Metallspritzguss-Technologie (MIM) für winzige Zahnräder

1 Mikrozahnrad-MIM-Produktionsprozess und Parameterauswahl
Experimentelle Auswahlmethode von Prozessparametern und Hauptparametern der Massenproduktion bestimmter Mikrozahnräder.
2Auswahl von Metallpulver und Bindemittel
Die Partikelgröße des im MIM-Verfahren verwendeten Metallpulvers beträgt im Allgemeinen 0,5–20 μm. Theoretisch gilt: Je feiner die Partikel, desto größer die spezifische Oberfläche, was das Formen und Sintern erleichtert. Derzeit sind die Hauptmethoden zur Herstellung von Pulver für MIM: Wasserzerstäubungsverfahren, Gaszerstäubungsverfahren und Basiswahlverfahren. Jede Methode hat ihre eigenen Vor- und Nachteile: Die Wasserzerstäubungsmethode ist das Hauptverfahren zur Pulverherstellung, das eine hohe Effizienz aufweist und bei der Massenproduktion wirtschaftlicher ist und das Pulver feiner machen kann, aber die Form ist unregelmäßig fördert die Formbeständigkeit, es ist jedoch besser, Viskose zu verwenden. Es gibt viel Bindemittel, was die Genauigkeit beeinträchtigt. Darüber hinaus behindert der durch die Hochtemperaturreaktion zwischen Wasser und Metall gebildete Oxidfilm das Sintern. Die Gaszerstäubungsmethode ist die Hauptmethode zur Herstellung von MIM-Pulver. Das daraus hergestellte Pulver ist kugelförmig, hat einen geringen Oxidationsgrad, benötigt weniger Bindemittel und ist gut formbar, aber es ist teuer und weist eine schlechte Formbeständigkeit auf. Das durch das Basiswahlverfahren hergestellte Pulver weist eine hohe Reinheit und eine extrem feine Partikelgröße auf. Es eignet sich am besten für MIM, ist jedoch auf Fe, Ni und andere Pulver beschränkt und kann die Anforderungen vieler Materialtypen nicht erfüllen. Um den Anforderungen an MIM-Pulver gerecht zu werden, haben viele Mahlunternehmen die oben genannten Methoden verbessert und Mikrozerstäubung, laminare Zerstäubung und andere Pulverisierungsmethoden entwickelt. Bei der Auswahl des Pulvers müssen die MIM-Technologie, die Produktform, die Leistung, der Preis und andere Aspekte umfassend berücksichtigt werden. Heutzutage werden wasserzerstäubtes Pulver und aerosolisiertes Pulver normalerweise in Kombination verwendet. Ersteres erhöht die Klopfdichte und letzteres sorgt für die Beibehaltung der Form. Da das Getriebe in einer korrosiven Umgebung eingesetzt wird, wird wasserzerstäubtes Edelstahlpulver 316L verwendet. Seine chemische Zusammensetzung (Massenanteil) beträgt: Cr: 17,0 %, N: 11,5 %, Mo: 2,2 %, C: maximal 0,3 %, Fe: rund 69 %. Seine physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beim MIM-Verfahren spielt das Bindemittel eine sehr wichtige Rolle. Es wirkt sich direkt auf das Mischen, Spritzgießen, Entfetten und andere Prozesse aus und hat großen Einfluss auf die Qualität, Entfettung, Maßhaltigkeit, Legierungszusammensetzung usw. des spritzgegossenen Rohlings. Zu den im MIM eingesetzten Bindemitteln zählen thermoplastische Systeme, duroplastische Systeme, wasserlösliche Systeme, Gelsysteme und Sondersysteme. Jeder von ihnen hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Das thermoplastische Bindemittelsystem ist der Hauptbestandteil und Marktführer unter den MIM-Bindemitteln, und das duroplastische Bindemittelsystem ist der Hauptbestandteil der MIM-Bindemittel. Bindemittel werden selten verwendet. Obwohl diese Art von Bindemittel eine gute Formbeständigkeit aufweist, ist es schwierig, es zu entfernen. Hierbei handelt es sich um ein thermoplastisches Bindemittel mit einer Rezeptur aus 70 % Paraffinwachs und 30 % hochdichtem Polyethylen.
3 Mischen, Granulieren und Spritzgießen
Nachdem Pulver und Bindemittel bestimmt sind, müssen diese gemischt werden. Das Mischen ist ein komplexer Prozess, um die Fließfähigkeit des Pulvers zu verbessern und die Dispersion zu vervollständigen. Zu den häufig verwendeten Mischgeräten gehören Doppelschneckenextruder, Z-förmige Impellermischer, Doppelplanetenmischer usw., und kontinuierliche Mischverfahren werden derzeit entwickelt. Die Zufuhrgeschwindigkeit, die Mischtemperatur, die Rotationsgeschwindigkeit usw. während des Mischens wirken sich alle auf den Mischeffekt aus. Dabei werden Pulver und Bindemittel auf einem Doppelplanetenmischer bei einer Beladungsmenge (Volumenanteil) von 63:37 1,5 Stunden lang gemischt. Die Mischtemperatur beträgt 130 ± 10 °C. Das Pulver und das Bindemittel werden vollständig gemischt und dann auf einem einzigen Planetenmischer gemischt. Die Granulierung erfolgt auf einem Schneckenextruder. Die Granulierungstemperatur beträgt 130–150 °C und die Schneckenrotationsgeschwindigkeit beträgt 40 U/min. Verwenden Sie zum Spritzgießen die Spritzgießmaschine TMC60EV. Eines der Hauptthemen beim Spritzgießen sind verschiedene Formen im Zusammenhang mit dem Spritzgießen, einschließlich Produktdesign und Formenbau. Obwohl die derzeit produzierten Produkte zwischen 0,003 g und 200 g liegen können und bei der Verbesserung der Genauigkeit wichtige Fortschritte erzielt wurden, basieren die meisten Entwürfe, insbesondere die Formkonstruktion, auf Erfahrung, es mangelt an zuverlässigen Konstruktionskenntnissen und CAD-Systeme lassen sich nur schwer gut anwenden . MIM. Die Prinzipien von Kunststoffformen wurden genutzt, um MIM-Formen schrittweise zu standardisieren. Mit der Ansammlung von Erfahrung wird die Zeit für die Formenkonstruktion und -produktion erheblich verkürzt. Um die Einspritzeffizienz zu verbessern, sollten so weit wie möglich Formen mit mehreren Kavitäten verwendet werden.
Der Zweck des Spritzgießens besteht darin, einen fehlerfreien geformten Rohling mit der gewünschten Form zu erhalten. Einspritzfehler können in Folgeprozessen nicht beseitigt werden, daher muss dieser Schritt streng kontrolliert werden. Mithilfe der Ultraschallprüftechnik lassen sich innere Fehler in Spritzgussrohlingen erkennen. Mängelkontrolle imDie Einspritzstufe basiert derzeit überwiegend auf Erfahrungswerten. Mit der Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie ist die Verwendung von Computern zur Simulation des Füllvorgangs der Spritzgussform und deren Verknüpfung mit der Zuführleistung zur Optimierung der Parameter der Einspritzbedingungen und zur Beseitigung von Einspritzfehlern derzeit eine fortschrittliche experimentelle Methode und auch ein zukünftiger Entwicklungstrend. Es gibt Berichte im Ausland, dass Moldflow auf die MIM-Injektionsprozessanalyse angewendet wurde und gute Ergebnisse erzielte. Wir haben auch versucht, diese Technologie anzuwenden, stellten jedoch fest, dass die Simulationsergebnisse nicht gut mit den experimentellen Ergebnissen übereinstimmten. Dieser Aspekt bedarf noch weiterer Forschung.
4 Entfetten und Vorsintern
Bei der Entfettungsmethode handelt es sich um eine thermische Entfettung. Der thermische Entfettungsprozess sollte sinnvollerweise auf der Grundlage der thermischen Zersetzungseigenschaften der Bindemittelkomponenten bestimmt werden. Gleichzeitig sollen Blasenbildung, Rissbildung und andere Defekte im Entfettungsrohling aufgrund einer zu hohen Entfettungsgeschwindigkeit verhindert werden. Da Edelstahlpulver sehr empfindlich auf den Kohlenstoffgehalt reagiert, muss eine reduzierende Atmosphäre gewählt werden, um zu verhindern, dass Kohlenstoffrückstände durch die Zersetzung des Bindemittels zersetzt werden. Im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 200°C wird Paraffin hauptsächlich zersetzt. In diesem Prozess ist das Bindemittel Paraffin die wichtigste Komponente. Um Paraffin erfolgreich zu entfernen, sollte die Aufheizrate im Allgemeinen unter 1 °C/min liegen. Im Entfettungsofen dieses Prozesses herrscht eine Wasserstoffatmosphäre. Die Entfettungstemperatur liegt unter 200 °C und die Erwärmung erfolgt mit einer Heizrate von 0,8 °C/min. Wenn die Temperatur 200 °C erreicht, wird sie 1,5 Stunden lang gehalten und dann für Haltestunden mit einer Geschwindigkeit von 1,5 °C/Minute auf 450 °C erhöht. , um die Bindemittelpolymerkomponente aus hochdichtem Polyethylen zu entfernen und verbundene Löcher zu bilden. Nach 450 °C die Temperatur schnell mit einer Geschwindigkeit von 4 °C/min auf 800 °C erhöhen und anschließend 45 Minuten lang warm halten, um die Polymerkomponente im Bindemittel vollständig zu zersetzen und die Entfettung und Vorsinterung des Rohlings abzuschließen.
5 Sintern
Das Sintern erfolgt in einem Vakuumsinterofen mit einem Vakuumgrad von 0,1 Pa.
Der Sinterprozess ist: Beginnen Sie mit einer Temperaturanstiegsrate von 4℃/min auf 1000℃, halten Sie sie 45 Minuten lang, und erhöhen Sie sie dann schnell auf eine Sintertemperatur von 1380 ±10(℃) bei 6℃/min, halten Sie sie 45 Minuten lang. und dann mit dem Ofen auf Raumtemperatur abkühlen. Die Sintertemperatur sollte möglichst stabil sein. Die Sintertemperatur schwankt um mehrere zehn Grad Celsius, was dazu führen kann, dass die Sinterdichte um 10 % schwankt und die Schrumpfrate sich um 3 % ändert.
Maßhaltigkeit und mechanische Eigenschaften des Endprodukts:
Für die fertigen Teile (wie in Abbildung 3 dargestellt) wurden metallografische Analysen und Tests der mechanischen Eigenschaften an den zusammen mit den Teilen hergestellten Standardproben durchgeführt. Die metallografische Struktur des Teils ist reiner Austenit und die Testergebnisse zu den mechanischen Eigenschaften: Streckgrenze beträgt 220 MPa, Zugfestigkeit beträgt 510 MPa und Dehnung beträgt 45 %.
Nehmen Sie 10 beliebige Stücke und messen Sie die durchschnittliche Dichte auf 98,8 % der theoretischen Dichte. Es erreicht im Wesentlichen die theoretischen Leistungsindikatoren und erfüllt die Nutzungsanforderungen. Struktur und Größe entsprechen den Genauigkeitsanforderungen und es ist keine Bearbeitung erforderlich.