Презентация по технологии PIM
advertisement
Powder Injection Moulding Литье порошковых смесей (PIM) Литье порошковых смесей (PIM) Содержание • Определение PIM • Схема процесса • Порошок • Связующее • Смесь • Процесс литья под давлением • Удаление связующего • Спекание • Дизайн Battenfeld Injection Molding изделий Литье порошковых смесей Типы PIM PIM MIM Литье металлический порошковых смесей Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей CIM Литье керамических порошковых смесей Литье порошковых смесей Преимущества PIM • Производство изделий со сложной формой • Высокая повторяемость изделий и низкая себестоимость при массовом производстве • Высокое качество изделий • Чистое, практически безотходное производство Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Схема процесса Feedstock Feedstock Порошок Порошок Связующее Связующее Смешивание Смешивание Грануляция Грануляция (международное (международное обозначение обозначение гранулированной гранулированной смеси смеси порошка и связующего) порошка и связующего) Литье под давлением «Зеленый» «Зеленый» компонент компонент Удаление Удаление связующего связующего «Коричневый» «Коричневый» компонент компонент Готовое Готовое изделие изделие Battenfeld Injection Molding Спекание Спекание Литье порошковых смесей Схема процесса Термопластавтомат Удаление связующего Толщинометр Весы Печь для спекания Сушка Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Особенность процесса PIM • Высокая усадка (около 15%) • Дегомогонизация (расслоение фаз) смеси при сильной скорости потока во время впрыска в формообразующую полость (Jetting) • Высокая теплопроводность • Разделения порошка и связующего • Многостадийность процесса • Высокие абразивные свойства Итого: более сложный процесс чем литье пластмасс Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Типы материалов используемые для PIM •Металлы Сплавы на основе железа • Стали (316L, 42 CrMo 4,...) • Твердые материалы (WC/Co) • Металлы (Титан, Фольфрам) • •«Керамика» Al2O3, ZrO2 • SiC, SiN, AlN • Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Типы порошков применяемые в PIM • Порошки измельченные газом • Порошки измельченные водой • Приготовленные химическим путем • Приготовленные механическим путем Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Измельчение порошка газом и водой Измельчение водой Battenfeld Injection Molding Измельчение газом Литье порошковый смесей Порошки приготовленные химическим путем, в том числе твердые металлы и керамика Вольфрамовый порошок Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Типы связующих • Полиолефины / смеси с добавлением воска • Термопласты • Прочее: Реактопласты, Агар, ... Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Требования к связующему • Низкая вязкость • Высокая адгезия к порошку • Термическая и химическая стабильность • Высокая устойчивость в составе «зеленого» компонента • Отсутствие адгезии к поверхностям шнека и п/ф • Возможность простого и полного удаления • Низкий процент остатков после удаление из изделия Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Смешивание Качественное смешивание достигается при использовании оборудования с высокой перемешивающей способностью, в том числе: Двухшнековые экструдера Battenfeld Injection Molding Вальцовые экструдера Литье порошковых смесей Процесс впрыска 1 П/ф 2 Изделие 3 Формующая полость 4 П/ф 5 Сопло 6 Нагреватели 7 Материальный цилиндр 8 Шнек 9 Бункер Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Процесс впрыска Фронт течения материала Направление течения расплава Направление теплового потока Battenfeld Injection Molding Стенки формующей полости Застывший слой Расплав Литье порошковых смесей Процесс впрыска Симуляция фазы заполнения W-Cu Al2O3 Источник:ARCS Battenfeld Injection Molding Источник: ARCS (PIM solver) Литье порошковых изделий Процесс впрыска Симуляция фазы заполнения tF=0.01s tF=0.06s Battenfeld Injection Molding tF=0.02s tF=0.08s tF=0.04s tF=0.15s Литье порошковых смесей Процесс впрыска Симуляция фазы заполнения Viscosity / Pa*s 1E+4 1E+3 200°C, 316LA, slit die, H=2 mm 200°C, 316LA, slit die, H=1 mm capillary, D=1 mm 200°C, 316LS, Runddьse, D=1 mm 1E+2 1E+0 Battenfeld Injection Molding 1E+1 1E+2 Rate Sweep / s -1 1E+3 Литье порошковых смесей Процесс впрыска Симуляция фазы заполнения позиция датчика давления, установленного на машине Catamold 316LA время, сек: 0,55 Battenfeld Injection Molding 0,67 0,69 0,75 Изучение заполнения п/ф при помощи Moldflow Plastics InsightTM Литье порошковых смесей Процесс литья Симуляция фазы заполнения КАКУЮ ПРАКТИЧЕСКУЮ ИНФОРМАЦИЮ МОЖНО ПОЛУЧИТЬ ? 3D-flow симуляция при помощи Moldflow Plastics InsightTM (MPITM) - Аппроксимация течения гомогенного однофазного расплава - Оценка возможности появления эффекта дегомогонизации – расслоения фаз порошка и связующего - Оценка вероятности появления линии стыка ЧТО ЯВЛЯЕТСЯ НЕПРАКТИЧНЫМ? Моделирование мультифазного потока - Моделирования течения частиц - Моделирование механизма разделения фаз (на разделение фаз влияют – геометрия, материал и условия процесса) Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Полностью электрический ТПА для PIM • Модуль автоматизации • Battenfeld Injection Molding Изделие выкладывается на лоток для спекания Литье порошковых смесей Оборудования для PIM Традиционный PIM Специальный процесс и высокая точность Микролитье Battenfeld Injection Molding Литье порошковых изделий Требования к оборудованию • Износостойкий шнек и материальный цилиндр • Специальная геометрия шнека зависящая от “Feedstock” • Автоматизация съема изделий – из-за высокой хрупкости «зеленый» компонент не должен выпадать из пресс-формы • Специальных бункер - плотность Feedstock в несколько раз выше плотности обычных пластиков • Статистический контроль и специальный контроль качества • Специальный температурный контроль зоны загрузки • Опционально: возможность выталкивания при открытой двери оператора Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Характеристики оборудования Следствие высокой абразивности материала <-- Бункер Направление потока --> Износ шнека в процессе MIM (длительность эксплуатации ~ 1 год) Battenfeld Injection Molding Литье порошковых изделий Характеристики оборудования Механизм износа Зона загрузки Зона транспорт. Расплав (твердые гран.) (твердые гран. (вязкотекучее состояние) + высокая вязкость потока) Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Характеристики оборудования Сравнение сталей с разними степенями сопротивления абразивным материалам Обычная сталь Battenfeld Injection Molding Специальная высокосортная сталь Высокая износостойкость Литье порошковых смесей Характеристики оборудования Электрические или жидкостные нагреватели Периодические температурные скачки приводят к непостоянному давлению в полости пресс-формы => для низкотемпературных (<100°C) связующих систем рекомендуются жидкостные нагреватели 600 Давление, бар 500 400 300 аавв в 200 100 0 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 Номер впрыска Battenfeld Injection Molding Max. Давление в п/ф Переключение высок. давления Max. Давление Впрыска Литье порошковых смесей Удаление связующего Тип процесса примерное время Термическим путем 10 - 30 ч При помощи катализатора 2-6ч При помощи растворителя 2-3ч Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Удаление связующего Поверхность изделия Газ Открытые поры Battenfeld Injection Molding Порошок Связующее Литье порошковых смесей Влияние размера частиц на процесс заполнения полости пресс-формы d90 < 30 μm d90 < 11 μm Параметр d90 означает средний радиус 90% частиц Battenfeld Injection Molding (Источник: IFWT, Vienna; IMM, Mainz) Литье порошковых смесей Температурная кривая в процессе спекания Температура [°C] 1500 1000 500 0 0 200 400 600 800 Время [мин] Железо, Железо-Никелевый сплав Battenfeld Injection Molding Сталь Литье порошковых смесей Процесс спекания В процессе спекание происходит не полное расплавление а коагуляция частиц т.е. уменьшение общей поверхности частиц Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Изделие после спекания Catamold 316LS, d90 < 11 μm (Источник: IFWT, Vienna; IMM, Mainz) Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Структура материала после спекания Материал: Сталь марки 316L Параметры спекания: - 2часа - 1360°C при H2 Battenfeld Injection Molding Литье порошковых материалов Допуски Допуски для изделий Параметр Основные размеры Размеры Вес Диаметр отверстий Расстояние между внутренними секциями Углы Отклонения по плоскости Параллельность Цилиндричность Прямоугольность Шероховатость Плотность Battenfeld Injection Molding Среднее значение Макс. значение 0,1 мм 0,3% 0,4% 0,1% 0,3% 0,04 мм 0,05% 0,1% 0,04% 0,1% 2° 0,2% 0,3% 0,3% 0,2% / 0,3° 0,3 μм 1% 0,1° 0,1% 0,2% 0,3% 0,1% / 0,1° 0,01 μм 0,2% Литье порошковых смесей Интегрирование элементов сложной формы в одном изделии Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Правила проектирования Избегайте излишков материала Правильно Неправильно Наружная резьба со вспомогательным каналом Вспомогательный канал плоские боковые стены Массивные части Утяжины Сокращайте толщину стенки для экономии материала и денег Battenfeld Injection Molding Литье порошковых изделий Особенности дизайна пресс-формы • Высокая износостойкость • Каналы большого диаметра и закругленной формы для предотвращение расслоения смеси • Съем изделий роботом или вручную Основные рекомендации при проектировании Battenfeld Injection Molding Угол уклона 0,5° - 2° Толщина стенки 1,3 – 6,5 мм Ребра жесткости 0,5 – 0,7 от толщины стенки Наружные скругления 0,4 – 0,8 мм Литье порошковых смесей Пример дегомогонизации порошка и связующего Избыток связующего Избыток порошка Избыток связующего Battenfeld Injection Molding Литье порошковых изделий Система каналов в п/ф Закругленные углы – высокое качество изделий Резкие углы – расслоение фаз порошка и связующего Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Металлические изделия высокой прочности Изделия с микроточностью • • Нормальный размер Высочайшая точность (микронные допуски) Головка фрезы для обработки твердых сплавов (Источник: Seco Tools AB) Battenfeld Injection Molding Полностью электрический ТПА для обеспечения высокой точности и повторяемости 3-σ объем: Объем впрыска: ±0,002 cm3 Допуски при спекании: ±0,005 mm (±0,01%) Литье порошковых смесей Образцы изделий Источник: Fa. Schunk Sintermetall GmbH Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Образца изделий Источник: Schunk Sintermetall GmbH Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Повреждения во время выталкивания Данный тип повреждений можно избежать использую специальную систему съема (Источник: IFWT, Vienna; IMM, Mainz) Battenfeld Injection Molding Литье порошковых смесей Типы дефектов Battenfeld Injection Molding Many thanks for your attention Благодарим за ваше внимание More information under www.battenfeld-imt.com Для более подробной информации посетите наш сайт www.battenfeld-imt.com
