Desenvolvimento de Equipamento de Moldagem por Injeção de Pó Metálico

Desenvolvimento de Equipamento de Moldagem por Injeção de Pó Metálico

Moldagem por injeção de metal(MIM) é o campo de desenvolvimento mais rápido na metalurgia do pó e na indústria nos últimos anos. É uma nova tecnologia de moldagem quase líquida de metalurgia do pó formada pela combinação da moderna tecnologia avançada de moldagem por injeção de plástico com a tecnologia tradicional de metalurgia do pó.

1, tecnologia de moldagem MIM

O processo básico do MIM é misturar uniformemente metal fino ou pó de cerâmica com adesivo orgânico para formar um material reológico, injetar uma máquina de injeção avançada em uma cavidade do molde com a forma de uma peça para formar um branco e usar uma nova tecnologia para remover o adesivo e sinterizá-lo para torná-lo altamente denso em um produto. Se necessário, o pós-processamento também pode ser executado. "A tecnologia IHI não só tem as vantagens da tecnologia convencional de metalurgia do pó, como alta eficiência de produção, boa consistência do produto, menos ou nenhum corte e eficiência econômica, mas também supera as deficiências dos produtos tradicionais da metalurgia do pó, como baixa densidade, material irregular , baixas propriedades mecânicas e dificuldade em formar peças complexas de paredes finas. É particularmente adequado para a produção e processamento de grandes quantidades, tamanhos pequenos, componentes complexos e metálicos com requisitos especiais." Desde a industrialização desta tecnologia de processo em meados-1980, ela alcançou um rápido desenvolvimento. Os produtos de moldagem por injeção têm sido amplamente utilizados na indústria de informática, indústria automobilística e de motocicletas, equipamentos médicos e de saúde, eletrodomésticos, instrumentação, fabricação de máquinas, engenharia química, têxtil, defesa nacional e indústrias militares e outros campos. Até agora, centenas de empresas em mais de 20 países e regiões estiveram envolvidas no desenvolvimento de produtos, pesquisa e vendas desta tecnologia de processo. Como resultado, a tecnologia de moldagem por injeção de pó tornou-se o campo de tecnologia de ponta mais ativamente desenvolvido na nova indústria de manufatura, conhecida como a tecnologia pioneira no campo mundial de metalurgia do pó, representando a principal direção do desenvolvimento da tecnologia da metalurgia do pó.

As principais características deste processo são as seguintes:

(1) Esta tecnologia de processo utiliza uma máquina de moldagem por injeção para injetar produtos em branco para garantir que os materiais preencham totalmente a cavidade do molde, o que garante a realização da estrutura complexa da peça. Isso é incomparável com o processamento mecânico tradicional e a tecnologia convencional de metalurgia do pó, e é uma base sólida para o desenvolvimento da tecnologia de moldagem por injeção.

(2) Os produtos de moldagem por injeção têm alta precisão dimensional e os processos de moldagem por injeção podem moldar diretamente componentes estruturais complexos e de paredes finas. A forma do produto já pode atender ou se aproximar dos requisitos do produto final, e o produto não requer processamento secundário ou apenas alguns processos de acabamento. A tolerância dimensional das peças é geralmente mantida em cerca de ± 0,1 por cento a ± 0,3 por cento . Especialmente para reduzir o custo de processamento de ligas duras que são difíceis de usinar e reduzir a perda de processamento de metais preciosos, é particularmente importante.

(3) Em comparação com os processos tradicionais de prensagem de pó, os produtos moldados por injeção têm microestrutura uniforme, alta densidade e bom desempenho.

2, Necessidade de equipamento de sinterização contínua

Com a industrialização em larga escala da tecnologia MIM, equipamentos de produção em geral e vários equipamentos especializados de moldagem por injeção de metal nas indústrias tradicionais de metalurgia do pó e moldagem por injeção têm sido amplamente utilizados na produção industrial de moldagem por injeção de metal. A melhoria dos requisitos da empresa para a eficiência da produção industrial, automação de equipamentos, continuidade de processamento e desempenho do equipamento promoveu o processo de industrialização da moldagem por injeção de metal. O desenvolvimento abrangente da indústria de MIM requer mais equipamentos de produção para melhorar a eficiência de produção das empresas. Selecionar e dominar corretamente vários equipamentos no processo de produção MIM pode melhorar a qualidade do produto, a produção e a produtividade do trabalho e acelerar o desenvolvimento da industrialização.

Atualmente, o processo de mistura usa principalmente misturadores planetários duplos tradicionais, extrusoras de parafuso único, extrusoras de pistão, extrusoras de parafuso duplo, misturadores de rodas excêntricas e misturadores de impulsor em forma de z, que podem garantir a uniformidade e eficiência da mistura.

O processo de injeção também pode recorrer a equipamentos de injeção tradicionais, como máquinas de moldagem por injeção de circuito duplo, máquinas de injeção de modelo duplo, máquinas de injeção sem haste, máquinas de injeção totalmente automáticas, máquinas de moldagem por injeção dinâmica eletromagnética, etc., que podem atender melhor aos requisitos técnicos de enchimento.

Para o processo de desengorduramento, sendo o desengorduramento uma área nunca antes abordada na indústria relevante, o seu princípio é: sob a premissa de garantir que as peças obtidas por moldagem por injecção não se deformem, os vários componentes do adesivo transformam-se gradualmente em Substâncias gasosas ou líquidas com o aumento da temperatura, usando o princípio de mudanças físicas e químicas contínuas, para remover a peça bruta de moldagem por injeção, a fim de atingir o objetivo de remover o adesivo. Portanto, a posição deste processo em toda a tecnologia MIM é particularmente especial e importante. As peças desengorduradas quase não têm resistência e uma leve vibração pode causar danos às peças. Ao mesmo tempo, considere os estágios de desengorduramento e sinterização para minimizar o desperdício de energia causado pelo aquecimento repetido das peças e considere a integração de processos individuais tradicionais, como desengorduramento, sinterização e tratamento térmico em um processo abrangente. Isso pode reduzir fatores incertos na produção, melhorar a qualidade das peças moldadas e melhorar muito a eficiência da produção.

O conceito de equipamento de sinterização contínua nasceu com a introdução de processos abrangentes. Para não derrotar a China na acirrada competição internacional e ocupar uma posição de liderança na indústria internacional, é necessário desenvolver ativamente a tecnologia MIM, especialmente para integrar e integrar processos únicos tradicionais para formar processos integrados eficazes e realizar pesquisas e desenvolvimento de equipamentos de processamento integrado o mais rápido possível.

3, equipamentos de sinterização contínua e sua tecnologia de controle

Um grande número de estudos de desengorduramento térmico mostraram que a chave para o desengorduramento térmico é controlar a temperatura do desengorduramento a uma temperatura baixa (150~350 por cento) e aumentar lentamente a temperatura (1~C/min), sem produzir deformação ou defeitos. Portanto, é necessário garantir que um verdadeiro forno de desengorduramento tenha boa estabilidade de temperatura e uniformidade. Em comparação com o desengorduramento térmico atmosférico, o desengorduramento térmico a vácuo tem uma pressão de vácuo mais baixa, o que favorece a volatilização do aglutinante e a eliminação dos produtos de decomposição. Portanto, a taxa de desengorduramento é superior à do desengorduramento térmico atmosférico sob pressão normal. Devido a esta característica, existem diferenças significativas entre o desengorduramento MIM e outros processos relacionados. Várias marcas de equipamentos de sinterização contínua no mercado são introduzidas.

Existem dois tipos de fornos de sinterização em termos de operação: vertical e horizontal. A desvantagem dos fornos de sinterização verticais é que eles tendem a ser muito desiguais em temperatura na presença de atmosfera; Há também um desvio de temperatura entre a extremidade curva do corpo de armazenamento do forno de sinterização horizontal e a temperatura interna, o que reduz muito a qualidade do produto sinterizado.

O forno integrado de desengorduramento e sinterização consiste nas seguintes seis partes: o sistema de captura, o sistema de vácuo, o sistema de inflação, o sistema de circulação externa, a parte de controle elétrico e a parte de controle de vácuo. O corpo da fornalha adota uma estrutura sanduíche resfriada a água, e o forro da fornalha é composto por uma pequena manta de isolamento externo corrugado de aço ferrugem, uma manta de zircônio, um elemento de aquecimento e um escudo de isolamento interno corrugado de aço inoxidável resistente a altas temperaturas de dentro para fora . O escudo térmico interno pode impedir a fuga de substâncias lipídicas para outras partes do corpo do forno e é conveniente para limpeza. A fornalha adota uma porta interna selada, que pode efetivamente prevenir a perda de calor e a fuga de lipídios. O sistema de purgador consiste em um purgador de disco refrigerado a água de vários estágios, um tanque de desengorduramento, um filtro de vários estágios e uma válvula de partida. Substâncias lipídicas podem fluir suavemente para o tanque de desengorduramento. O sistema de vácuo consiste em um sistema de vácuo de dois estágios. A bomba de vácuo de palhetas rotativas e a bomba Roots podem ser selecionadas e utilizadas de acordo com o material do produto e o grau de vácuo necessário para o desengorduramento. O sistema de inflação pode ser esmagado através de três rotações de vidro no medidor de vazão para obter uma ampla regulação de fluxo. O sistema de circulação externa é composto por ventiladores selados e trocadores de calor, possibilitando um resfriamento rápido. O sistema de controle elétrico consiste em um sistema de controle de temperatura do forno, um sistema de controle de vácuo, um sistema de controle de inflação e um sistema de circulação de resfriamento. A temperatura real é medida por termopares e comparada com a temperatura definida, e a corrente e a potência de aquecimento do equipamento são alteradas para obter o controle de temperatura, permitindo que as três zonas de aquecimento subam simultaneamente. Durante a operação, o desengorduramento térmico a vácuo introduz constantemente gás protetor, formando uma pequena diferença de pressão entre os fornos interno e externo, alcançando fluxo de gás unidirecional, evitando efetivamente a contaminação lipídica do corpo de aquecimento e a deformação do forno interno devido à diferença excessiva de temperatura, Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de moldagem por injeção de metal, o nível técnico de desengorduramento tornou-se cada vez mais amplo, com a Alemanha desenvolvendo uma tecnologia de desengorduramento catalítico rápido. Essa tecnologia exige altos requisitos para fornos de desengorduramento, exigindo equipamentos de desengorduramento resistentes a ácidos especializados, e questões ambientais devem ser consideradas ao projetar fornos. A resistência das peças após o desengorduramento com esta tecnologia é muito baixa e facilmente danificada (na verdade, a resistência de quaisquer peças desengorduradas não é elevada); E antes da sinterização, sempre haverá espinhos adesivos remanescentes no blank. Nesse caso, a redução dos elos intermediários do produto desempenha um papel muito importante na melhoria do rendimento do produto.

Para alcançar uma operação verdadeiramente contínua entre a remoção do adesivo, a remoção do adesivo residual e o processo de sinterização, a Alemanha desenvolveu um sistema de descolagem e sinterização catalítica MIM-MASTER. Este sistema inclui uma seção de separação catalítica, uma seção de sinterização contínua e dispositivos auxiliares, incluindo queima de gás de exaustão, dispositivo de secagem por convecção de gás, correia transportadora de desvio, sistema de injeção de ácido, gabinete de controle elétrico e todo um sistema de controle de processo (PIC). A seção contínua de desengorduramento catalítico é projetada como uma estrutura de correia de malha de mufla usando elementos de aquecimento de Ni-Cr. As peças moldadas por injeção de metal são colocadas em uma esteira transportadora e aquecidas a uma determinada temperatura na zona de pré-aquecimento, para que o ácido não condense na peça ao passar pela esteira de descolamento. Ao passar pela correia de descolamento, a parte superior remove o adesivo sob a ação do gás carreador (normalmente nitrogênio) e do catalisador (usado ácido nítrico). A direção do fluxo da atmosfera no forno é muito importante. Na zona de pré-aquecimento, a direção do fluxo da atmosfera é a mesma que a direção do movimento da peça de trabalho até que ela entre na câmara de combustão dos gases de escape. Durante a remoção da correia adesiva, o sentido do fluxo da atmosfera no forno é oposto ao sentido do movimento da peça de trabalho, garantindo que as partes que basicamente removeram o adesivo possam encontrar a maior concentração de ácido. O tamanho do dispositivo de queima deste forno pode ser menor do que o de um forno batelada com a mesma taxa de produção, porque o gás de exaustão é gerado continuamente no meio de todo o processo de remoção e uma grande quantidade de gás de exaustão não será gerado dentro de um determinado período de tempo, como em um forno batelada. O dispositivo de queima é projetado como uma estrutura de dois estágios: no primeiro estágio, o gás combustível, como o gás natural, é usado para interagir com o formaldeído (um dos componentes do gás de exaustão) para queimar sob condição de oxigênio insuficiente, Óxidos redutores de nitrogênio e ácido nítrico residual; No segundo estágio, o formaldeído restante e o gás combustível são misturados com o excesso de ar e totalmente queimados para gerar dióxido de carbono e água. Depois de passar pelo forno de desengorduramento, as peças moldadas por injeção de metal são alimentadas em um forno de sinterização contínua através de uma esteira transportadora transversal selada. Durante o processo de remoção de adesivo residual e sinterização, as peças devem evitar vibração, portanto, uma estrutura de transmissão de viga móvel especialmente projetada é adotada. A seção de sinterização é dividida principalmente em três estágios: aquecimento, sinterização e resfriamento. A seção de aquecimento é responsável pela remoção do adesivo restante e pré-queima. Bobinas de Ni-cr são usadas como elementos de aquecimento, com uma temperatura máxima geral de 800 graus. A correia de sinterização tem como principal função de sinterização, e o elemento de aquecimento é de arame, com temperatura máxima de até l600oC. As peças moldadas por injeção de pó metálico são sinterizadas em atmosfera inerte ou redutora, e os gases de exaustão gerados durante a produção são descarregados após a combustão através de uma chaminé de exaustão localizada na seção de população. A correia de resfriamento é projetada como uma estrutura de resfriamento de água de parede dupla, e a taxa de fluxo de água de resfriamento e a temperatura podem ser ajustadas manualmente.

Embora a qualidade da sinterização esteja relacionada a cada processo, o fator mais importante é determinado pela uniformidade da temperatura e pela estabilidade do processo de sinterização. Portanto, é necessário que o equipamento de sinterização usado para moldagem por injeção de pó de metal tenha excelente uniformidade de temperatura para obter encolhimento isotrópico de produtos MIM, reduzindo assim a deformação de sinterização e melhorando a precisão do produto; O forno de sinterização deve ter bom desempenho de vedação, baixa taxa de vazamento de ar e garantir a temperatura, pressão e atmosfera necessárias para obter a densificação do material de sinterização; A temperatura precisa e o controle sensível são necessários para alcançar uma produção em lote estável de produtos MIM. Além disso, o principal problema dos fornos de sinterização produzidos atualmente na China é a baixa precisão do controle de temperatura, o que dificulta a determinação de um processo de produção estável durante o processo de produção. Os fornos de sinterização contínua produzidos na Alemanha estão na vanguarda da indústria em termos de precisão de controle, mas também existem desvantagens. Equipamentos altamente automatizados requerem operação muito padronizada. Um pequeno erro pode atrasar o funcionamento de todo o equipamento, resultando em grandes prejuízos. Além disso, os resíduos lipídicos gerados durante o processo de sinterização desengordurante são facilmente ligados a vários componentes no forno, o que também pode ter um impacto significativo no desempenho do equipamento. No geral, embora o forno de sinterização também tenha alcançado a integração de desengorduramento e sinterização, ainda existem problemas como flexibilidade insuficiente no controle de temperatura, pressão instável na seção de pré-aquecimento entre desengorduramento e sinterização, e nenhuma consideração é dada à viabilidade de integração com posterior tratamento térmico.

Em resumo, os objetivos ideais para equipamentos de sinterização contínua são:

(1) Integração de processos únicos tradicionais para alcançar a integração de desengorduramento, sinterização, tratamento térmico e outros processos. Adicionar uma seção de função de tratamento térmico para tratar diretamente as peças após a sinterização pode economizar muito nos custos de produção, reduzir os ciclos de produção e garantir a qualidade da produção.

(2) Realize um controle flexível da temperatura e do tempo de permanência do produto na área de desengorduramento e na área de sinterização de alta temperatura, que pode atender às necessidades de produção de vários produtos com diferentes requisitos de processo e também melhorar a situação de produção atrasada devido ao controle inflexível .

(3) Melhorar o controle de automação do equipamento e as capacidades de auto-ajuste, melhorar a confiabilidade da operação do equipamento, reduzir a intensidade do trabalho do operador e melhorar a eficiência da produção.

4. Conclusão

Com base na análise do processo de moldagem MIM e nas características das peças moldadas por injeção de pó, é necessário integrar processos individuais tradicionais, como desengorduramento, sinterização e até pós-processamento em um processo abrangente. A estrutura e o modo de controle do equipamento de sinterização contínua são fornecidos.