Design von Metallpulver-Spritzgussformen für komplexe Strukturbauteile

Datum:[2024/6/21]

1. Einführung des Verfahrens
Metallpulver-Spritzgussform, auch bekannt als MIM, ist ein Metallpulver-Spritzguss. Es ist eine interdisziplin?re fortschrittliche Technologie, die Spritzguss verwendet, um komplexe und pr?zise Legierungsteile herzustellen. Es verwendet ein speziell entwickeltes Metallpulver (Mikrometerniveau) gemischt mit hochwertigem Polymerkunststoff, um MIM-Zufuhr zu bilden, die eine gute Flie?f?higkeit w?hrend des Spritzgie?ens bieten und den Rohling durch Spritzgie?en formen kann. Nach effizientem Entfetten und Sintern kann die Dichte von Legierungsteilen 99% der theoretischen Dichte erreichen. Metallpulver-Spritzgussprodukte haben eine gleichm??ige Dichte, gute Gl?tte und erfordern im Allgemeinen keine nachtr?gliche Verarbeitung. Die Auslastungsrate der Rohstoffe liegt nahe 100%, was sie zur revolution?rsten Nah-Net-Formtechnologie im 21sten Jahrhundert macht. Das in Abbildung 1 gezeigte Produkt ist ein vernickeltes Edelstahlmetallteil innerhalb des kieferorthop?dischen Rahmens für medizinische Ger?te. Das Produkt hat eine gro?e Losgr??e und eine komplexe Struktur, mit einem Oberfl?chenrauheitswert von Ra0,80 μ m und einer Ma?genauigkeitsanforderung von IT5 (GB/T1800.1-2009). Aufgrund der Schwierigkeit, der niedrigen Effizienz und des hohen Materialabfalls der Verwendung gew?hnlicher mechanischer Fertigungsmethoden wird Metallpulver-Spritzgie?technologie verwendet, um Kosten zu sparen.
2. Strukturanalyse von Metallspritzgussprodukten
Das Gewicht von Metallpulver-Spritzgussprodukten überschreitet im Allgemeinen 250g nicht, aber die Gr??e des Produkts ist relativ gro?, mit einem Gewicht von etwa 350g. Die maximale Au?enabmessung betr?gt 171.00 × 67 × 34.50mm und die durchschnittliche Wandst?rke betr?gt 2.2mm. Das Gewicht des Produkts ist eine der Schwierigkeiten, die MIM-Spritzgussstrukturdesign bew?ltigen muss. Darüber hinaus ist die Struktur des Produkts komplex, und es gibt vier Stellen, die seitliches Kernziehen erfordern, die sich alle auf der festen Formseite befinden. Seitlicher Kern, der von der festen Form zieht, ist die zweite Schwierigkeit, der Formenbau begegnen muss.
3. Bestimmung des Harz- und Vorschubverh?ltnisses und der Schrumpfrate
Die Partikelgr??e des Nickel zugesetzten Edelstahlmetallpulvers betr?gt 0,2 μ m, und der organische Klebstoff verwendet Nylon PA12. Es ist der Tr?ger des Metallpulvers, das verwendet wird, um die Metallpulverpartikel zu verbinden, wodurch das Zuführmaterial rheologische und schmierende Eigenschaften hat, nachdem es im Zylinder der Einspritzmaschine erhitzt wurde. Der Vorteil von Nylon besteht darin, dass es weniger Menge ben?tigt und nicht chemisch mit Metallen reagiert, wodurch es beim Entfetten leicht zu entfernen ist. Bezugnehmend auf ausl?ndische Erfahrungen und frühere experimentelle Ergebnisse unseres Instituts, ist das Volumenverh?ltnis von Nickel-Edelstahl und PA-Klebstoffmischung 8:2. W?hrend des Entfettungsprozesses ?ndert sich das Volumen der Komponenten nicht, aber beim Sintern erfahren die Komponenten 13% bis 18% Schrumpfung. Daher ist die Schrumpfrate viel gr??er als die einer einfachen PA-Spritzgussform. Entsprechend dem Fütterungsverh?ltnis nimmt die Formgr??e eine 15% Schrumpfrate an.
4. Formenbau
Um das Problem des gro?en Gewichts von geformten Rohlingen zu l?sen, nimmt die Form ein Gie?system mit vier Punkttoren an, um gleichm??ig aus dem Formhohlraum zu speisen. Die Spezifikation des Formrahmens ist Longji vereinfachter Feindüsenformblank, der einen internen Trennmechanismus mit festem Abstand verwendet. Um Sicherheitsunf?lle zu vermeiden, die durch ?ffnen der Form w?hrend des Transports verursacht werden, sollte die Verriegelungsschnalle w?hrend der Produktion entfernt werden.
4.1 Entwurf von Formteilen
Die Zuführung von Nickel Edelstahl+Nylon PA12 ist lückenempfindlich und kann leicht Grate erzeugen. Kunststoffteile mit Graten sind leicht zu entfernen, aber Metallteile mit Graten k?nnen Sicherheitsprobleme wie eine Klinge verursachen. Daher sind die Konstruktions- und Fertigungsanforderungen für MIM-Spritzgussteile besonders hoch, und die Ma?genauigkeit und Passgenauigkeit muss IT5 oder h?her erreichen. Die Formteile nehmen eine Splei?struktur an, um die Steifigkeit und Festigkeit der Form zu verbessern und die Ma?genauigkeit der geformten Produkte sicherzustellen. Verglichen mit einer einzelnen PA-Kunststoffschmelze hat das Zuführmaterial von "Nickel Edelstahl+PA" eine weitere Eigenschaft: Es hat eine h?here Reibungskraft auf den Formhohlraum und hohe Anforderungen an die Stahl- und Oberfl?chenrauheit der Formteile. Die Formteile müssen Stahl mit besserer Verschlei?festigkeit verwenden. Diese Form verwendet Formstahl S136H, mit einer W?rmebehandlungsh?rte von 30-35HRC, und die Oberfl?che des Hohlraums wird auf Ra0.4 μ m poliert, um die Flie?f?higkeit des Zuführmaterials zu verbessern und die Lebensdauer der Form zu verl?ngern. Hohe Ma?genauigkeit, Gratfreiheit und extrem hohe Oberfl?chenqualit?t sind alle Anforderungen, die MIM-Spritzgussformen erfüllen müssen.
4.2 Entwurf des seitlichen Kernziehmechanismus
Der geformte Rohling hat zwei ?u?ere Seitenschnallen und zwei innere Seitenschnallen, die beide die Konstruktion eines seitlichen Kernziehmechanismus erfordern. Der Abstand zwischen den beiden inneren Kernziehmechanismen betr?gt 1,7mm. Aufgrund des kurzen Abstandes und des kleinen Innenraums kann die Form nur einen schr?gen oberen seitlichen Kernziehmechanismus verwenden. Da die innere umgekehrte Schnallenposition durch eine feste Form gebildet wird, kann nur eine feste Form geneigt Spitze verwendet werden, was die Schwierigkeit und der Fokus des Formentwurfs ist. Da es keinen Schub von der oberen Stange der Spritzgie?maschine auf der festen Formenseite gibt, kann die feste Platte der geneigten Spitze der festen Form nur durch eine Feder herausgedrückt und durch eine Rückstellstange zurückgesetzt werden. Schr?ger oberer seitlicher Kernziehmechanismus. Der Schubabstand der geneigten Dachbefestigungsplatte sollte innerhalb von 25mm streng kontrolliert werden, um Interferenzen zwischen den beiden geneigten Schubstangen zu verhindern, wenn sie herausgedrückt werden. Der Neigungswinkel der beiden Schr?gd?cher sollte nicht zu gro? sein, und diese Form nimmt 7°.
Die Spritzgussformstruktur umfasst: feste Formsitzplatte, Abisolierplatte, 12. T-f?rmiger Schnallendruckblock, geneigte Spitze, Stift, geneigte obere Basis, Stützs?ule, geneigte obere Basis, Stift, Angusshülse, feste Schablone, Feder, verschlei?fester Block, fester Formenschieber, beweglicher Formeinsatz, beweglicher Formenkern, bewegliche Schablone, Führungss?ule, Schubstangenbefestigungsplatte, Führungshülse, Schubstangenbefestigungsplatte, bewegliche Formsitzplatte, Zurücksetzen Stange, Seitenkernziehen, fester Formeneinsatz, fester Schabloneneinsatz, geneigte obere Bodenplatte, geneigte obere Befestigungsplatte, Nylonstopfen, Druckrohr, Positionierungsblock unten, Positionierungsblock oben, Grenze, Nagelschlie?e, kleine Zugstange. Die beiden ?u?eren invertierten Schnallen werden auch durch feste Formen gebildet, und um die Erscheinungsqualit?t zu gew?hrleisten, verwenden beide feste Formen zum seitlichen Kernziehen. W?hrend des Kernziehvorgangs befindet sich der Verriegelungsblock immer in der T-f?rmigen Nut des Schiebers, so dass es keine Notwendigkeit gibt, Positionierungsteile für den Schieber zu entwerfen.
4.3 Entwurf des festen Abstands Trennmechanismus
Die Form nimmt ein Punkttor-Gie?system an, und die Form muss einen Drei-Platten-Formenrahmen verwenden. Beim ?ffnen der Form gibt es insgesamt drei Trennfl?chen, darunter zwei auf der festen Formseite. Um das automatische Entformen des Laufaggregats und die Fertigstellung des Kernziehens durch den seitlichen Kernziehmechanismus der festen Form vor dem ?ffnen der beweglichen und festen Formen sicherzustellen, sollten die ?ffnungsequenz und der Abstand der drei Trennfl?chen der Form streng kontrolliert werden. Daher muss die Form mit einem festen Abstandstrennmechanismus ausgelegt sein. Die Form nimmt einen eingebauten Trennmechanismus mit festem Abstand an, der es erm?glicht, das Str?mungskanalkondensat glatt abzufallen, und gleichzeitig erm?glicht, dass der geneigte obere und der feste Formschieber das seitliche Kernziehen reibungslos abschlie?en, wodurch sichergestellt wird, dass sich der Zugstift vom Str?mungskanalkondensat trennt.
4.4 Entwurf des Temperaturregelungssystems
Aufgrund der hohen spezifischen Hitze von Metallpulver absorbiert die Form w?hrend des Formprozesses mehr W?rme als gew?hnliche Nylon-Spritzgussformen, wodurch das Design von Temperaturregelungssystemen schwieriger wird. Entsprechend der Form des Produkts nimmt die feste Form einen geraden Kühlwasserkanal an, und die bewegliche Form nimmt drei Kühlwasserkan?le an.
4.5 Entwurf des Entformmechanismus
Bei Metallpulver-Spritzgussformen sind Entformung und Kühlung zentrale Themen. Nach Abschluss des seitlichen Kernziehens wird der geformte Knüppel schlie?lich von der beweglichen Form durch die Schubstange und das Schubrohr weggedrückt. Dieser kombinierte Entformungsmechanismus ist ausreichend und effektiv und gew?hrleistet die Sicherheit, Stabilit?t und Nichtverformung des Knüppels w?hrend des Entformens.
4.6 Auslegung der Auspuffanlage
MIM-Spritzgie?formen weisen signifikante Unterschiede in der Auspuffnuttiefe im Vergleich zu herk?mmlichen Spritzgie?formen auf. Die Tiefe der Auspuffnut in einer regul?ren Spritzgussform betr?gt im Allgemeinen 0.02-0.06mm abh?ngig von der Art des Kunststoffs, den sie bildet, w?hrend die Tiefe der Auspuffnut in einer MIM-Spritzgussform im Allgemeinen zwischen 0.0025-0.005mm liegt. Wenn es diese Tiefe überschreitet, produziert es Grate. Gute Zuführung führt zu extrem geringer Schrumpfung w?hrend des anschlie?enden Erstarrungsprozesses. Um die Formbest?ndigkeit von geformten Produkten so weit wie m?glich zu st?rken, kann eine gro?e Menge Metallpulverfüllmittel verwendet werden, und seine Dosierung liegt oft nahe an 70% des Volumens. Um eine gute Flie?f?higkeit des hohen Füllfutters zu erreichen, wurde niedermolekularer Kunststoff PA verwendet, um MIM-Feed eine hohe Blitzempfindlichkeit zu erm?glichen, ?hnlich den Eigenschaften vieler Füllnylonmaterialien.
5 Werkzeugarbeitsprozess
(1) Mischmaterialien. Mischen Sie Nickel Edelstahl Metallpulver und Nylon PA12 gleichm??ig in einem Volumen von 8:2, um das Futter zu erhalten.
(2) Spritzgie?en. Setzen Sie den Feed in das Spritzgie?maschinenfall und erhitzen Sie es auf 150 ℃, indem Sie es in eine z?hflüssige paddelartige Substanz verwandeln. Einspritzen Sie es in den Formhohlraum durch das Punkttor-Gie?system unter hohem Druck. Die Steuerung von Formparametern wie Spritztemperatur, Formentemperatur, Spritzdruck und Haltezeit ist entscheidend, um eine stabile grüne Knüppelqualit?t zu erreichen.
(3) Abkühlen und erstarren. Nach dem Befüllen des Hohlraums mit Vorschub wird er unter Druck gesetzt und abgekühlt, zu einem Rohling erstarrt und die Form wird unter dem Zug einer Spritzgie?maschine ge?ffnet.
(4) Form?ffnung. Unter der Wirkung des festen Abstandstrennmechanismus ?ffnet sich die Form nacheinander von der Trennfl?che I, der Trennfl?che II und der Trennfl?che III. Der Form?ffnungsabstand der Trennfl?che I betr?gt 145mm, gesteuert durch eine kleine Zugstange. Wenn die Trennfl?che II ge?ffnet wird, schlie?t die Form die ?u?ere Kernextraktion ab, und gleichzeitig drückt die Austragsplatte das Str?mungskanalkondensat von der Form weg, wodurch eine automatische Entformung der Form erreicht wird. Der Form?ffnungsabstand der Trennfl?che II betr?gt 12mm, gesteuert durch Endschrauben. Wenn die Trennfl?che III ge?ffnet wird, trennen sich die bewegliche Schablone und die feste Schablone, und der gebildete Rohling trennt sich vom festen Modellhohlraum. Nach Abschluss des Form?ffnungsprozesses drückt die Schubstange den geformten Rohling aus der Form und schlie?t ein Spritzgie?en ab.

6 Zusammenfassung

(1) Im Vergleich zu anderen Metallformverfahren kann Metallpulver-Spritzgie?en Produkte mit komplexeren Formen, mit hoher Effizienz und ohne Materialverschwendung herstellen. Es ist eine typische Pr?zisionsfertigung und grüne Fertigungstechnologie. Aber die Gr??e des Produkts unterliegt bestimmten Einschr?nkungen, in der Regel nicht über 250g. Das diesmal gebildete Produkt wiegt 350g, was ein Durchbruch und erfolgreicher Versuch für das Metallpulver-Spritzgie?en ist.
(2) Verglichen mit reinem Nylon PA, hat der nickelbasierte Edelstahl+PA Feed eine schlechte Plastizit?t, und das Risiko, feste Formen Innen- und Au?enkernextraktion zu verwenden, ist hoch. Dieser Erfolg ist auch ein gro?er Durchbruch in der kühnen Innovation der Formenstruktur.
(3) Die Formstruktur ist fortschrittlich und angemessen, mit einem erfolgreichen Probelauf. Nachdem die Form in Produktion genommen wurde, l?uft sie sicher und reibungslos, mit einem Formzyklus von 28 Sekunden und einer t?glichen Ausgabe von bis zu 2300 Stücken. Nach dem Entfetten des Sinters erreichte die Ma?genauigkeit des geformten Rohlings IT5 (GB/T1800.1-2009), und der Oberfl?chenrauheitswert erreichte Ra0,8 μ m, beide erfüllten die Konstruktionsanforderungen.