Проектирование пресс-формы для керамического литья под давлением от литниковой системы до компенсации усадки

Проектирование пресс-формы для керамического литья под давлением: от литниковой системы до компенсации усадки

Проектирование пресс-формы для керамического литья под давлением решает две переменные, которых нет в форме для пластика: абразивный фидсток, изнашивающий полость, и линейную усадку 15% до 25% после спекания. Полость увеличивают ещё на этапе чертежа. Правка после пробных отливок чаще всего означает новую форму.

Для деталей из диоксида циркония коэффициент увеличения берут 1,18 до 1,25. Для оксида алюминия обычно 1,15 до 1,20. Инженеру по закупкам при сравнении поставщиков стоит спросить: держит ли форма критичные размеры в ±0,01 мм после 500 000 впрысков. Цена сама по себе об этом не говорит.

Почему проектирование пресс-формы для керамического литья под давлением отличается от пластика и металла

Фидсток для пластика это расплав полимера. Фидсток CIM это керамический порошок в связующем. Объёмная доля порошка часто 55% до 65%, текучесть низкая, а литник и распределительные каналы чувствительны к сдвигу. Литьё металлических порошков (MIM) устроено похоже, но керамический порошок твёрже и изнашивает сталь формы в 2 до 3 раз быстрее.

Второе отличие в логике размеров. Пластиковая деталь после извлечения уже готова. Керамическая деталь после извлечения это только заготовка. Размеры задаёт удаление связующего и спекание.

Поэтому первый шаг в проектировании пресс-формы для керамического литья под давлением это не чертёж детали, а чертёж детали после спекания, из которого полость считают обратным ходом.

Прецизионное производство и полный цикл Yujiaxin Tech охватывает фидсток и контроль.

Литниковая система и распределительные каналы

При проектировании пресс-формы для керамического литья под давлением литник задаёт место, скорость и направление входа фидстока. Керамический фидсток высоковязкий. Слишком малый литник сдвигает и разрушает связующее, слишком большой поздно запирается и удлиняет цикл.

• Тип литника: точечный 0,5 до 1,2 мм для мелких деталей, веерный для распределения напряжений в длинных
• Контроль запирания: сечение литника должно застывать через 1 до 3 секунды после выдержки, чтобы исключить обратный поток
• Балансировка каналов: многогнёздные формы требуют балансировки, иначе разница времени заполнения свыше 0,2 секунды даёт неоднородную плотность
• Линии спая: после спекания они теряют прочность, поэтому литник смещает их на ненагруженные поверхности

Сечение каналов лучше круглое или трапециевидное. Круглый канал имеет малое отношение площади к поверхности, фидсток остывает медленнее. Конкретные керамические детали и обработка полости уточняют на этапе DFM.

Система извлечения и выталкивания

Схему выталкивания при проектировании пресс-формы для керамического литья под давлением подбирают под прочность заготовки. Заготовка имеет низкую прочность, чуть большее усилие выталкивания раскалывает деталь, поэтому уклоны обычно 0,5° до 1,5°, больше чем у форм для пластика.

• Радиусы: внутренний радиус не менее 0,3 мм для снижения концентрации напряжений
• Толкатели: число по площади проекции, усилие на один стержень в пределах прочности заготовки
• Съёмная плита: тонкостенные и кольцевые детали лучше снимать целой плитой
• Газовое выталкивание: глубокие полости можно извлекать низким давлением газа у основания

Неравномерное выталкивание оставляет скрытые трещины. Они проявляются после удаления связующего, когда доработка уже невозможна.

Выбор стали для пресс-формы и износостойкие покрытия

При проектировании пресс-формы для керамического литья под давлением керамический фидсток абразивен, и выбор стали определяет стойкость.

S136 это мартенситная нержавеющая сталь с хорошей полируемостью, подходит для видимых деталей. H13 стоек к нагреву и износу, подходит для зон с высокой эрозией, например литника. Полость можно дополнительно азотировать или покрывать PVD, чтобы снизить скорость износа. Сталь выбирают на этапе DFM.

Замена после пробных отливок означает новую форму.

Компенсация усадки при спекании

Это та часть проекта, которой нужно больше всего данных. Усадка не одно число. Она меняется с размером частиц, составом связующего, параметрами впрыска и кривой спекания.

• ZrO₂: линейная усадка 18% до 25%
• Al₂O₃: линейная усадка 15% до 20%
• Карта усадки: из одной партии фидстока делают тест-бруски и подбирают направленную кривую усадки
• Цепочка допусков: колебание усадки ±0,3% на детали растёт до реального отклонения и входит в цепочку допусков

Размер полости = целевой размер ÷ (1 - усадка). При разной усадке по направлениям X, Y и Z получают отдельные коэффициенты. Методику измерения описывает материал усадка при спекании и увеличение полости. Для диоксида циркония отдельно см. керамическое литьё из диоксида циркония.

Стойкость пресс-формы и стабильность серии

Ритм обслуживания в проектировании пресс-формы для керамического литья под давлением определяет, какой объём выдержит форма. Стойкость зависит от скорости износа и интервала обслуживания.

• Проверка износа: осмотр литника и зон эрозии каждые 50 000 до 100 000 впрысков
• Обслуживание: полировка полости раз в квартал для серийных форм
• Наращивание выпуска: первые 5000 деталей держат под контролем, серию запускают при CPK ≥ 1,33
• Стабильные поставки: после выхода на режим дрейф размеров держат в пределах ±0,02 мм

О дрейфе размеров при запуске серии важно помнить, что состояние формы и кривую спекания контролируют вместе.

Процесс изготовления, цена и сроки

Стандартный процесс состоит из четырёх шагов: DFM-ревью, выпуск конструкции, пробы и доводка, передача в серию.

• DFM-ревью: подтвердить уклоны, положение литника, коэффициенты усадки
• Конструкция: схема гнёзд, каналы охлаждения, схема выталкивания
• Пробы: на T1 измеряют размеры и плотность, после доводки T2 подтверждают
• Передача: чертежи формы и записи обслуживания

Срок обычно 4 до 8 недель, для сложных многогнёздных форм дольше. Цена зависит от марки стали, числа гнёзд, класса точности и наличия покрытия. Если прислать чертёж детали и критичные допуски, поставщик даст сопоставимую цену. Отраслевые нормы даёт стандарт индустрии порошковой инжекции, а объём рынка описывает отчёт по рынку керамического литья.

Yujiaxin Tech работает в прецизионном производстве с 1998 года. Шесть технологий, MIM, PM, точное литьё, зубофрезерование, CNC и CIM, держат фидсток, впрыск, удаление связующего, спекание и контроль внутри одного предприятия, компания сертифицирована по ISO 9001. Проектирование формы и серия идут в одной технологической команде, что снижает потери информации между конструкцией и производством.

Проектирование пресс-формы для керамического литья под давлением в основном решается до изготовления формы. Литник и каналы определяют качество заполнения. Сталь определяет стойкость. Компенсация усадки определяет, попадут ли размеры в допуск.

Проработать эти три пункта на этапе DFM дешевле, чем многократно доводить форму после проб.