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Metallpulverspritzguss – Umformtechnik im 21. Jahrhundert



Datum:[2024/1/30]
Metal Powder Injection Molding (MIM) ist eine neue Art der Pulvermetallurgie nahe Netzformtechnologie, die moderne Kunststoffspritzgusstechnologie in den Bereich der Pulvermetallurgie einführt. Der Grundprozess ist wie folgt: zuerst wird das feste Pulver gleichmäßig mit dem organischen Bindemittel gemischt, granuliert und dann in den Formhohlraum zur Erstarrung unter Erwärmung und Plastifizierung (~150 ℃) unter Verwendung einer Spritzgießmaschine eingespritzt. Dann wird das Bindemittel im gebildeten Knüppel durch chemische oder thermische Zersetzungsmethoden entfernt, und schließlich wird das Endprodukt durch Sintern und Verdichten erhalten. Verglichen mit traditionellen Prozessen hat es die Eigenschaften von hoher Präzision, einheitlicher Organisation, ausgezeichneter Leistung und niedrigen Produktionskosten. Seine Produkte sind in Industriebereichen wie elektronischer Informationstechnik, biomedizinischer Ausrüstung, Büroausrüstung, Automobilen, Maschinen, Hardware, Sportausrüstung, Uhrenindustrie, Waffen und Luft- und Raumfahrt weit verbreitet. Daher wird international weithin angenommen, dass die Entwicklung dieser Technologie zu einer Revolution in der Bauteilumformungs- und Verarbeitungstechnologie führen wird, die als die "beliebteste Bauteilumformungstechnologie heute" und die "Umformtechnik des 21sten Jahrhunderts" bekannt ist.
Parmatech, ein kalifornisches Unternehmen, erfand diese Technologie im 1973. Anfang der 1980er Jahre investierten auch viele europäische Länder und Japan große Anstrengungen in die Erforschung dieser Technologie, die rasch gefördert wurde. Vor allem Mitte der 1980er Jahre hat sich diese Technologie seit ihrer Industrialisierung rasant weiterentwickelt und nimmt jedes Jahr erstaunlich schnell zu. Bisher beschäftigen sich mehr als 100-Unternehmen in mehr als zehn Ländern und Regionen wie den Vereinigten Staaten, Westeuropa und Japan mit Produktentwicklung, Forschung und Entwicklung und Vertrieb dieser Technologie. Japan ist sehr wettbewerbsfähig und hat hervorragende Leistung gezeigt, mit vielen großen Unternehmen, die an der Förderung der MIM-Industrie beteiligt sind, einschließlich Pacific Metal, Mitsubishi Steel, Kawasaki Steel, Kobe Steel, Sumitomo Mining, Seiko Epson, Datong Special Steel und andere. Derzeit gibt es mehr als 40-Unternehmen in Japan, die sich auf die MIM-Industrie spezialisiert haben, und ihr Gesamtumsatzwert von MIM-Industrieprodukten hat Europa bereits übertroffen und direkt mit den Vereinigten Staaten eingeholt. Bisher haben mehr als hundert Unternehmen weltweit an der Produktentwicklung, Forschung und Vertrieb dieser Technologie beteiligt, was MIM-Technologie zum aktivsten Spitzentechnologiefeld in der neuen Fertigungsindustrie macht. Als Pioniertechnologie in der weltweiten metallurgischen Industrie repräsentiert die MIM-Technologie die Hauptrichtung der Entwicklung der Pulvermetallurgietechnologie.
Metallpulver-Spritzgießtechnologie ist ein Produkt, das mehrere Disziplinen wie Kunststoffformtechnologie, Polymerchemie, Pulvermetallurgietechnologie und Metallmaterialwissenschaft integriert. Durch die Verwendung von Formen, um Formrohlinge zu spritzen und schnell hochdichte, hochpräzise und dreidimensionale komplex geformte Strukturteile durch Sintern herzustellen, können Designideen schnell und genau in Produkte mit bestimmten strukturellen und funktionalen Eigenschaften materialisiert werden, und Teile können direkt in Massenproduktion hergestellt werden, Es ist eine neue Transformation in der Fertigungstechnologie-Industrie. Diese Prozesstechnologie hat nicht nur die Vorteile weniger konventioneller Pulvermetallurgieprozesse, kein oder weniger Schneiden und hohe wirtschaftliche Vorteile, sondern überwindet auch die Mängel traditioneller Pulvermetallurgieprodukte, ungleichmäßige Materialien, geringe mechanische Eigenschaften, Schwierigkeiten bei der Bildung dünnwandiger und komplexer Strukturen. Es eignet sich besonders für die Großserienfertigung kleiner, komplexer und spezieller Anforderungen an Metallteile. Prozessablauf: Bindemittel →  Mischen →  Spritzgießen →  Entfettung →  Sintern →  nach der Behandlung.
Pulvermetallpulver
Die Partikelgröße des im MIM-Verfahren verwendeten Metallpulvers liegt im Allgemeinen zwischen 0,5 und 20 μ M; Theoretisch gilt: Je feiner das Partikel ist, desto größer ist die spezifische Oberfläche, so dass es leichter geformt und gesintert werden kann. Traditionelle pulvermetallurgische Verfahren verwenden jedoch Materialien, die größer als 40 μ Grobpulver von m sind.
organischer Klebstoff
Die Funktion des organischen Klebstoffs besteht darin, Metallpulverpartikel zu verbinden, wodurch die Mischung rheologisch und schmierend wird, wenn sie im Zylinder der Einspritzmaschine erhitzt wird, der der Träger ist, der den Pulverfluss antreibt. Daher ist die Wahl des Klebstoffs der Träger des gesamten Pulvers. Daher ist die Auswahl des Klebezugs der Schlüssel für den gesamten Pulverspritzgussprozess. Anforderungen an organische Klebstoffe:
1. Die Verwendung von weniger Klebstoff kann die rheologischen Eigenschaften der Mischung verbessern;
2. Keine Reaktion, keine chemische Reaktion mit Metallpulver während der Entfernung des Klebstoffs;
3. Einfach zu entfernen, ohne Restkohle im Produkt.

Mischstoffe

Mischen Sie Metallpulver und organischen Klebstoff gleichmäßig, um verschiedene Rohstoffe zu Spritzgussmischungen zu machen. Die Gleichmäßigkeit der Mischung beeinflusst direkt ihre Fließfähigkeit und beeinflusst somit die Parameter des Spritzgießprozesses sowie die Dichte und andere Eigenschaften des endgültigen Materials. Der Prozess des Spritzgießens in diesem Schritt ist im Prinzip mit dem Prozess des Kunststoffspritzgießens konsistent, und seine Ausrüstungsbedingungen sind auch im Grunde die gleichen. Während des Spritzgießprozesses wird das Gemisch in ein Kunststoffmaterial mit rheologischen Eigenschaften innerhalb des Spritzgießgerätes erhitzt und unter angemessenem Spritzdruck in die Form eingespritzt, um einen Rohling zu bilden. Die Mikrostruktur des spritzgegossenen Rohlings sollte gleichmäßig und konsistent sein, damit das Produkt während des Sinterprozesses gleichmäßig schrumpft.
Extraktion
Das im gebildeten Rohling enthaltene organische Bindemittel muss vor dem Sintern entfernt werden, und dieser Prozess wird Extraktion genannt. Der Extraktionsprozess muss sicherstellen, dass der Klebstoff allmählich aus verschiedenen Teilen des Rohlings entlang der kleinen Kanäle zwischen den Partikeln entladen wird, ohne die Festigkeit des Rohlings zu verringern. Die Abtragsrate von Bindemitteln folgt im Allgemeinen der Diffusionsgleichung. Sintern und Sintern kann dazu führen, dass poröse entfettete Rohlinge schrumpfen und zu Produkten mit bestimmten Strukturen und Eigenschaften verdichten. Obwohl die Leistung des Produkts vor dem Sintern von vielen Prozessfaktoren abhängt, hat der Sinterprozess in vielen Fällen einen signifikanten und sogar entscheidenden Einfluss auf die Mikrostruktur und Eigenschaften des Endprodukts. Bei Teilen mit präzisen Größenanforderungen ist eine notwendige Nachbearbeitung erforderlich. Dieses Verfahren entspricht dem Wärmebehandlungsverfahren für herkömmliche Metallprodukte.
Die Eigenschaften der MIM-Technologie und ihr Vergleich mit anderen Verarbeitungstechnologien
Das von MIM verwendete Rohstoffpulver hat eine Partikelgröße von 2-15 μ m. Allerdings liegt die Partikelgröße des traditionellen Pulvermetallurgie-Rohpulvers meist zwischen 50-100 μ M. Die Endproduktdichte des MIM-Prozesses ist aufgrund der Verwendung von feinem Pulver hoch. Das MIM-Verfahren hat die Vorteile der traditionellen Pulvermetallurgie, aber hohe Formfreiheit kann durch die traditionelle Pulvermetallurgie nicht erreicht werden. Traditionelle Pulvermetallurgie ist durch die Festigkeit und Fülldichte von Formen begrenzt, und die Form ist meist zweidimensional zylindrisch.
Die traditionelle Feingusstrocknung ist eine äußerst effektive Technik zur Herstellung komplexer Formprodukte. In den letzten Jahren wurde die keramische Kernunterstützung eingesetzt, um Produkte mit engen und tiefen Löchern zu vervollständigen. Aufgrund der Festigkeit des keramischen Kerns und der Begrenzung der Fließfähigkeit der Gießflüssigkeit ist dieses Verfahren jedoch immer noch mit gewissen technischen Schwierigkeiten konfrontiert. Im Allgemeinen eignet sich dieses Verfahren besser für die Herstellung großer und mittlerer Teile, während das MIM-Verfahren besser für kleine und komplexe Formteile geeignet ist. Vergleich des Projektherstellungsprozesses MIM-Prozess Traditioneller Pulvermetallurgieprozess Pulverpartikelgröße (μ m) 2-1550-100 relative Dichte (%) 95-9880-85 Produktgewicht (g) kleiner oder gleich 400 Gramm 10-hundert Produktform dreidimensionale komplexe Form zweidimensionale einfache Form mechanische Leistungsvorteile und Nachteile, Vergleich zwischen MIM-Prozess und traditioneller Pulvermetallurgiemethode Druckgussverfahren wird in Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt und guter Gießflüssigkeit, wie Aluminium- und Zinklegierungen verwendet. Die Produkte dieses Prozesses haben Einschränkungen in Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufgrund von Materialbeschränkungen.