تطوير معدات صب حقن مسحوق المعادن

تطوير معدات صب حقن مسحوق المعادن

صب حقن المعادن(MIM) هو المجال الأسرع تطورًا في مجال تعدين المساحيق والصناعة في السنوات الأخيرة. إنها تقنية جديدة لصب المعادن بالقرب من الشبكة تم تشكيلها من خلال الجمع بين تكنولوجيا صب حقن البلاستيك المتقدمة الحديثة مع تقنية تعدين المساحيق التقليدية.

1 ، تكنولوجيا صب MIM

تتمثل العملية الأساسية لـ MIM في مزج المعدن الناعم أو مسحوق السيراميك بشكل موحد مع مادة لاصقة عضوية لتشكيل مادة ريولوجية ، وحقن آلة حقن متقدمة في تجويف القالب مع شكل جزء لتشكيل فراغ ، واستخدام تقنية جديدة لإزالة يتم لصقها وتلبيدها لجعلها كثيفة للغاية في المنتج. إذا لزم الأمر ، يمكن أيضًا إجراء المعالجة اللاحقة. "لا تتمتع تقنية IHI فقط بمزايا تقنية تعدين المساحيق التقليدية مثل كفاءة الإنتاج العالية ، والاتساق الجيد للمنتج ، والقطع الأقل أو المنعدم ، والكفاءة الاقتصادية ، ولكنها تتغلب أيضًا على أوجه القصور في منتجات تعدين المساحيق التقليدية مثل الكثافة المنخفضة ، والمواد غير المتساوية ، وخصائص ميكانيكية منخفضة ، وصعوبة في تشكيل أجزاء معقدة رقيقة الجدران. وهي مناسبة بشكل خاص لإنتاج ومعالجة الكميات الكبيرة ، والأحجام الصغيرة ، والمكونات المعقدة والمعدنية ذات المتطلبات الخاصة. " منذ تصنيع هذه التقنية العملية في منتصف -1980 ، حققت تطورًا سريعًا. تم استخدام منتجات قولبة الحقن على نطاق واسع في صناعة معلومات الكمبيوتر ، وصناعة السيارات والدراجات النارية ، والمعدات الطبية والصحية ، والأجهزة المنزلية ، والأجهزة ، وتصنيع الآلات ، والهندسة الكيميائية ، والمنسوجات ، والدفاع الوطني والصناعات العسكرية ، وغيرها من المجالات. حتى الآن ، شاركت مئات الشركات في أكثر من 20 دولة ومنطقة في تطوير المنتجات والبحث والمبيعات لتقنية العملية هذه. نتيجة لذلك ، أصبحت تقنية قولبة الحقن بالمسحوق أكثر مجالات التكنولوجيا المتطورة تطوراً في صناعة التصنيع الجديدة ، والمعروفة باسم التكنولوجيا الرائدة في مجال تعدين المساحيق في العالم ، والتي تمثل الاتجاه الرئيسي لتطوير تكنولوجيا تعدين المساحيق.

الخصائص الرئيسية لهذه العملية هي كما يلي:

(1) تستخدم تقنية العملية هذه آلة تشكيل بالحقن لحقن فراغات المنتج لضمان ملء المواد بالكامل لتجويف القالب ، مما يضمن تحقيق الهيكل المعقد للجزء. هذا لا يضاهى مع المعالجة الميكانيكية التقليدية وتكنولوجيا تعدين المساحيق التقليدية ، وهو أساس قوي لتطوير تكنولوجيا القولبة بالحقن.

(2) تتميز منتجات القولبة بالحقن بدقة أبعاد عالية ، ويمكن لعمليات القولبة بالحقن تشكيل مكونات هيكلية رقيقة الجدران ومعقدة بشكل مباشر. يمكن لشكل المنتج أن يلبي بالفعل متطلبات المنتج النهائية أو يقترب منها ، ولا يتطلب المنتج معالجة ثانوية أو عمليات تشطيب قليلة فقط. يتم الاحتفاظ بتفاوت أبعاد الأجزاء بشكل عام عند حوالي ± 0. 1 بالمائة إلى ± 0. 3 بالمائة. من المهم بشكل خاص لتقليل تكلفة معالجة السبائك الصلبة التي يصعب تصنيعها وتقليل فقد معالجة المعادن الثمينة.

(3) بالمقارنة مع عمليات ضغط المسحوق التقليدية ، فإن المنتجات المقولبة بالحقن لها بنية مجهرية موحدة ، وكثافة عالية ، وأداء جيد.

2 ، ضرورة معدات التلبيد المستمر

مع التصنيع على نطاق واسع لتكنولوجيا MIM ، تم استخدام معدات الإنتاج العامة والعديد من معدات حقن المعادن المتخصصة في صناعات المسحوق التقليدية وصناعات قولبة الحقن على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي لقولبة حقن المعادن. أدى تحسين متطلبات المؤسسة لكفاءة الإنتاج الصناعي ، وأتمتة المعدات ، واستمرارية المعالجة ، وأداء المعدات إلى تعزيز عملية تصنيع صب حقن المعادن. يتطلب التطوير الشامل لصناعة MIM المزيد من معدات الإنتاج لتحسين كفاءة الإنتاج للمؤسسات. يمكن أن يؤدي اختيار المعدات المختلفة وإتقانها بشكل صحيح في عملية إنتاج MIM إلى تحسين جودة المنتج والإنتاجية وإنتاجية العمل ، وتسريع تطوير التصنيع.

حاليًا ، تستخدم عملية الخلط بشكل أساسي الخلاطات الكوكبية المزدوجة التقليدية ، وآلات البثق ذات اللولب الفردي ، وآلات البثق بالمكبس ، وآلات البثق المزدوجة اللولب ، وخلاطات العجلة غير المركزية ، وخلاطات المكره على شكل Z ، والتي يمكن أن تضمن توحيد وكفاءة الخلط.

يمكن أن تعتمد عملية الحقن أيضًا على معدات الحقن التقليدية ، مثل آلات التشكيل بالحقن ذات الحلقة المزدوجة ، وآلات الحقن بالقالب المزدوج ، وآلات الحقن بدون قضيب ، وآلات الحقن الأوتوماتيكية بالكامل ، وآلات التشكيل بالحقن الديناميكي الكهرومغناطيسي ، وما إلى ذلك ، والتي يمكنها تلبية المتطلبات التقنية بشكل أفضل الحشوة.

بالنسبة لعملية إزالة الشحوم ، نظرًا لأن إزالة الشحوم هي مجال لم يتم إشراكه من قبل في الصناعة ذات الصلة ، فإن مبدأها هو: في ظل فرضية ضمان عدم تشوه الأجزاء التي تم الحصول عليها عن طريق الحقن ، تتغير المكونات المختلفة في المادة اللاصقة تدريجيًا إلى المواد الغازية أو السائلة مع زيادة درجة الحرارة ، باستخدام مبدأ التغيرات الفيزيائية والكيميائية المستمرة ، لإزالة فراغ صب الحقن ، من أجل تحقيق الغرض من إزالة المادة اللاصقة. لذلك ، فإن موقع هذه العملية في تقنية MIM بأكملها خاص ومهم بشكل خاص. الأجزاء التي تم إزالتها ليس لها أي قوة تقريبًا ، ويمكن أن يتسبب الاهتزاز الطفيف في تلف الأجزاء. في الوقت نفسه ، ضع في اعتبارك مراحل إزالة الشحوم والتلبيد لتقليل هدر الطاقة الناتج عن التسخين المتكرر للأجزاء ، والنظر في دمج العمليات الفردية التقليدية مثل إزالة الشحوم والتلبيد والمعالجة الحرارية في عملية شاملة. يمكن أن يقلل هذا من العوامل غير المؤكدة في الإنتاج ، ويحسن جودة الأجزاء المقولبة ، ويحسن بشكل كبير من كفاءة الإنتاج.

وُلد مفهوم معدات التلبيد المستمر مع إدخال عمليات شاملة. من أجل عدم هزيمة الصين في المنافسة الدولية الشرسة واحتلال مكانة رائدة في الصناعة الدولية ، من الضروري تطوير تقنية MIM بنشاط ، خاصة لدمج ودمج العمليات الفردية التقليدية لتشكيل عمليات متكاملة فعالة ، وإجراء البحوث و تطوير معدات المعالجة المتكاملة في أسرع وقت ممكن.

3 ، معدات التلبيد المستمر وتكنولوجيا التحكم الخاصة بها

أظهر عدد كبير من دراسات إزالة الشحوم الحرارية أن مفتاح إزالة الشحوم الحرارية هو التحكم في درجة حرارة إزالة الشحوم عند درجة حرارة منخفضة (150 ~ 350 بالمائة) وزيادة درجة الحرارة ببطء (1 درجة مئوية / دقيقة) ، دون إحداث تشوه أو عيوب. لذلك ، من الضروري التأكد من أن فرن إزالة الشحوم الحقيقي يتمتع باستقرار وتوحيد درجة حرارة جيدة. بالمقارنة مع إزالة الشحوم الحرارية في الغلاف الجوي ، فإن إزالة الشحوم الحرارية بالفراغ لديها ضغط تفريغ منخفض ، مما يؤدي إلى تطاير المادة الرابطة والقضاء على منتجات التحلل. لذلك ، فإن معدل إزالة الشحوم أعلى من معدل إزالة الشحوم الحراري الجوي تحت الضغط العادي. بسبب هذه الخاصية ، هناك اختلافات كبيرة بين إزالة الشحوم MIM والعمليات الأخرى ذات الصلة. يتم تقديم العديد من العلامات التجارية لمعدات التلبيد المستمر في السوق.

هناك نوعان من أفران التلبيد من حيث التشغيل: الرأسي والأفقي. عيب أفران التلبيد العمودية هو أنها تميل إلى أن تكون غير متساوية للغاية في درجة الحرارة في وجود الغلاف الجوي ؛ هناك أيضًا انحراف في درجة الحرارة بين الطرف المنحني لجسم التخزين لفرن التلبيد الأفقي ودرجة الحرارة الداخلية ، مما يقلل بشكل كبير من جودة المنتج الملبد.

يتكون الفرن المتكامل لإزالة الشحوم والتلبيد من الأجزاء الستة التالية: نظام الالتقاط ، ونظام الفراغ ، ونظام التضخم ، ونظام الدوران الخارجي ، وجزء التحكم الكهربائي ، وجزء التحكم في الفراغ. يعتمد جسم الفرن على هيكل مبرد بالماء ، وتتكون بطانة الفرن من بطانية عازلة خارجية مموجة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وبطانية من الزركونيوم ، وعنصر تسخين ، ودرع عازل داخلي مموج من الفولاذ المقاوم للصدأ ومقاوم لدرجة الحرارة العالية من الداخل إلى الخارج . يمكن للواقي الحراري الداخلي أن يمنع هروب المواد الدهنية إلى أجزاء أخرى من جسم الفرن ، وهو مناسب للتنظيف. يستخدم الفرن بابًا داخليًا مغلقًا ، والذي يمكن أن يمنع بشكل فعال فقدان الحرارة وهروب الدهون. يتكون نظام المصيدة من مصيدة قرصية مبردة بالماء متعددة المراحل ، وخزان لإزالة الشحوم ، وفلتر متعدد المراحل ، وصمام بدء. يمكن أن تتدفق المواد الدهنية بسلاسة في خزان إزالة الشحوم. يتكون نظام الفراغ من نظام فراغ من مرحلتين. يمكن اختيار مضخة التفريغ ذات الريشة الدوارة ومضخة الجذور واستخدامها وفقًا لمواد المنتج ودرجة الفراغ المطلوبة لإزالة الشحوم. يمكن تحطيم نظام النفخ من خلال ثلاث دورات زجاجية على مقياس التدفق لتحقيق تنظيم تدفق واسع. يتكون نظام الدوران الخارجي من مراوح محكمة الغلق ومبادلات حرارية ، مما يتيح التبريد السريع. يتكون نظام التحكم الكهربائي من نظام التحكم في درجة حرارة الفرن ، ونظام التحكم في الفراغ ، ونظام التحكم في التضخم ، ونظام دوران التبريد. يتم قياس درجة الحرارة الفعلية بواسطة المزدوجات الحرارية ومقارنتها بدرجة الحرارة المحددة ، ويتم تغيير طاقة التسخين الحالية والمعدات لتحقيق التحكم في درجة الحرارة ، مما يسمح لمناطق التسخين الثلاث بالارتفاع في وقت واحد. أثناء التشغيل ، تُدخل إزالة الشحوم الحرارية بالفراغ باستمرار غازًا واقيًا ، وتشكيل فرق ضغط صغير بين الأفران الداخلية والخارجية ، مما يحقق تدفق الغاز في اتجاه واحد ، ويتجنب بشكل فعال التلوث الدهني لجسم التسخين وتشوه الفرن الداخلي بسبب اختلاف درجات الحرارة المفرط ، مع التطور المستمر لتكنولوجيا قولبة حقن المعادن ، أصبح المستوى التقني لإزالة الشحوم واسع النطاق بشكل متزايد ، حيث طورت ألمانيا تقنية إزالة الشحوم التحفيزية السريعة. تتطلب هذه التقنية متطلبات عالية لأفران إزالة الشحوم ، والتي تتطلب معدات إزالة شحوم مقاومة للأحماض ، ويجب مراعاة القضايا البيئية عند تصميم الأفران. قوة الأجزاء بعد إزالة الشحوم بهذه التقنية منخفضة جدًا ويمكن إتلافها بسهولة (في الواقع ، قوة أي أجزاء منزوعة الشحوم ليست عالية) ؛ وقبل التكلس ، سيبقى هناك دائمًا أشواك لاصقة في الفراغ. في هذه الحالة ، يلعب تقليل الروابط الوسيطة للمنتج دورًا مهمًا للغاية في تحسين عائد المنتج.

من أجل تحقيق عملية مستمرة بالفعل بين إزالة المادة اللاصقة وإزالة المادة اللاصقة المتبقية وعملية التلبيد ، طورت ألمانيا نظام MIM-MASTER التحفيزي لإزالة التلبيد والتلبيد. يشتمل هذا النظام على قسم الفصل التحفيزي ، وقسم التلبيد المستمر ، والأجهزة المساعدة ، بما في ذلك حرق غاز العادم ، وجهاز التجفيف الحراري بالغاز ، وحزام النقل الجانبي ، ونظام حقن الحمض ، وخزانة التحكم الكهربائية ، ونظام التحكم الكامل في العملية (PIC). تم تصميم قسم إزالة الشحوم التحفيزي المستمر كهيكل حزام شبكي مفل باستخدام عناصر تسخين Ni-Cr. يتم وضع الأجزاء المعدنية المصبوبة بالحقن على حزام ناقل ويتم تسخينها إلى درجة حرارة معينة في منطقة التسخين المسبق ، بحيث لا يتكثف الحمض على قطعة العمل عند المرور عبر حزام إزالة الترابط. عند المرور عبر حزام نزع الترابط ، يزيل الجزء العلوي المادة اللاصقة تحت تأثير الغاز الحامل (النيتروجين عادةً) والمحفز (حمض النيتريك الشائع الاستخدام). اتجاه تدفق الغلاف الجوي في الفرن مهم للغاية. في منطقة التسخين المسبق ، يكون اتجاه تدفق الغلاف الجوي هو نفس اتجاه حركة قطعة العمل حتى تدخل غرفة احتراق غاز العادم. أثناء إزالة الحزام اللاصق ، يكون اتجاه تدفق الغلاف الجوي في الفرن عكس اتجاه حركة قطعة العمل ، مما يضمن أن الأجزاء التي أزلت المادة اللاصقة بشكل أساسي يمكن أن تواجه أعلى تركيز للحمض. يمكن أن يكون حجم جهاز الاحتراق لهذا الفرن أصغر من فرن الدُفعات بنفس معدل الإنتاج ، لأن غاز العادم يتولد باستمرار في منتصف عملية الإزالة بأكملها ، ولن تكون كمية كبيرة من غاز العادم المتولدة خلال فترة زمنية معينة ، كما هو الحال في فرن الدُفعات. تم تصميم جهاز الاحتراق كهيكل من مرحلتين: في المرحلة الأولى ، يتم استخدام غاز الوقود ، مثل الغاز الطبيعي ، للتفاعل مع الفورمالديهايد (أحد مكونات غاز العادم) للحرق في حالة عدم كفاية الأكسجين ، تقليل أكاسيد النيتروجين وحمض النيتريك المتبقي ؛ في المرحلة الثانية ، يتم خلط ما تبقى من الفورمالديهايد وغاز الوقود مع الهواء الزائد ويتم حرقهما بالكامل لتوليد ثاني أكسيد الكربون والماء. بعد المرور عبر فرن إزالة الشحوم ، يتم تغذية الأجزاء المعدنية المصبوبة بالحقن في فرن تلبيد مستمر من خلال حزام ناقل عرضي مختوم. أثناء عملية إزالة بقايا المواد اللاصقة والتلبيد ، يجب أن تتجنب الأجزاء الاهتزازات ، لذلك تم اعتماد هيكل نقل شعاع المشي المصمم خصيصًا. ينقسم قسم التلبيد بشكل أساسي إلى ثلاث مراحل: التسخين والتلبيد والتبريد. قسم التسخين مسؤول عن إزالة المادة اللاصقة المتبقية والحرق المسبق. يتم استخدام ملفات Ni-cr كعناصر تسخين ، مع درجة حرارة قصوى عامة تبلغ 800 درجة. يحمل حزام التلبيد وظيفة التلبيد الرئيسية ، وعنصر التسخين هو السلك ، مع درجة حرارة قصوى تصل إلى 600 درجة مئوية. يتم تلبيد الأجزاء المصبوبة بالحقن بالمسحوق المعدني في جو خامل أو مختزل ، ويتم تفريغ غاز العادم الناتج أثناء الإنتاج بعد الاحتراق من خلال مكدس العادم الموجود في قسم السكان. تم تصميم حزام التبريد كهيكل تبريد مائي مزدوج الجدار ، ويمكن تعديل معدل تدفق مياه التبريد ودرجة الحرارة يدويًا.

على الرغم من أن جودة التلبيد مرتبطة بكل عملية ، فإن العامل الأكثر أهمية يتم تحديده من خلال توحيد درجة الحرارة واستقرار عملية التلبيد. لذلك ، فإن معدات التلبيد المستخدمة في قولبة الحقن بالمسحوق المعدني مطلوبة للحصول على درجة حرارة متجانسة ممتازة لتحقيق الانكماش الخواص لمنتجات MIM ، وبالتالي تقليل تشوه التلبيد وتحسين دقة المنتج ؛ فرن التلبيد مطلوب للحصول على أداء ختم جيد ، ومعدل تسرب هواء منخفض ، وضمان درجة الحرارة المطلوبة ، والضغط ، والجو لتحقيق تكثيف مادة التلبيد ؛ يلزم التحكم الدقيق في درجة الحرارة والتحكم الحساس لتحقيق إنتاج دفعي ثابت لمنتجات MIM. علاوة على ذلك ، فإن المشكلة الرئيسية في أفران التلبيد المنتجة حاليًا في الصين هي الدقة المنخفضة للتحكم في درجة الحرارة ، مما يجعل من الصعب تحديد عملية إنتاج مستقرة أثناء عملية الإنتاج. تحتل أفران التلبيد المستمر المنتجة في ألمانيا موقع الصدارة في الصناعة من حيث دقة التحكم ، ولكن هناك أيضًا عيوب. تتطلب المعدات المؤتمتة للغاية تشغيلًا موحدًا للغاية. يمكن أن يؤدي الخطأ الطفيف إلى تأخير تشغيل الجهاز بالكامل ، مما يؤدي إلى خسائر فادحة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم ربط مواد النفايات الدهنية المتولدة أثناء عملية التلبيد بإزالة الشحوم بسهولة بمكونات مختلفة في الفرن ، والتي يمكن أن يكون لها أيضًا تأثير كبير على أداء الجهاز. بشكل عام ، على الرغم من أن فرن التلبيد قد حقق أيضًا تكامل إزالة الشحوم والتلبيد ، لا تزال هناك مشاكل مثل عدم كفاية المرونة في التحكم في درجة الحرارة ، والضغط غير المستقر في قسم التسخين المسبق بين إزالة الشحوم والتلبيد ، ولا يتم النظر في جدوى التكامل مع المعالجة الحرارية اللاحقة.

باختصار ، الأهداف المثالية لمعدات التلبيد المستمرة هي:

(1) دمج العمليات الفردية التقليدية لتحقيق تكامل إزالة الشحوم والتلبيد والمعالجة الحرارية وغيرها من العمليات. يمكن أن تؤدي إضافة قسم وظيفة المعالجة الحرارية للمعالجة الحرارية للأجزاء مباشرة بعد التلبيد إلى توفير تكاليف الإنتاج بشكل كبير وتقليل دورات الإنتاج وضمان جودة الإنتاج.

(2) تحقيق تحكم مرن في درجة الحرارة ووقت بقاء المنتج في منطقة إزالة الشحوم ومنطقة التلبيد ذات درجة الحرارة العالية ، والتي يمكن أن تلبي احتياجات الإنتاج لمختلف المنتجات بمتطلبات عملية مختلفة ، وكذلك تحسين حالة تأخر الإنتاج بسبب التحكم غير المرن .

(3) تحسين التحكم في أتمتة المعدات وقدرات الضبط الذاتي ، وتحسين موثوقية تشغيل المعدات ، وتقليل كثافة العمالة لدى المشغل ، وتحسين كفاءة الإنتاج.

4. الخلاصة

بناءً على تحليل عملية صب MIM وخصائص الأجزاء المصبوبة بالحقن بالمسحوق ، من الضروري دمج العمليات الفردية التقليدية مثل إزالة الشحوم والتلبيد وحتى المعالجة اللاحقة في عملية شاملة. يتم إعطاء الهيكل وطريقة التحكم في معدات التلبيد المستمر.