaire de s'assurer qu'un véritable four de dégraissage présente une bonne stabilité et homogénéité de température. Par rapport au dégraissage thermique atmosphérique, le dégraissage thermique sous vide a une pression de vide plus faible, ce qui est propice à la volatilisation du liant et à l'élimination des produits de décomposition. Par conséquent, le taux de dégraissage est supérieur au dégraissage thermique atmosphérique sous pression normale. En raison de cette caractéristique, il existe des différences significatives entre le dégraissage MIM et d'autres processus connexes. Plusieurs marques d'équipements de frittage continu sur le marché sont introduites.

Il existe deux types de fours de frittage en termes de fonctionnement : vertical et horizontal. L'inconvénient des fours de frittage verticaux est qu'ils ont tendance à être très inégaux en température en présence d'atmosphère ; Il existe également un écart de température entre l'extrémité recourbée du corps de stockage du four de frittage horizontal et la température interne, ce qui réduit fortement la qualité du produit fritté.

Le four intégré de dégraissage et de frittage se compose des six parties suivantes : le système de capture, le système de vide, le système de gonflage, le système de circulation externe, la partie commande électrique et la partie commande du vide. Le corps du four adopte une structure sandwich refroidie à l'eau et le revêtement du four est composé d'une petite couverture isolante extérieure ondulée en acier rouillé, d'une couverture en zirconium, d'un élément chauffant et d'un écran isolant intérieur ondulé en acier inoxydable résistant aux hautes températures de l'intérieur. . L'écran thermique interne peut empêcher la fuite de substances lipidiques vers d'autres parties du corps du four et est pratique pour le nettoyage. Le four adopte une porte intérieure scellée, qui peut efficacement empêcher la perte de chaleur et la fuite des lipides. Le système de purge se compose d'un purgeur à disque refroidi à l'eau à plusieurs étages, d'un réservoir de dégraissage, d'un filtre à plusieurs étages et d'une vanne de démarrage. Les substances lipidiques peuvent s'écouler sans problème dans la cuve de dégraissage. Le système de vide consiste en un système de vide à deux étages. La pompe à vide à palettes rotatives et la pompe Roots peuvent être sélectionnées et utilisées en fonction du matériau du produit et du degré de vide requis pour le dégraissage. Le système de gonflage peut être brisé par trois rotations de verre sur le débitmètre pour obtenir une régulation de débit large. Le système de circulation externe est composé de ventilateurs étanches et d'échangeurs de chaleur, permettant un refroidissement rapide. Le système de contrôle électrique se compose d'un système de contrôle de la température du four, d'un système de contrôle du vide, d'un système de contrôle du gonflage et d'un système de circulation de refroidissement. La température réelle est mesurée par des thermocouples et comparée à la température réglée, et la puissance de chauffage actuelle et de l'équipement est modifiée pour obtenir un contrôle de la température, permettant aux trois zones de chauffage de monter simultanément. Pendant le fonctionnement, le dégraissage thermique sous vide introduit constamment du gaz protecteur, formant une petite différence de pression entre les fours intérieur et extérieur, réalisant un flux de gaz unidirectionnel, évitant efficacement la contamination lipidique du corps chauffant et la déformation du four intérieur due à une différence de température excessive, Avec le développement continu de la technologie de moulage par injection de métal, le niveau technique de dégraissage est devenu de plus en plus large, l'Allemagne développant une technologie de dégraissage catalytique rapide. Cette technologie nécessite des exigences élevées pour les fours de dégraissage, nécessitant un équipement de dégraissage spécialisé résistant aux acides, et les questions environnementales doivent être prises en compte lors de la conception des fours. La résistance des pièces après dégraissage avec cette technologie est très faible et facilement endommagée (en fait, la résistance de toutes les pièces dégraissées n'est pas élevée); Et avant le frittage, il restera toujours des épines adhésives dans l'ébauche. Dans ce cas, la réduction des maillons intermédiaires du produit joue un rôle très important dans l'amélioration du rendement du produit.

Afin d'obtenir une opération vraiment continue entre le retrait de l'adhésif, le retrait de l'adhésif résiduel et le processus de frittage, l'Allemagne a développé un système de décollement et de frittage catalytique MIM-MASTER. Ce système comprend une section de décollement catalytique, une section de frittage continu et des dispositifs auxiliaires, y compris la combustion des gaz d'échappement, un dispositif de séchage par convection des gaz, une bande transporteuse de dérivation, un système d'injection d'acide, une armoire de commande électrique et un système de contrôle de processus complet (PIC). La section de dégraissage catalytique en continu est conçue comme une structure de tapis à mailles à moufle utilisant des éléments chauffants Ni-Cr. Les pièces moulées par injection de métal sont placées sur une bande transporteuse et chauffées à une certaine température dans la zone de préchauffage, de sorte que l'acide ne se condense pas sur la pièce lors du passage à travers la bande de décollement. Lors du passage dans le tapis de décollement, la partie supérieure élimine l'adhésif sous l'action du gaz vecteur (typiquement de l'azote) et du catalyseur (acide nitrique couramment utilisé). Le sens d'écoulement de l'atmosphère dans le four est très important. Dans la zone de préchauffage, le sens d'écoulement de l'atmosphère est le même que le sens de déplacement de la pièce jusqu'à son entrée dans la chambre de combustion des gaz d'échappement. Lors du retrait de la bande adhésive, le sens d'écoulement de l'atmosphère dans le four est opposé au sens de déplacement de la pièce, garantissant que les pièces qui ont essentiellement retiré l'adhésif peuvent rencontrer la plus forte concentration d'acide. La taille du dispositif de combustion de ce four peut être inférieure à celle d'un four discontinu avec le même taux de production, car les gaz d'échappement sont générés en continu au milieu de l'ensemble du processus d'élimination, et une grande quantité de gaz d'échappement ne sera pas généré dans un certain laps de temps, comme dans un four discontinu. Le dispositif de combustion est conçu comme une structure à deux étages : dans la première étape, le gaz combustible, tel que le gaz naturel, est utilisé pour interagir avec le formaldéhyde (l'un des composants des gaz d'échappement) pour brûler dans des conditions d'oxygène insuffisant, Réduction des oxydes d'azote et de l'acide nitrique résiduel ; Dans la deuxième étape, le formaldéhyde et le gaz combustible restants sont mélangés à l'excès d'air et entièrement brûlés pour générer du dioxyde de carbone et de l'eau. Après avoir traversé le four de dégraissage, les pièces moulées par injection de métal sont introduites dans un four de frittage continu à travers une bande transporteuse transversale étanche. Pendant le processus d'élimination de l'adhésif résiduel et du frittage, les pièces doivent éviter les vibrations, de sorte qu'une structure de transmission à faisceau mobile spécialement conçue est adoptée. La section de frittage est principalement divisée en trois étapes : chauffage, frittage et refroidissement. La section de chauffage est responsable de l'élimination de l'adhésif restant et de la précuisson. Les bobines Ni-cr sont utilisées comme éléments chauffants, avec une température maximale générale de 800 degrés. La courroie de frittage porte la fonction principale de frittage et l'élément chauffant est en fil, avec une température maximale allant jusqu'à l600oC. Les pièces moulées par injection de poudre métallique sont frittées dans une atmosphère inerte ou réductrice, et les gaz d'échappement générés lors de la production sont évacués après combustion par une cheminée d'échappement située dans la section de population. La ceinture de refroidissement est conçue comme une structure de refroidissement par eau à double paroi, et le débit et la température de l'eau de refroidissement peuvent être ajustés manuellement.

Bien que la qualité du frittage soit liée à chaque processus, le facteur le plus important est déterminé par l'uniformité de la température et la stabilité du processus de frittage. Par conséquent, l'équipement de frittage utilisé pour le moulage par injection de poudre métallique doit avoir une excellente uniformité de température pour obtenir un retrait isotrope des produits MIM, réduisant ainsi la déformation de frittage et améliorant la précision du produit ; Le four de frittage doit avoir de bonnes performances d'étanchéité, un faible taux de fuite d'air et assurer la température, la pression et l'atmosphère requises pour obtenir la densification du matériau de frittage ; Une température précise et un contrôle sensible sont nécessaires pour obtenir une production par lots stable de produits MIM. De plus, le principal problème des fours de frittage actuellement produits en Chine est la faible précision du contrôle de la température, ce qui rend difficile la détermination d'un processus de production stable pendant le processus de production. Les fours de frittage continu produits en Allemagne sont à la pointe de l'industrie en termes de précision de contrôle, mais il y a aussi des inconvénients. Un équipement hautement automatisé nécessite un fonctionnement très standardisé. Une légère erreur peut retarder le fonctionnement de l'ensemble de l'équipement, entraînant d'énormes pertes. De plus, les déchets lipidiques générés lors du processus de frittage dégraissant se fixent facilement sur divers composants du four, ce qui peut également avoir un impact significatif sur les performances de l'équipement. Dans l'ensemble, bien que le four de frittage ait également réalisé l'intégration du dégraissage et du frittage, il subsiste des problèmes tels qu'une flexibilité insuffisante dans le contrôle de la température, une pression instable dans la section de préchauffage entre le dégraissage et le frittage, et aucune considération n'est accordée à la faisabilité de l'intégration avec traitement thermique ultérieur.

En résumé, les objectifs idéaux pour les équipements de frittage continu sont :

(1) Intégration de processus uniques traditionnels pour réaliser l'intégration du dégraissage, du frittage, du traitement thermique et d'autres processus. L'ajout d'une section de fonction de traitement thermique pour traiter thermiquement directement les pièces après le frittage peut considérablement réduire les coûts de production, réduire les cycles de production et garantir la qualité de la production.

(2) réaliser un contrôle flexible de la température et du temps de séjour du produit dans la zone de dégraissage et la zone de frittage à haute température, ce qui peut répondre aux besoins de production de divers produits avec différentes exigences de processus, et également améliorer la situation de production retardée en raison d'un contrôle inflexible .

(3) Améliorer le contrôle de l'automatisation de l'équipement et les capacités d'auto-ajustement, améliorer la fiabilité du fonctionnement de l'équipement, réduire l'intensité du travail de l'opérateur et améliorer l'efficacité de la production.

4. Conclusion

Sur la base de l'analyse du processus de moulage MIM et des caractéristiques des pièces moulées par injection de poudre, il est nécessaire d'intégrer des processus uniques traditionnels tels que le dégraissage, le frittage et même le post-traitement dans un processus complet. La structure et le mode de contrôle de l'équipement de frittage continu sont donnés.