Новая технология формирования деталей автомобильных турбокомпрессоров путем инъекции металлического порошка

 

Дата выпуска：[2024/4/25]
 

Технология инъекционного формования металлов (MIM) может быть использована для производства сложных конструкционных компонентов из материалов, которые трудно обработать традиционными методами. Эта особенность делает его идеальным способом производства компонентов высокопроизводительных турбокомпрессоров. Уникальный процесс BASF Catamold может помочь решить ряд ключевых задач в разработке компонентов MIM для турбокомпрессоров.

Компонент MIM турбокомпрессора

Ядро турбокомпрессора находится в турбине и крыльчатке компрессора, турбина управляется тепловыми выхлопными газами в корпусе турбины, а крыльчатка компрессора находится на стороне холодного воздуха. Колесо компрессора должно выдерживать только относительно низкую температуру, и алюминиевые колеса полностью отвечают этим требованиям. Однако высокотемпературные выхлопные газы в корпусе турбины требуют, чтобы турбина использовала высококачественную высокотемпературную сталь. Турбины обычно производятся с использованием технологии прецизионного литья, но теоретически они также могут быть изготовлены с использованием технологии MIM.

Технология инъекционного формования металлов (MIM) ранее применялась к компонентам турбокомпрессоров. Благодаря своим преимуществам в выборе материалов и свободе проектирования, технология MIM в последние годы значительно расширила использование своих компонентов, и ее производительность была проверена в практическом использовании.

Проблемы

Несмотря на достижения в технологии MIM, при изготовлении деталей, требующих строгих требований, по - прежнему существует много проблем, связанных с оптимизацией процесса, конструкцией деталей и дизайном пресс - форм. Одной из таких проблем является накопление материала в центральной области турбины, что может привести к сужению пористости из - за сокращения объема во время охлаждения. Когда форма заполнена материалом, как прецизионное литье (с использованием расплавленного металла), так и MIM (с использованием расплавленного сырья) уязвимы к этому дефекту. Современные методы моделирования позволяют детально проанализировать эту проблему. Например, соответствующее программное обеспечение может точно предсказать процесс формирования MIM путем инъекций. На рисунке 1 показан эффект заполнения формы турбокомпрессора, в котором конические литники используются для впрыска расплавленного сырья в детали.

Помимо температуры формы и расплава, дальнейшая настройка скорости инъекции (cm3 / s) может обеспечить высокореалистичное моделирование процесса заполнения формы. На рисунках 1 и 2 показан процесс зарядки турбины со временем. При заданных условиях детали заполняются за 1.1 секунды. Цветотермическая карта показывает, как расплав изменяется со временем во время заполнения формы, синие области заполняются сначала, а красные области заполняются в конце. Наблюдение за процессом охлаждения деталей внутри или после формования может выявить тонкие процессы затвердевания и образования дефектов. На рисунке 3 показано поперечное сечение давления затвердевания турбины после 40 секунд охлаждения в пресс - форме. Большая синяя область посередине указывает на очень низкое давление в конце охлаждения, в то время как соседние области затвердевают, предотвращая поступление большего количества расплава. Таким образом, объемное сокращение, вызванное охлаждением материала в синей области, приводит к образованию усадочных пористостей. Рисунок 4 наглядно иллюстрирует эту проблему, когда материал, не отвержденный после времени охлаждения, может привести к разрыву.

Потерянные основные технологии

В процессе Catamold, после завершения инъекционного формования, полиформальдегидный клей разлагается в кислой среде в антиадгезионной печи, что позволяет быстро удалять его из компонентов.

Сложная полая структура может быть достигнута при удалении полиформальдегидного штампа во время процесса удаления при вводе сначала штампа, изготовленного из полиформальдегида, а затем покрытого формовочным сырьем вокруг него.

Диаграмма поперечного сечения на рисунке 5 показывает, как встроенные модули в процессе инъекции преобразуют твердые компоненты в полые внутренние структуры. При удалении шаблона после инъекции образуется конкретная полая структура.

На рисунке 6 показаны улучшения, достигнутые в технологии потери сердечника для устранения дефектов в зоне турбины. Цветные полосы указывают время, необходимое для затвердевания в разных областях. После охлаждения в течение 27 секунд детали, находящиеся за пределами стержня, полностью отверждаются.

По сравнению с традиционным процессом MIM, метод потери сердечника значительно повышает эффективность производства компонентов. Это связано с тем, что теоретически шаблон может быть изготовлен в любой форме, а внутренняя структура может быть скорректирована в соответствии с фактическими размерами и нагрузкой турбины. Кроме того, технология может значительно уменьшить вес турбины.

Процесс спекания

Последним шагом в технологии инъекционного формования металла является спекание, которое удаляет оставшийся клей и приводит к уменьшению размера деталей. Температура спекания немного ниже температуры плавления используемого сплава, что приводит к значительным изменениям размеров.

На усадочные свойства MIM - элементов влияют форма формы, долгосрочная стабильность производства, изменение партии материала и окно обработки. Для достижения последовательного сокращения производства пресс - форм, особенно для компонентов со сложной геометрией, требуется несколько раундов оптимизации и калибровки. Некоторые из этих изменений трудно предсказать заранее.