Разработка оборудования для литья металлических порошков под давлением

Разработка оборудования для литья металлических порошков под давлением

Литье металлов под давлением(MIM) является наиболее бурно развивающейся областью порошковой металлургии и промышленности в последние годы. Это новая технология почти чистого литья порошковой металлургии, созданная путем объединения современной передовой технологии литья пластмасс под давлением с традиционной технологией порошковой металлургии.

1, технология формования MIM

Основной процесс MIM заключается в равномерном смешивании мелкодисперсного металлического или керамического порошка с органическим клеем для образования реологического материала, впрыскивании усовершенствованной машины для литья в полость пресс-формы с формой детали для формирования заготовки и использовании новой технологии для удаления клей и спекать его, чтобы сделать его очень плотным в продукт. При необходимости также может быть выполнена постобработка. «Технология IHI не только обладает преимуществами традиционной технологии порошковой металлургии, такими как высокая эффективность производства, хорошая консистенция продукта, меньшая резка или ее отсутствие, а также экономическая эффективность, но также преодолевает недостатки традиционных продуктов порошковой металлургии, таких как низкая плотность, неровный материал. , низкие механические свойства и сложность формования тонкостенных сложных деталей. Он особенно подходит для производства и обработки больших количеств, небольших размеров, сложных и металлических компонентов с особыми требованиями». С момента индустриализации этого технологического процесса в середине -1980 х годов он получил быстрое развитие. Изделия для литья под давлением широко используются в компьютерной информационной индустрии, автомобильной и мотоциклетной промышленности, медицинском и медицинском оборудовании, бытовой технике, приборостроении, машиностроении, химическом машиностроении, текстильной промышленности, национальной оборонной и военной промышленности и других областях. До сих пор сотни компаний в более чем 20 странах и регионах занимались разработкой продуктов, исследованиями и продажами этого технологического процесса. В результате технология порошкового литья под давлением стала наиболее активно развиваемой областью передовых технологий в новой обрабатывающей промышленности, известной как новаторская технология в области порошковой металлургии в мире, представляющая основное направление развития технологии порошковой металлургии.

Основные характеристики этого процесса следующие:

(1) В этом технологическом процессе используется машина для литья под давлением для впрыска заготовок изделий, чтобы гарантировать, что материалы полностью заполняют полость формы, что обеспечивает реализацию сложной структуры детали. Это несравнимо с традиционной механической обработкой и обычной технологией порошковой металлургии и является прочной основой для развития технологии литья под давлением.

(2) Изделия для литья под давлением имеют высокую точность размеров, а процессы литья под давлением могут напрямую формовать тонкостенные и сложные структурные компоненты. Форма продукта уже может соответствовать или приближаться к требованиям к конечному продукту, и продукт не требует вторичной обработки или только нескольких процессов отделки. Допуск на размеры деталей обычно поддерживается на уровне от ± 0,1 процента до ± 0,3 процента. Это особенно важно для снижения стоимости обработки твердых сплавов, которые трудно обрабатывать, и снижения потерь при обработке драгоценных металлов.

(3) По сравнению с традиционными процессами прессования порошков, изделия, полученные литьем под давлением, имеют однородную микроструктуру, высокую плотность и хорошие характеристики.

2, Необходимость оборудования для непрерывного спекания

С крупномасштабной индустриализацией технологии MIM, общее производственное оборудование и различное специализированное оборудование для литья металлов под давлением в традиционной порошковой металлургии и литье под давлением стали широко использоваться в промышленном производстве литья металлов под давлением. Повышение требований предприятий к эффективности промышленного производства, автоматизации оборудования, непрерывности обработки и производительности оборудования способствовало процессу индустриализации литья металлов под давлением. Комплексное развитие отрасли MIM требует большего количества производственного оборудования для повышения эффективности производства предприятий. Правильный выбор и освоение различного оборудования в процессе производства МИМ позволяет повысить качество продукции, объем производства и производительность труда, ускорить развитие индустриализации.

В настоящее время в процессе смешивания в основном используются традиционные двухшнековые планетарные смесители, одношнековые экструдеры, поршневые экструдеры, двухшнековые экструдеры, смесители с эксцентриковым колесом и смесители с z-образной крыльчаткой, которые могут обеспечить однородность и эффективность смешивания.

В процессе литья также можно использовать традиционное литьевое оборудование, такое как машины для литья под давлением с двумя контурами, машины для литья под давлением с двумя шаблонами, машины для бесстержневого литья под давлением, полностью автоматические машины для литья под давлением, электромагнитно-динамические машины для литья под давлением и т. д., которые могут лучше соответствовать техническим требованиям. заполнения.

Для процесса обезжиривания, поскольку обезжиривание является областью, которая никогда раньше не использовалась в соответствующей отрасли, его принцип заключается в следующем: в предпосылке обеспечения того, чтобы детали, полученные литьем под давлением, не деформировались, различные компоненты клея постепенно превращаются в газообразные или жидкие вещества с повышением температуры, используя принцип непрерывных физических и химических изменений, для удаления заготовки для литья под давлением, чтобы достичь цели удаления клея. Поэтому место этого процесса во всей технологии МИМ особенно особое и важное. Обезжиренные детали практически не имеют прочности, а небольшая вибрация может привести к повреждению деталей. В то же время рассмотрите этапы обезжиривания и спекания, чтобы свести к минимуму потери энергии, вызванные повторным нагревом деталей, и рассмотрите возможность интеграции традиционных отдельных процессов, таких как обезжиривание, спекание и термообработка, в комплексный процесс. Это может уменьшить неопределенные факторы в производстве, улучшить качество формованных деталей и значительно повысить эффективность производства.

Концепция оборудования для непрерывного спекания родилась с внедрением комплексных процессов. Чтобы не победить Китай в жесткой международной конкуренции и занять лидирующие позиции в международной отрасли, необходимо активно развивать технологию MIM, особенно интегрировать и интегрировать традиционные отдельные процессы для формирования эффективных интегрированных процессов, а также проводить исследования и разработка комплексного технологического оборудования в кратчайшие сроки.

3. Оборудование непрерывного спекания и технология его управления.

Большое количество исследований по термическому обезжириванию показало, что ключом к термическому обезжириванию является контроль температуры обезжиривания на низкотемпературной стадии (150~350 процентов) и медленное повышение температуры (1~C/мин), без деформации или деформации. дефекты. Поэтому необходимо обеспечить, чтобы настоящая печь для обезжиривания обладала хорошей температурной стабильностью и однородностью. По сравнению с атмосферным термическим обезжириванием вакуумное термическое обезжиривание имеет более низкое вакуумметрическое давление, что способствует улетучиванию связующего и удалению продуктов разложения. Поэтому скорость обезжиривания выше, чем при атмосферном термическом обезжиривании при нормальном давлении. Из-за этой характеристики существуют значительные различия между обезжириванием MIM и другими родственными процессами. Представлены на рынке несколько марок оборудования непрерывного спекания.

По принципу работы печи для спекания бывают двух типов: вертикальные и горизонтальные. Недостаток вертикальных печей для спекания заключается в том, что они имеют тенденцию к очень неравномерной температуре в присутствии атмосферы; Также существует температурное отклонение между изогнутым концом корпуса-накопителя горизонтальной печи для спекания и внутренней температурой, что значительно снижает качество спекаемого продукта.

Интегрированная печь для обезжиривания и спекания состоит из следующих шести частей: системы улавливания, вакуумной системы, системы надувания, системы внешней циркуляции, части электрического управления и части управления вакуумом. Корпус печи имеет сэндвич-конструкцию с водяным охлаждением, а облицовка печи состоит из небольшого гофрированного наружного изоляционного покрытия из ржавой стали, циркониевого покрытия, нагревательного элемента и жаростойкого гофрированного внутреннего изоляционного экрана из нержавеющей стали изнутри наружу. . Внутренний тепловой экран предотвращает попадание липидных веществ в другие части корпуса печи и удобен для очистки. Печь имеет внутреннюю герметичную дверцу, которая может эффективно предотвратить потерю тепла и утечку липидов. Система ловушки состоит из многоступенчатой ​​дисковой ловушки с водяным охлаждением, бака для обезжиривания, многоступенчатого фильтра и пускового клапана. Липидные вещества могут плавно поступать в бак для обезжиривания. Вакуумная система состоит из двухступенчатой ​​вакуумной системы. Роторно-лопастной вакуумный насос и насос Рутса можно выбрать и использовать в зависимости от материала продукта и степени вакуума, необходимой для обезжиривания. Систему надувания можно разбить за три оборота стекла на расходомере, чтобы добиться широкого регулирования расхода. Система внешней циркуляции состоит из герметичных вентиляторов и теплообменников, обеспечивающих быстрое охлаждение. Электрическая система управления состоит из системы контроля температуры печи, системы контроля вакуума, системы контроля наддува и системы циркуляции охлаждения. Фактическая температура измеряется термопарами и сравнивается с заданной температурой, а ток и мощность нагрева оборудования изменяются для достижения контроля температуры, позволяя трем зонам нагрева повышаться одновременно. Во время работы при вакуумном термическом обезжиривании постоянно вводится защитный газ, образуя небольшую разницу давлений между внутренней и внешней печью, достигая одностороннего потока газа, эффективно предотвращая липидное загрязнение нагревательного тела и деформацию внутренней печи из-за чрезмерной разницы температур, С непрерывным развитием технологии литья под давлением технический уровень обезжиривания становится все более широким, и Германия разработала технологию быстрого каталитического обезжиривания. Эта технология предъявляет высокие требования к печам обезжиривания, требует специализированного кислотостойкого обезжиривающего оборудования, а при проектировании печей необходимо учитывать экологические вопросы. Прочность деталей после обезжиривания по этой технологии очень низкая и легко повреждается (собственно прочность любых обезжиренных деталей невысока); А перед спеканием в заготовке всегда будут оставаться клейкие шипы. В этом случае сокращение промежуточных звеньев продукта играет очень важную роль в повышении выхода продукта.

Чтобы добиться действительно непрерывной работы между удалением клея, удалением остаточного клея и процессом спекания, в Германии была разработана система каталитического отслоения и спекания MIM-MASTER. Эта система включает в себя секцию каталитического отслаивания, секцию непрерывного спекания и вспомогательные устройства, в том числе сжигание выхлопных газов, устройство конвекционной осушки газа, обводной конвейер, систему впрыска кислоты, электрический шкаф управления и всю систему управления технологическим процессом (PIC). Секция непрерывного каталитического обезжиривания выполнена в виде муфельной сетчатой ​​ленты с использованием Ni-Cr нагревательных элементов. Металлические литые детали помещаются на конвейерную ленту и нагреваются до определенной температуры в зоне предварительного нагрева, чтобы кислота не конденсировалась на заготовке при прохождении через ленту разрыхления. При прохождении через развязывающую ленту верхняя часть удаляет клей под действием газа-носителя (обычно азота) и катализатора (обычно используют азотную кислоту). Направление потока атмосферы в печи очень важно. В зоне предварительного нагрева направление потока атмосферы совпадает с направлением движения заготовки, пока она не попадет в камеру сгорания отработавших газов. Во время удаления клейкой ленты направление потока атмосферы в печи противоположно направлению движения заготовки, благодаря чему части, с которых в основном удален клей, могут столкнуться с самой высокой концентрацией кислоты. Размер горелочного устройства этой печи может быть меньше, чем у печи периодического действия с той же производительностью, потому что отработанный газ образуется непрерывно в середине всего процесса удаления, и большое количество отработанного газа не будет генерируется в течение определенного периода времени, как в печи периодического действия. Устройство сжигания выполнено в виде двухступенчатой ​​конструкции: на первой ступени топливный газ, например природный газ, используется для взаимодействия с формальдегидом (одним из компонентов выхлопного газа) для сжигания в условиях недостаточного количества кислорода, Снижение оксидов азота и остаточной азотной кислоты; На втором этапе оставшийся формальдегид и горючий газ смешиваются с избытком воздуха и полностью сжигаются с образованием углекислого газа и воды. После прохождения печи обезжиривания металлические литьевые детали по герметичному поперечному ленточному конвейеру подаются в печь непрерывного спекания. В процессе удаления остаточного клея и спекания детали должны избегать вибрации, поэтому используется специально разработанная структура передачи шагающей балки. Секция спекания в основном делится на три этапа: нагрев, спекание и охлаждение. Секция нагрева отвечает за удаление остатков клея и предварительный обжиг. Катушки Ni-Cr используются в качестве нагревательных элементов с общей максимальной температурой 800 градусов. Основную функцию спекания выполняет лента для спекания, а нагревательный элемент представляет собой проволоку с максимальной температурой до 1600°С. Детали, полученные литьем под давлением из металлического порошка, спекаются в инертной или восстановительной атмосфере, а выхлопные газы, образующиеся во время производства, выбрасываются после сгорания через выхлопную трубу, расположенную в секции заполнения. Охлаждающая лента спроектирована как конструкция водяного охлаждения с двойными стенками, а расход охлаждающей воды и температура могут регулироваться вручную.

Хотя качество спекания связано с каждым процессом, наиболее важным фактором является однородность температуры и стабильность процесса спекания. Следовательно, оборудование для спекания, используемое для литья под давлением металлического порошка, должно иметь превосходную однородность температуры для достижения изотропной усадки продуктов MIM, тем самым уменьшая деформацию спекания и повышая точность продукта; Печь для спекания должна иметь хорошую герметизацию, низкую скорость утечки воздуха и обеспечивать необходимую температуру, давление и атмосферу для достижения уплотнения спекаемого материала; Точная температура и чувствительный контроль необходимы для обеспечения стабильного серийного производства продуктов MIM. При этом основной проблемой печей для спекания, производимых в настоящее время в Китае, является низкая точность регулирования температуры, что затрудняет определение стабильного производственного процесса в процессе производства. Печи непрерывного спекания производства Германии лидируют в отрасли по точности регулирования, но есть и недостатки. Высокоавтоматизированное оборудование требует очень стандартизированной работы. Небольшая ошибка может задержать работу всего оборудования, что приведет к огромным потерям. Кроме того, липидные отходы, образующиеся в процессе обезжиривающего спекания, легко прикрепляются к различным компонентам печи, что также может существенно влиять на производительность оборудования. В целом, хотя печь для спекания также добилась интеграции обезжиривания и спекания, все еще существуют проблемы, такие как недостаточная гибкость в контроле температуры, нестабильное давление в секции предварительного нагрева между обезжириванием и спеканием, и не рассматривается возможность интеграции с последующей термической обработки.

Таким образом, идеальными целями для оборудования непрерывного спекания являются:

(1) Интеграция традиционных отдельных процессов для достижения интеграции обезжиривания, спекания, термообработки и других процессов. Добавление секции функции термообработки для непосредственной термообработки деталей после спекания может значительно снизить производственные затраты, сократить производственные циклы и обеспечить качество продукции.

(2) Реализовать гибкий контроль температуры и времени пребывания продукта в зоне обезжиривания и высокотемпературном спекании, что может удовлетворить производственные потребности различных продуктов с различными технологическими требованиями, а также улучшить ситуацию с задержкой производства из-за негибкого контроля. .

(3) Улучшить управление автоматизацией оборудования и возможности самонастройки, повысить надежность работы оборудования, снизить трудоемкость оператора и повысить эффективность производства.

4. Вывод

Основываясь на анализе процесса MIM-литья и характеристик деталей, полученных литьем под давлением, необходимо интегрировать традиционные отдельные процессы, такие как обезжиривание, спекание и даже постобработка, в комплексный процесс. Приведены структура и режим управления оборудованием непрерывного спекания.