Phát triển thiết bị ép phun bột kim loại

Phát triển thiết bị ép phun bột kim loại

khuôn ép kim loại(MIM) là lĩnh vực phát triển nhanh nhất trong ngành luyện kim bột và công nghiệp trong những năm gần đây. Đây là một công nghệ đúc gần lưới luyện kim bột mới được hình thành bằng cách kết hợp công nghệ ép phun nhựa tiên tiến hiện đại với công nghệ luyện kim bột truyền thống.

1, Công nghệ đúc MIM

Quy trình cơ bản của MIM là trộn đều kim loại mịn hoặc bột gốm với chất kết dính hữu cơ để tạo thành vật liệu lưu biến, đưa máy phun tiên tiến vào khoang khuôn có hình dạng của một bộ phận để tạo thành phôi và sử dụng công nghệ mới để loại bỏ chất kết dính và thiêu kết nó để làm cho nó có độ đậm đặc cao thành sản phẩm. Nếu cần thiết, quá trình hậu kỳ cũng có thể được thực hiện. “Công nghệ IHI không chỉ có những ưu điểm của công nghệ luyện kim bột thông thường như hiệu quả sản xuất cao, độ đồng nhất của sản phẩm tốt, ít hoặc không cắt gọt, hiệu quả kinh tế mà còn khắc phục được những nhược điểm của sản phẩm luyện kim bột truyền thống như tỷ trọng thấp, vật liệu không đồng đều. , tính chất cơ học thấp và khó tạo thành các bộ phận phức tạp có thành mỏng. Nó đặc biệt thích hợp để sản xuất và gia công số lượng lớn, kích thước nhỏ, phức tạp và các thành phần kim loại có yêu cầu đặc biệt." Kể từ khi công nghiệp hóa quy trình công nghệ này vào giữa-1980s, nó đã đạt được sự phát triển nhanh chóng. Các sản phẩm ép phun đã được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thông tin máy tính, ô tô và xe máy, thiết bị y tế và sức khỏe, đồ gia dụng, thiết bị đo đạc, sản xuất máy móc, kỹ thuật hóa học, dệt may, công nghiệp quốc phòng và quân sự, và các lĩnh vực khác. Cho đến nay, hàng trăm công ty ở hơn 20 quốc gia và khu vực đã tham gia vào việc phát triển sản phẩm, nghiên cứu và bán công nghệ xử lý này. Do đó, công nghệ ép phun bột đã trở thành lĩnh vực công nghệ tiên tiến được phát triển tích cực nhất trong ngành sản xuất mới, được gọi là công nghệ tiên phong trong lĩnh vực luyện kim bột của thế giới, đại diện cho hướng phát triển chính của công nghệ luyện kim bột.

Các đặc điểm chính của quá trình này như sau:

(1) Công nghệ xử lý này sử dụng máy ép phun để bơm các khoảng trống của sản phẩm để đảm bảo vật liệu lấp đầy hoàn toàn khoang khuôn, đảm bảo hiện thực hóa cấu trúc phức tạp của bộ phận. Điều này là không thể so sánh với công nghệ gia công cơ khí truyền thống và luyện kim bột thông thường, và là nền tảng vững chắc cho sự phát triển của công nghệ ép phun.

(2) Các sản phẩm ép phun có độ chính xác về kích thước cao và các quy trình ép phun có thể trực tiếp đúc các thành phần kết cấu phức tạp và thành mỏng. Hình dạng của sản phẩm đã có thể đáp ứng hoặc tiếp cận các yêu cầu của sản phẩm cuối cùng và sản phẩm không yêu cầu xử lý thứ cấp hoặc chỉ một vài quy trình hoàn thiện. Dung sai kích thước của các bộ phận thường được duy trì ở khoảng ± 0.1 phần trăm đến ± 0.3 phần trăm . Đặc biệt là để giảm chi phí xử lý các hợp kim cứng khó gia công và giảm tổn thất xử lý kim loại quý, điều này đặc biệt quan trọng.

(3) So với các quy trình ép bột truyền thống, các sản phẩm đúc phun có cấu trúc vi mô đồng nhất, mật độ cao và hiệu suất tốt.

2, Sự cần thiết của thiết bị thiêu kết liên tục

Với sự công nghiệp hóa quy mô lớn của công nghệ MIM, thiết bị sản xuất chung và các thiết bị ép phun kim loại chuyên dụng khác nhau trong ngành luyện kim bột và ép phun truyền thống đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp ép phun kim loại. Việc cải thiện các yêu cầu của doanh nghiệp về hiệu quả sản xuất công nghiệp, tự động hóa thiết bị, tính liên tục của quá trình xử lý và hiệu suất của thiết bị đã thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa khuôn ép kim loại. Sự phát triển toàn diện của ngành MIM đòi hỏi nhiều thiết bị sản xuất hơn để nâng cao hiệu quả sản xuất của doanh nghiệp. Lựa chọn chính xác và làm chủ các thiết bị khác nhau trong quy trình sản xuất MIM có thể nâng cao chất lượng sản phẩm, sản lượng và năng suất lao động, đẩy nhanh sự phát triển của công nghiệp hóa.

Hiện tại, quy trình trộn chủ yếu sử dụng máy trộn hành tinh đôi truyền thống, máy đùn trục vít đơn, máy đùn pít-tông, máy đùn trục vít đôi, máy trộn bánh xe lệch tâm và máy trộn cánh quạt hình chữ z, có thể đảm bảo tính đồng nhất và hiệu quả của quá trình trộn.

Quá trình phun cũng có thể sử dụng các thiết bị phun truyền thống, chẳng hạn như máy ép phun vòng kép, máy phun mẫu kép, máy phun ít thanh, máy phun hoàn toàn tự động, máy ép phun động điện từ, v.v., có thể đáp ứng tốt hơn các yêu cầu kỹ thuật của điền.

Đối với quy trình tẩy dầu mỡ, vì tẩy dầu mỡ là một lĩnh vực chưa từng được tham gia trước đây trong ngành công nghiệp liên quan, nên nguyên tắc của nó là: với tiền đề đảm bảo rằng các bộ phận thu được bằng phương pháp ép phun không bị biến dạng, các thành phần khác nhau trong chất kết dính dần dần thay đổi thành các chất khí hoặc chất lỏng với sự gia tăng nhiệt độ, sử dụng nguyên tắc thay đổi vật lý và hóa học liên tục, để loại bỏ phôi ép phun, để đạt được mục đích loại bỏ chất kết dính. Do đó, vị trí của quy trình này trong toàn bộ công nghệ MIM là đặc biệt và quan trọng. Các bộ phận được tẩy dầu mỡ hầu như không có độ bền và một rung động nhẹ có thể gây hư hỏng cho các bộ phận. Đồng thời, xem xét các giai đoạn tẩy dầu mỡ và thiêu kết để giảm thiểu lãng phí năng lượng do làm nóng các bộ phận lặp đi lặp lại và xem xét tích hợp các quy trình đơn lẻ truyền thống như tẩy dầu mỡ, thiêu kết và xử lý nhiệt thành một quy trình toàn diện. Điều này có thể làm giảm các yếu tố không chắc chắn trong sản xuất, cải thiện chất lượng của các bộ phận đúc và cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất.

Khái niệm về thiết bị thiêu kết liên tục ra đời cùng với sự ra đời của các quy trình toàn diện. Để không đánh bại Trung Quốc trong cuộc cạnh tranh quốc tế khốc liệt và chiếm vị trí hàng đầu trong ngành quốc tế, cần tích cực phát triển công nghệ MIM, đặc biệt là tích hợp và tích hợp các quy trình đơn lẻ truyền thống để tạo thành các quy trình tích hợp hiệu quả, đồng thời thực hiện nghiên cứu và phát triển thiết bị xử lý tích hợp càng sớm càng tốt.

3, Thiết bị thiêu kết liên tục và công nghệ điều khiển của nó

Một số lượng lớn các nghiên cứu tẩy dầu mỡ nhiệt đã chỉ ra rằng chìa khóa của tẩy dầu mỡ nhiệt là kiểm soát nhiệt độ tẩy dầu mỡ ở giai đoạn nhiệt độ thấp (150 ~ 350 phần trăm) và tăng nhiệt độ từ từ (1 ~ C / phút), mà không tạo ra biến dạng hoặc khiếm khuyết. Do đó, cần đảm bảo rằng một lò tẩy dầu mỡ thực sự có nhiệt độ ổn định và đồng đều tốt. So với tẩy dầu mỡ bằng nhiệt trong khí quyển, tẩy dầu mỡ bằng nhiệt chân không có áp suất chân không thấp hơn, điều này có lợi cho sự bay hơi của chất kết dính và loại bỏ các sản phẩm phân hủy. Do đó, tốc độ tẩy dầu mỡ cao hơn so với tẩy dầu mỡ nhiệt khí quyển dưới áp suất bình thường. Do đặc điểm này, có sự khác biệt đáng kể giữa tẩy dầu mỡ MIM và các quy trình liên quan khác. Một số nhãn hiệu thiết bị thiêu kết liên tục trên thị trường được giới thiệu.

Có hai loại lò thiêu kết về hoạt động: dọc và ngang. Nhược điểm của lò thiêu kết thẳng đứng là chúng có xu hướng rất không đồng đều về nhiệt độ khi có khí quyển; Ngoài ra còn có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu cong của thân lưu trữ của lò thiêu kết nằm ngang và nhiệt độ bên trong, điều này làm giảm đáng kể chất lượng của sản phẩm thiêu kết.

Lò tích hợp tẩy dầu mỡ và thiêu kết bao gồm sáu phần sau: hệ thống chụp, hệ thống chân không, hệ thống lạm phát, hệ thống tuần hoàn bên ngoài, bộ phận điều khiển điện và bộ phận điều khiển chân không. Thân lò sử dụng cấu trúc làm mát bằng nước kiểu sandwich, và lớp lót lò bao gồm một tấm cách nhiệt bên ngoài bằng thép không gỉ nhỏ, một tấm chăn zirconium, một bộ phận làm nóng và một tấm cách nhiệt bên trong bằng thép không gỉ chịu nhiệt độ cao từ trong ra ngoài . Tấm chắn nhiệt bên trong có thể ngăn chất béo thoát ra các bộ phận khác của thân lò, thuận tiện cho việc vệ sinh. Lò sử dụng cửa kín bên trong, có thể ngăn chặn hiệu quả sự mất nhiệt và thoát chất béo. Hệ thống bẫy bao gồm một bẫy đĩa làm mát bằng nước nhiều tầng, bể tẩy dầu mỡ, bộ lọc nhiều tầng và van khởi động. Các chất lipid có thể chảy trơn tru vào bể tẩy dầu mỡ. Hệ thống chân không bao gồm một hệ thống chân không hai giai đoạn. Bơm chân không cánh quạt quay và bơm Roots có thể được lựa chọn và sử dụng tùy theo vật liệu sản phẩm và mức độ chân không cần thiết để tẩy dầu mỡ. Hệ thống lạm phát có thể được đập vỡ thông qua ba vòng quay thủy tinh trên lưu lượng kế để đạt được sự điều chỉnh lưu lượng rộng. Hệ thống tuần hoàn bên ngoài bao gồm các quạt kín và bộ trao đổi nhiệt, cho phép làm mát nhanh chóng. Hệ thống điều khiển điện bao gồm hệ thống điều khiển nhiệt độ lò, hệ thống điều khiển chân không, hệ thống kiểm soát lạm phát và hệ thống tuần hoàn làm mát. Nhiệt độ thực tế được đo bằng cặp nhiệt điện và được so sánh với nhiệt độ cài đặt, đồng thời công suất sưởi ấm hiện tại và thiết bị được thay đổi để đạt được sự kiểm soát nhiệt độ, cho phép ba vùng sưởi ấm tăng đồng thời. Trong quá trình vận hành, quá trình tẩy dầu mỡ nhiệt chân không liên tục đưa ra khí bảo vệ, tạo thành chênh lệch áp suất nhỏ giữa lò bên trong và bên ngoài, đạt được dòng khí một chiều, tránh ô nhiễm lipid của thân đốt nóng một cách hiệu quả và biến dạng lò bên trong do chênh lệch nhiệt độ quá mức, Với sự phát triển không ngừng của công nghệ ép phun kim loại, trình độ kỹ thuật tẩy dầu mỡ ngày càng rộng, với việc Đức phát triển công nghệ tẩy dầu mỡ xúc tác nhanh chóng. Công nghệ này đòi hỏi yêu cầu cao đối với lò tẩy dầu mỡ, cần có thiết bị tẩy dầu mỡ chịu axit chuyên dụng, vấn đề môi trường cần được quan tâm khi thiết kế lò. Độ bền của các chi tiết sau khi tẩy dầu mỡ bằng công nghệ này rất thấp và dễ bị hư hỏng (thực tế độ bền của các chi tiết được tẩy dầu mỡ đều không cao); Và trước khi thiêu kết, sẽ luôn có những gai dính còn lại trong khoảng trống. Trong trường hợp này, việc giảm các mắt xích trung gian của sản phẩm đóng vai trò rất quan trọng trong việc nâng cao năng suất sản phẩm.

Để đạt được hoạt động thực sự liên tục giữa quá trình loại bỏ chất kết dính, loại bỏ chất kết dính còn lại và quy trình thiêu kết, Đức đã phát triển hệ thống thiêu kết và khử liên kết xúc tác MIM-MASTER. Hệ thống này bao gồm một phần khử liên kết xúc tác, một phần thiêu kết liên tục và các thiết bị phụ trợ, bao gồm đốt khí thải, thiết bị sấy đối lưu khí, băng chuyền vòng, hệ thống phun axit, tủ điều khiển điện và hệ thống điều khiển toàn bộ quá trình (PIC). Phần tẩy dầu mỡ xúc tác liên tục được thiết kế theo cấu trúc đai lưới muffle sử dụng các bộ phận gia nhiệt Ni-Cr. Các bộ phận đúc phun kim loại được đặt trên băng tải và được làm nóng đến một nhiệt độ nhất định trong vùng gia nhiệt trước, để axit không ngưng tụ trên phôi khi đi qua băng tải. Khi đi qua đai khử liên kết, phần trên sẽ loại bỏ chất kết dính dưới tác dụng của khí mang (thường là nitơ) và chất xúc tác (axit nitric thường được sử dụng). Hướng dòng chảy của khí quyển trong lò rất quan trọng. Trong vùng sấy sơ bộ, hướng dòng chảy của khí quyển giống như hướng chuyển động của phôi cho đến khi nó đi vào buồng đốt khí thải. Trong quá trình tháo đai dính, hướng dòng chảy của khí quyển trong lò ngược với hướng chuyển động của phôi, đảm bảo rằng các bộ phận đã loại bỏ chất kết dính về cơ bản có thể gặp phải nồng độ axit cao nhất. Kích thước thiết bị đốt của lò này có thể nhỏ hơn kích thước của lò đốt có cùng tốc độ sản xuất, vì khí thải được tạo ra liên tục ở giữa toàn bộ quá trình loại bỏ và một lượng lớn khí thải sẽ không được thải ra. được tạo ra trong một khoảng thời gian nhất định, như trong một lò nung. Thiết bị đốt được thiết kế theo cấu trúc hai giai đoạn: trong giai đoạn đầu tiên, khí nhiên liệu, chẳng hạn như khí tự nhiên, được sử dụng để tương tác với formaldehyde (một trong những thành phần của khí thải) để đốt cháy trong điều kiện không đủ oxy, Khử oxit nitơ và axit nitric dư; Trong giai đoạn thứ hai, lượng formaldehyde và khí nhiên liệu còn lại được trộn với không khí dư thừa và được đốt cháy hoàn toàn để tạo ra carbon dioxide và nước. Sau khi đi qua lò tẩy dầu mỡ, các bộ phận đúc phun kim loại được đưa vào lò thiêu kết liên tục thông qua một băng tải ngang kín. Trong quá trình loại bỏ chất kết dính và thiêu kết còn sót lại, các bộ phận phải tránh rung động, do đó, cấu trúc truyền dẫn chùm đi bộ được thiết kế đặc biệt được sử dụng. Phần thiêu kết chủ yếu được chia thành ba giai đoạn: làm nóng, thiêu kết và làm mát. Bộ phận gia nhiệt có nhiệm vụ loại bỏ keo còn sót lại và nung sơ bộ. Cuộn dây Ni-cr được sử dụng làm bộ phận làm nóng, với nhiệt độ tối đa chung là 800 độ. Đai thiêu kết mang chức năng thiêu kết chính và bộ phận làm nóng là dây, với nhiệt độ tối đa lên tới l600oC. Các bộ phận đúc phun bột kim loại được thiêu kết trong môi trường trơ ​​hoặc khí quyển khử, và khí thải sinh ra trong quá trình sản xuất được thải ra sau quá trình đốt cháy thông qua ống xả nằm trong khu dân cư. Đai làm mát được thiết kế như một cấu trúc làm mát bằng nước hai bức tường, tốc độ và nhiệt độ dòng nước làm mát có thể được điều chỉnh bằng tay.

Mặc dù chất lượng thiêu kết có liên quan đến từng quá trình, nhưng yếu tố quan trọng nhất được xác định bởi tính đồng nhất của nhiệt độ và sự ổn định của quá trình thiêu kết. Do đó, thiết bị thiêu kết được sử dụng để ép phun bột kim loại cần phải có độ đồng đều nhiệt độ tuyệt vời để đạt được độ co đẳng hướng của các sản phẩm MIM, do đó làm giảm biến dạng thiêu kết và cải thiện độ chính xác của sản phẩm; Lò thiêu kết được yêu cầu phải có hiệu suất bịt kín tốt, tỷ lệ rò rỉ không khí thấp và đảm bảo nhiệt độ, áp suất và khí quyển cần thiết để đạt được độ đặc của vật liệu thiêu kết; Nhiệt độ chính xác và kiểm soát nhạy cảm là cần thiết để đạt được sản xuất hàng loạt sản phẩm MIM ổn định. Hơn nữa, vấn đề chính của các lò thiêu kết hiện được sản xuất tại Trung Quốc là độ chính xác thấp của việc kiểm soát nhiệt độ, điều này gây khó khăn cho việc xác định quy trình sản xuất ổn định trong quá trình sản xuất. Lò thiêu kết liên tục được sản xuất tại Đức dẫn đầu ngành về độ chính xác điều khiển, nhưng cũng có những nhược điểm. Thiết bị tự động hóa cao đòi hỏi hoạt động rất chuẩn hóa. Một lỗi nhỏ có thể làm đình trệ hoạt động của toàn bộ thiết bị, dẫn đến tổn thất lớn. Ngoài ra, các chất thải lipid được tạo ra trong quá trình thiêu kết tẩy dầu mỡ dễ dàng gắn vào các bộ phận khác nhau trong lò, điều này cũng có thể tác động đáng kể đến hiệu suất của thiết bị. Nhìn chung, mặc dù lò thiêu kết cũng đã đạt được sự tích hợp của tẩy dầu mỡ và thiêu kết, nhưng vẫn còn những vấn đề như không đủ linh hoạt trong kiểm soát nhiệt độ, áp suất không ổn định trong phần gia nhiệt sơ bộ giữa tẩy dầu mỡ và thiêu kết, và không tính đến tính khả thi của việc tích hợp với xử lý nhiệt tiếp theo.

Tóm lại, các mục tiêu lý tưởng cho thiết bị thiêu kết liên tục là:

(1) Tích hợp các quy trình đơn lẻ truyền thống để đạt được sự tích hợp của quá trình tẩy dầu mỡ, thiêu kết, xử lý nhiệt và các quy trình khác. Thêm một phần chức năng xử lý nhiệt để xử lý nhiệt trực tiếp các bộ phận sau khi thiêu kết có thể tiết kiệm đáng kể chi phí sản xuất, giảm chu kỳ sản xuất và đảm bảo chất lượng sản xuất.

(2) Thực hiện kiểm soát linh hoạt nhiệt độ và thời gian lưu sản phẩm trong khu vực tẩy dầu mỡ và khu vực thiêu kết nhiệt độ cao, có thể đáp ứng nhu cầu sản xuất của các sản phẩm khác nhau với các yêu cầu quy trình khác nhau, đồng thời cải thiện tình trạng sản xuất bị trì hoãn do kiểm soát không linh hoạt .

(3) Cải thiện khả năng điều khiển tự động hóa và tự điều chỉnh thiết bị, cải thiện độ tin cậy vận hành thiết bị, giảm cường độ lao động của người vận hành và nâng cao hiệu quả sản xuất.

4. Kết luận

Dựa trên phân tích quy trình đúc MIM và đặc điểm của các bộ phận đúc phun bột, cần phải tích hợp các quy trình đơn lẻ truyền thống như tẩy dầu mỡ, thiêu kết và thậm chí là xử lý sau thành một quy trình toàn diện. Cấu trúc và chế độ điều khiển của thiết bị thiêu kết liên tục được đưa ra.