[CNPIM] Quy trình ép phun kim loại sáng tạo và công nghệ khuôn liên quan

[CNPIM] Quy trình ép phun kim loại sáng tạo và công nghệ khuôn liên quan

Các quy trình được liệt kê trong bài viết này không phải là mới. Về cơ bản, nó có các ứng dụng rất trưởng thành.

Bài viết này đề cập đến nội dung các cuốn sách của Han Fenglin, nhằm mục đích kiểm kê một cách có hệ thống để các bạn hữu có nhu cầu tìm hiểu và tham khảo.

Quy trình ép phun kim loại là một công nghệ đa ngành và là một trong những quy trình đúc chính xác tiên tiến cho các bộ phận kim loại.

Quá trình ép phun kim loại đã dần được mọi người công nhận, chấp nhận và đánh giá cao. Để đạt được các yêu cầu sản xuất linh kiện phức tạp hơn, các công nghệ mới nhất trong nhiều lĩnh vực đã được đưa vào ngành MIM và đã được đổi mới mạnh mẽ. Do đó, các công nghệ mới và quy trình mới của quy trình ép phun kim loại cũng đã xuất hiện và được áp dụng để phát triển và sản xuất.

Tiếp theo, hãy kiểm kê.

1. Công nghệ ép vi kim loại（ μ- MIM）

Hệ thống vi cơ hay vi cơ điện (MEMS) là một lĩnh vực liên ngành mới được phát triển vào cuối những năm 1980, và đã được công nhận là một trong những ngành then chốt của thế kỷ 21.

Tính khả thi của vi cơ hoặc MEMS phụ thuộc vào sự tiến bộ của công nghệ vi gia công. Công nghệ đúc vi kim loại là phương pháp hiệu quả nhất để sản xuất hàng loạt các bộ phận vi kim loại hoặc gốm có độ chính xác cao và hiệu suất cao.

Công nghệ ép phun vi mô kim loại đề cập đến công nghệ xử lý sử dụng quy trình MIM để sản xuất các bộ phận kim loại hoặc gốm có kích thước micromet hoặc cấu trúc micromet. Nó thường đề cập đến các bộ phận chính xác có kích thước nhỏ hơn 1mm hoặc cấu trúc mịn micromet cục bộ.

Hiện tại, 25 ~ 50 có thể được điều chế bằng bột mịn dày μ M thích hợp, các chi tiết cấu trúc cục bộ nhỏ hơn 5 μ M. Độ nhám bề mặt là 2 ~ 3 μ M của các bộ phận kim loại hoặc gốm.

Kích thước của các bộ phận ép phun kim loại đã phát triển thành hai thái cực. Các bộ phận chính xác có kích thước micron có dung lượng thị trường và tiềm năng phát triển rất lớn. Giá trị gia tăng kỹ thuật của những bộ phận nhỏ này rất cao, chẳng hạn như ống bọc kim loại sợi quang, ống thông laze, máy khoan vi mạch in, bộ truyền động vi điện tử và các bộ phận y tế nha khoa, và giá là 4000 ~ 20000 đô la một kg.

Các sản phẩm ép phun vi mô có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong bộ truyền động, cảm biến, hàng tiêu dùng bỏ túi, vũ khí, hàng không vũ trụ, công cụ lắp ráp điện tử, máy phân tích oxy, bộ lọc và thiết bị y tế và sức khỏe.

Những trở ngại chính hạn chế sự phát triển của công nghệ ép phun vi mô là sản xuất khuôn vi mô chính xác, lấp đầy các khoảng trống hẹp và hoạt động của các bộ phận nhỏ.

Khuôn được sử dụng để sản xuất các bộ phận vi mô có độ chính xác cao như vậy chính xác hơn nhiều so với khuôn thông thường và cần nhiều loại tiền mặt khác nhau cho công nghệ xử lý tinh vi, chẳng hạn như quang khắc, tạo hình điện, vi cắt, vi chỉnh sửa, v.v. các vấn đề có thể được giải quyết tốt bằng cách sử dụng LIGA (ba chữ viết tắt của chế tạo tấm, tạo khuôn điện và ép phun của Đức) và các quy trình khác để sản xuất khuôn xốp bị mất nhựa.

Có hai cách để sản xuất khuôn xốp bị mất nhựa theo quy trình LIGA:

Một quy trình là đúc lõi khuôn nhựa PMMA, chèn lõi khuôn nhựa PMMA vào đế khuôn để ép phun kim loại trực tiếp, lõi khuôn nhựa PMMA và phần trống MIM được tách ra khỏi đế khuôn như một tổng thể và MIM một phần trống được để lại trong lõi khuôn nhựa để tẩy dầu mỡ và thiêu kết trực tiếp, trở thành quy trình sao chép một bước.

Quá trình khác là lắng đọng một lớp niken kim loại trên bề mặt của các bộ phận nhựa PMMA bằng quy trình mạ điện, sau đó bóc nhựa PMMA khỏi lớp vỏ niken, sau đó chèn lớp niken vào khuôn kim loại của quy trình đế khuôn để tạo thành Phần MIM để trống. Điều này trở thành một quá trình sao chép hai bước.

Độ chính xác của các bộ phận được hình thành bởi quy trình sao chép một bước cao, và những khó khăn trong việc tháo khuôn và vận hành các bộ phận tiếp theo được giải quyết, nhưng chi phí cao; Độ chính xác của các bộ phận được hình thành bởi quy trình sao chép hai bước giảm xuống, phù hợp cho sản xuất hàng loạt, nhưng có những khó khăn trong việc tháo khuôn và vận hành các bộ phận tiếp theo.

2. Công nghệ ép phun composite vật liệu đa thành phần

Rất khó để các bộ phận làm bằng vật liệu có thành phần hóa học đơn lẻ đáp ứng các yêu cầu đặc biệt của ngành sản xuất hiện đại để tích hợp phức tạp các chức năng của bộ phận. Các bộ phận khác nhau của một bộ phận được làm bằng các vật liệu khác nhau và đáp ứng các yêu cầu chức năng khác nhau là xu hướng phát triển của sản xuất bộ phận hiện đại.

[CMPIM] Sáng tạoép phun kim loạiquy trình và công nghệ khuôn liên quan Công nghệ ép phun hỗn hợp vật liệu đa thành phần

Công nghệ ép phun hai màu (nhiều màu) được sử dụng rộng rãi trong ngành nhựa đã được đưa vào lĩnh vực ép phun kim loại, cho phép xử lý hàng loạt và hiệu quả các vật liệu composite kim loại hoặc gốm phức tạp.

Nguyên tắc của công nghệ ép phun hợp chất là một máy phun được trang bị hai hoặc nhiều bộ thùng cùng một lúc và vật liệu phun trong mỗi bộ thùng là như nhau. Khuôn cố định của khuôn nhiều khoang có thể xoay quanh trục quay và các vật liệu phun khác nhau được bơm vào các khoang khác nhau ở mỗi vị trí. Khoảng trống tiêm ban đầu được để ở trong cùng và khuôn được mở ra sau khi làm nguội, nhưng không được tháo khuôn ngay lập tức. Sau khi khuôn cố định được xoay theo một góc nhất định, khuôn cố định được đóng lại và toàn bộ khoang mở rộng ra ngoài so với phôi phun đầu tiên, sau đó quá trình ép phun thứ hai của các vật liệu phun khác nhau được thực hiện. Mỗi phần được hình thành bằng cách tiêm nhiều lần và cuối cùng được đẩy ra.

Sự ra đời của công nghệ ép phun hỗn hợp đa thành phần có thể đáp ứng các yêu cầu tích hợp chức năng và hiệu suất của các bộ phận đơn lẻ, tiết kiệm nguyên liệu thô có giá trị và giảm chi phí.

Công nghệ composite có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như dụng cụ cắt bằng gốm hoặc cacbua được làm cứng bằng thép, vòi phun hợp kim nhôm-sắt bằng thép không gỉ được làm cứng bằng thép không gỉ, linh kiện điện tử từ tính và không từ tính, v.v.

Đối với bài viết thứ nhất và thứ hai, vui lòng tham khảo phần giới thiệu chi tiết hơn: [Công nghệ] Công nghệ ép phun kim loại mới: μ- Giới thiệu về MIM và quy trình 2C-MIM

3. Công nghệ đúc có hỗ trợ khí (lỏng)

Nguyên tắc làm việc của khuôn hỗ trợ khí (lỏng) là bơm một lượng vật liệu phun nóng chảy nhất định (phần thể tích từ 50% ~ 80%) vào khoang khuôn, sau đó bơm khí hoặc nước có áp suất từ ​​​​sự tan chảy để làm cho sản phẩm rỗng . Vật liệu phun nóng chảy mở rộng và hoàn toàn phù hợp với thành trong của khoang khuôn. Vì lõi của phần dày hơn của sản phẩm cuối cùng đã được đông đặc nên phần này rất có thể sẽ bị rỗng..

[CMPIM] Sơ đồ quy trình đúc phun kim loại sáng tạo và thiết bị đúc hỗ trợ khí công nghệ khuôn liên quan

Do thể tích thay đổi theo áp suất khiến khí nhỏ đi nhiều nên dòng nước và sự hình thành độ dày thành rỗng dễ kiểm soát hơn. Với quá trình tạo hình có sự hỗ trợ của thân khí (chất lỏng), sự tự do trong thiết kế được tăng lên và các sản phẩm có sự khác biệt về độ dày thành lớn rất dễ tạo hình; Áp suất phun có thể giảm và phân bố áp suất bên trong của sản phẩm đồng đều hơn; Sản phẩm tham gia giảm ứng suất, giảm cong vênh, xẹp lún và giảm chất lượng bề mặt; Nó có thể rút ngắn thời gian tẩy dầu mỡ, giảm tiêu thụ vật liệu và giảm trọng lượng của các bộ phận.

Công nghệ đúc có hỗ trợ khí (lỏng) đã được áp dụng thành công trong lĩnh vực đầu gôn, tay nắm cửa, thủ công mỹ nghệ, v.v., với những kết quả đáng ghi nhận.

4. Công nghệ gia công, lắp ráp phôi phun

Mặc dù độ bền của phôi phun trước khi tẩy dầu mỡ thấp hơn nhiều so với độ bền của các bộ phận kim loại thiêu kết, nhưng nó vẫn có độ bền nhất định để xử lý và cắt tỉa.

Công nghệ xử lý thêm và bớt vật liệu có thể được thực hiện để thay đổi kích thước và hình dạng của phôi. Khoảng trống tiêm trước khi tẩy dầu mỡ có thể được xử lý bằng cách cắt cổng, xử lý đường chia tay, khoan, vát cạnh và loại bỏ vật liệu khác.

Vì phôi mềm nên độ mài mòn của dụng cụ giảm đi rất nhiều. Sức mạnh của phôi yếu và dễ bị hư hỏng. Nó cần tốc độ cắt cao và tốc độ nạp liệu thấp để đáp ứng độ chính xác của kích thước gia công cuối cùng.

Quy trình lắp ráp truyền thống là kết nối các bộ phận thiêu kết, và cũng có thể kết hợp các bộ phận trống phun trước khi tẩy dầu mỡ. Hiện tại, có ba phương pháp cho quy trình lắp ráp: thứ nhất, phôi đúc ban đầu được sử dụng làm vật chèn cho lần ép phun thứ hai; Thứ hai là khuôn tổng hợp của vật liệu đa thành phần; Thứ ba, lắp ráp phôi tiêm một lần thành một tổng thể trước khi tẩy dầu mỡ.

Nếu tất cả các bộ phận trống được hình thành bằng cách ép phun các vật liệu phun giống hệt nhau, thì đặc tính co rút thiêu kết tẩy dầu mỡ phù hợp có thể đảm bảo sự kết hợp tốt của chúng; Nếu mỗi khoảng trống được tiêm bằng các vật liệu phun khác nhau, thì phải thực hiện các biện pháp để ngăn ngừa nứt và biến dạng.

Sử dụng công nghệ này có thể đơn giản hóa cấu trúc khuôn và giảm chi phí khuôn; Các chi tiết có hình dạng phức tạp hơn, khó gia công bằng công nghệ truyền thống; Hình thành các bộ phận composite với các yêu cầu về hiệu suất và chức năng khác nhau hoặc tiết kiệm nguyên liệu thô có giá trị.

5. Công nghệ chạy nóng

Khuôn ép phun chạy nóng là khuôn ép hóa rắn không chạy thực sự, và công nghệ chạy nóng là một công nghệ tiên tiến trong quy trình phun.

Thông qua công nghệ thiết kế, sản xuất và kiểm soát chính xác, vật liệu phun trong toàn bộ kênh dòng chảy luôn được giữ ở trạng thái nóng chảy, không tạo ra ngưng tụ kênh dòng chảy, tiết nước bọt và quá nhiệt, tách hoặc phân hủy vật liệu phun.

Cấu trúc của hệ thống chạy nóng chủ yếu bao gồm vòi phun chính, tấm chạy, vòi phun, các bộ phận đo nhiệt độ và gia nhiệt, các bộ phận lắp đặt và buộc chặt.

[CMPIM] Quy trình ép phun kim loại sáng tạo và công nghệ khuôn liên quan - cấu trúc đường chạy nóng

Do độ khó kỹ thuật cao, toàn bộ hệ thống chạy nóng thường được thiết kế và sản xuất bởi các công ty chuyên nghiệp. Một bộ khuôn chạy nóng phức tạp hoàn chỉnh được các doanh nghiệp khuôn ép phun có kinh nghiệm và các công ty thiết bị chạy nóng cùng thiết kế và sản xuất để đảm bảo quá trình ép phun trơn tru.

Cấu trúc khuôn của hệ thống chạy nóng rất phức tạp và chi phí cao, phù hợp cho sản xuất liên tục hàng loạt:

-Toàn bộ quá trình phun dễ dàng thực hiện điều khiển tự động hơn bằng cách sử dụng hệ thống chạy nóng mà không cần chạy cho quá trình tháo khuôn;

-Không có sự trộn lẫn vật liệu tái chế trong máy chạy, giúp cải thiện tính ổn định của quy trình sản xuất và tính đồng nhất về chất lượng của sản phẩm được sản xuất với số lượng lớn;

-Khi giảm tổn thất áp suất trong kênh dòng chảy, áp suất phun có thể giảm, làm giảm xu hướng phân tách và xuống cấp của vật liệu phun, giảm ứng suất dư của sản phẩm và giảm biến dạng;

-Thời gian giữ lâu hơn và hiệu quả hơn, giảm sự co ngót của phần phun và mật độ của từng phần đồng đều hơn;

-Nó có thể sản xuất các sản phẩm có kích thước lớn hơn, độ dày thành mỏng hơn, hình dạng phức tạp hơn và độ chính xác cao hơn;

-Kết hợp với cổng tiềm ẩn không thể sử dụng trong khuôn MIM, hiệu quả sản xuất có thể được cải thiện bằng cách giảm quá trình xử lý cổng trống;

-Tiết kiệm năng lượng và sản xuất hàng loạt có thể giảm chi phí.

6. Công nghệ gia công nhanh

Chi phí sản xuất khuôn sản xuất bình thường thường cao. Trong nhiều trường hợp, cần phải làm khuôn thử nghiệm để tìm ra các vấn đề có thể gặp phải trong toàn bộ quá trình thiết kế và sản xuất xác minh, và khuôn cuối cùng phải được sửa đổi. Để thích ứng với tình hình này, nhiều công nghệ khuôn nhanh hoặc khuôn mềm đã ra đời để chế tạo các khuôn thử nghiệm có thể đáp ứng việc sản xuất thử nghiệm hàng trăm bộ phận.

Hiện nay, hợp kim nhôm, nhựa epoxy gia cố hạt, đồng berili, thép carbon thấp, thép không gỉ và hợp kim coban đã được sử dụng để sản xuất khuôn ép kim loại mềm. Do dễ tạo hình, các hợp kim kẽm, nhôm và bismuth đôi khi được sử dụng để sản xuất khuôn mẫu thử nghiệm và nguyên mẫu.

Tuy nhiên, do dễ trầy xước và hư hỏng nên khuôn sản xuất cuối cùng sẽ sử dụng vật liệu cứng.

Đây là một công nghệ khuôn tương đối mới để chế tạo khuôn ép nhựa MIM với tuổi thọ hạn chế dựa trên nguyên lý quy trình của khuôn cao su silicon. Đổ nhựa nóng chảy xung quanh khoang của khuôn mẹ. Sau khi đông đặc và cứng lại, cắt nhựa và lấy khuôn mẹ ra. Được ép vào đế khuôn hạn chế, khuôn nhựa như vậy có thể được sử dụng để chịu được hàng trăm thử nghiệm phun áp suất thấp.

Công nghệ tạo mẫu nhanh bằng laser là một phương pháp sản xuất khuôn mẫu hoặc nguyên mẫu rất đơn giản. Nó sử dụng tích lũy tích hợp quét laser của bột nhựa hoặc kim loại để trực tiếp sản xuất khoang khuôn. Một quy trình sản xuất khuôn khác của công nghệ tạo mẫu nhanh bằng laser là sử dụng mô hình giấy hoặc nhựa xếp chồng lên nhau để sản xuất khoang khuôn bằng cách đúc chính xác hoặc tạo hình bằng điện.

Bề mặt của khuôn được sản xuất bằng các phương pháp này tương đối thô và độ chính xác thấp, không thể đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của khuôn sản xuất.

Khoang khuôn hoặc các thành phần của nó được sử dụng trong sản xuất hàng loạt rất dễ bị mài mòn. Công nghệ dụng cụ nhanh sẽ là một phương tiện công nghệ rất hiệu quả.

7. Công nghệ tạo lõi dễ nóng chảy

Đối với các bộ phận có lõi phức tạp hoặc cấu trúc đặc biệt khó tháo khuôn bằng các phương pháp thông thường, công nghệ tạo lõi dễ nóng chảy có thể giải quyết vấn đề đúc của các bộ phận đó.

Ý tưởng cơ bản của công nghệ đúc lõi nóng chảy là biến cấu trúc lõi của bộ phận phức tạp hoặc khó tháo khuôn thành phần chèn bằng nhựa, giấy, kim loại có điểm nóng chảy thấp và các vật liệu khác. Sau khi đúc và tháo khuôn, miếng chèn vẫn ở trong khuôn ép và không ra ngay lập tức. Sau đó, các phần chèn còn lại trong mẫu trống tiêm được loại bỏ trước khi thiêu kết bằng cách nấu chảy, nứt, hòa tan dung môi và các phương pháp khác.

Sử dụng phương pháp này, có thể dễ dàng thực hiện sản xuất hàng loạt các bộ phận khó hoặc không thể sản xuất trực tiếp bằng phương pháp ép phun kim loại thông thường, chẳng hạn như phần lõm bên trong xung quanh, ren mịn và ren nhỏ