[CNPIM] תהליך חדשני של הזרקת מתכת וטכנולוגיית עובש קשורה

[CNPIM] תהליך חדשני של הזרקת מתכת וטכנולוגיית עובש קשורה

התהליכים המפורטים במאמר זה אינם חדשים. בעיקרון, יש לו יישומים בוגרים מאוד.

מאמר זה מתייחס לתוכן ספריו של האן פנגלין, במטרה למלאי שיטתי לחקירה והתייחסות של חברים במצוקה.

תהליך הזרקת מתכת הוא טכנולוגיה רב תחומית ואחד מתהליכי היציקה המדויקת המתקדמים לחלקי מתכת.

תהליך הזרקת מתכת זכה בהדרגה להכרה, מקובלת ומוערכת על ידי אנשים. על מנת להשיג דרישות ייצור חלקים מורכבות יותר, הטכנולוגיות העדכניות ביותר בתחומים רבים הוכנסו לתעשיית MIM ועברו חידוש נמרץ. לכן, טכנולוגיות חדשות ותהליכים חדשים של תהליך הזרקת מתכת צצו ויושמו גם בפיתוח וייצור.

לאחר מכן, בואו נעשה מלאי.

1. טכנולוגיית מיקרו הזרקת מתכת (μ- MIM)

מערכות מיקרו-מכניות או מיקרו-אלקטרו-מכניות (MEMS) היא תחום בינתחומי חדש שפותח בסוף שנות ה-80, והוכר כאחד מדיסציפלינות המפתח במאה ה-21.

יכולת הביצוע של מיקרו-מכני או MEMS תלויה בהתקדמות של טכנולוגיית מיקרו-עיבוד. טכנולוגיית מיקרו-הזרקת מתכת היא השיטה היעילה ביותר לייצור המוני של חלקי מיקרו-מתכת או קרמיקה בעלי דיוק גבוה וביצועים גבוהים.

טכנולוגיית מיקרו-הזרקת מתכת מתייחסת לטכנולוגיית תהליך המשתמשת בתהליך MIM לייצור חלקי מתכת או קרמיקה בגודל מיקרומטר או מבנה מיקרומטר. זה מתייחס בדרך כלל לחלקים מדויקים בגודל של פחות מ-1 מ"מ או מבנה מיקרומטר מקומי עדין.

נכון להיום, ניתן להכין 25~50 עם אבקה עדינה מתאימה בעובי מיקרומטר, פרטים מבניים מקומיים פחות מ-5 מיקרומטר. חספוס פני השטח הוא 2~3 מיקרומטר של חלקי מתכת או קרמיקה.

הגודל של חלקי הזרקת מתכת התפתח לשני קצוות. לחלקים מדויקים בגודל מיקרון יש יכולת שוק עצומה ופוטנציאל פיתוח. הערך המוסף הטכני של חלקים קטנים אלו הוא גבוה מאוד, כגון שרוול מתכת סיבים אופטיים, צנתר לייזר, מיקרו מקדחה במעגל מודפס, מפעיל מיקרו-אלקטרוני וחלקים רפואיים דנטליים, והמחיר הוא 4000~20000 דולר לק"ג.

למוצרי הזרקה מיקרו יש סיכויי יישום רחבים במפעילים, חיישנים, מוצרי צריכה בכיס, כלי נשק, תעופה וחלל, כלי הרכבה אלקטרוניים, מנתחי חמצן, מסננים וציוד רפואי ובריאותי.

המכשולים העיקריים המגבילים את הפיתוח של טכנולוגיית הזרקת מיקרו הם ייצור תבניות מיקרו מדויקות, מילוי מרווחים צרים ותפעול חלקים קטנים.

התבניות המשמשות לייצור מיקרו-חלקים בעלי דיוק גבוה כאלה הן הרבה יותר מדויקות מתבניות קונבנציונליות, ויש צורך בסוגים שונים של מזומנים עבור טכנולוגיית עיבוד עדינה, כגון פוטוליטוגרפיה, אלקטרופורמינג, מיקרו-חיתוך, מיקרו-edm וכו'. ניתן לפתור בעיות היטב על ידי שימוש ב-LIGA (ייצור לוחות גרמניים, יצירת אלקטרופורמינג והזרקה שלושה קיצורים) ותהליכים אחרים לייצור תבניות קצף מפלסטיק שאבדו.

ישנן שתי דרכים לייצר תבנית קצף שאבדה מפלסטיק על ידי תהליך LIGA:

תהליך אחד הוא יציקת ליבת תבנית הפלסטיק PMMA, הכנסת ליבת תבנית הפלסטיק PMMA לתוך בסיס התבנית לצורך הזרקת מתכת ישירה, ליבת תבנית הפלסטיק PMMA וחלק MIM מופרדים מבסיס התבנית בכללותו, וה-MIM חלק ריק נותר בליבת תבנית הפלסטיק להסרת שומנים וסינטרה ישירה, מה שהופך לתהליך שכפול חד-שלבי.

התהליך השני הוא הפקדת שכבת ניקל מתכת על פני השטח של חלקי פלסטיק PMMA על ידי תהליך אלקטרופורמינג, ולאחר מכן לקלף את פלסטיק PMMA ממעטפת הניקל, ולאחר מכן להכניס את מעטפת הניקל לתבנית המתכת של תהליך בסיס התבנית כדי ליצור את חלק MIM ריק. זה הופך לתהליך שכפול דו-שלבי.

הדיוק של חלקים הנוצרים בתהליך שכפול חד-שלבי הוא גבוה, והקשיים של פירוק והפעלה של חלקים לאחר מכן נפתרים, אך העלות גבוהה; הדיוק של חלקים הנוצרים בתהליך שכפול דו-שלבי מצטמצם, דבר המתאים לייצור המוני, אך ישנם קשיים בפירוק והפעלה של חלקים לאחר מכן.

2. טכנולוגיית הזרקה של חומרים מרוכבים מרובי רכיבים

קשה לחלקים העשויים מחומרים בהרכב כימי יחיד לעמוד בדרישות המיוחדות של תעשיית הייצור המודרנית לאינטגרציה מורכבת של פונקציות חלקים. חלקים שונים של חלק עשויים מחומרים שונים, ועמידה בדרישות פונקציונליות שונות היא מגמת פיתוח של ייצור חלקים מודרניים.

[CMPIM] חדשניהזרקת מתכתתהליך וטכנולוגיית עובש קשורה טכנולוגיית הזרקת הזרקה של חומר רב רכיבי

טכנולוגיית ההזרקה הדו-צבעונית (רב-צבעונית) בשימוש נרחב בתעשיית הפלסטיק הוכנסה לתחום הזרקת מתכת, מה שמאפשר לבצע אצווה וטיפול בחומרי מתכת או קרמיקה מורכבים.

העיקרון של טכנולוגיית הזרקה מורכבת הוא שמכונת הזרקה מצוידת בשני סטים או יותר של חביות בו זמנית, וחומרי ההזרקה בכל סט של חביות זהים. התבנית הקבועה של עובש רב-חללים יכולה להסתובב סביב הציר המסתובב, וחומרי הזרקה שונים מוזרקים לחללים שונים בכל עמדה. ריק ההזרקה הראשוני נשאר בחלק הפנימי, והתבנית נפתחת לאחר הקירור, אך לא מפרקים אותה מיד. לאחר סיבוב התבנית הקבועה לזווית מסוימת, התבנית הקבועה נסגרת, וכל החלל מתרחב כלפי חוץ ביחס לריק ההזרקה הראשון, ולאחר מכן מתבצעת ההזרקה השנייה של חומרי הזרקה שונים. כל חלק נוצר בהזרקה מרובה ולבסוף נפלט.

הכנסת טכנולוגיית הזרקה מרוכבת מרובה רכיבים יכולה לעמוד בדרישות של אינטגרציה פונקציונלית וביצועית של חלקים בודדים, לחסוך בחומרי גלם יקרי ערך ולהפחית עלויות.

לטכנולוגיית Composite יש סיכויי יישום רחבים בתחומים רבים, כגון כלי חיתוך מקרביד או קרמיקה מוקשחים בפלדה, זרבובית מסגסוגת ברזל מפלדת אל-חלד מוקשחת משקעים, רכיבים אלקטרוניים מגנטיים ולא מגנטיים וכן הלאה.

למאמר הראשון והשני, אנא עיין במבוא המפורט יותר: [טכנולוגיה] טכנולוגיית הזרקת מתכת חדשה: μ- מבוא לתהליך MIM ו-2C-MIM

3. טכנולוגיית דפוס בעזרת גז (נוזל).

עקרון העבודה של יציקה בעזרת גז (נוזל) הוא הזרקת כמות מסוימת של חומר הזרקה מותך (חלק נפח של 50% ~80 אחוז) לתוך חלל התבנית, ולאחר מכן הזרקת גז בלחץ או מים מההמסה כדי להפוך את המוצר חלול. . חומר ההזרקה המותך מתרחב ומתאים במלואו לדופן הפנימית של חלל התבנית. מכיוון שהליבה של החלק העבה יותר של המוצר מתמצקת לבסוף, סביר להניח שחלק זה ייווצר חלול.

[CMPIM] תרשים סכמטי של תהליך חדשני של הזרקת מתכת וציוד יציקה בעזרת גז בטכנולוגיית עובש קשורה

מכיוון שהנפח משתנה עם הלחץ, מה שהופך את הגז לקטן הרבה יותר, קל יותר לשלוט בזרימת המים והיווצרות עובי דופן חלולה. עם תהליך יצירת הגוף בעזרת גז (נוזל), חופש העיצוב גדל, והמוצרים עם הבדלי עובי דופן גדולים קלים ליצירה; ניתן להפחית את לחץ ההזרקה, ופיזור הלחץ הפנימי של המוצר אחיד יותר; המוצר משתתף בהפחתת מתח, עיוות, קריסה ואיכות פני השטח; זה יכול לקצר את זמן הסרת השומנים, להפחית את צריכת החומרים ולהפחית את משקל החלקים.

טכנולוגיית הדפוס בעזרת גז (נוזל) יושמה בהצלחה בתחומי ראש גולף, ידית דלת, עבודות יד וכו', עם תוצאות יוצאות דופן.

4. טכנולוגיית עיבוד והרכבה של ריק הזרקה

למרות שהחוזק של ריק ההזרקה לפני הסרת השומנים נמוך בהרבה מזה של חלקי המתכת הסנטרים, עדיין יש לו חוזק מסוים שצריך לעבד ולחתוך.

ניתן ליישם את טכנולוגיית העיבוד של הוספה והפחתה של חומרים כדי לשנות את הגודל והצורה של הריק. ניתן לעבד את ריק ההזרקה לפני הסרת השומנים על ידי חיתוך שער, עיבוד קו פרידה, קידוח, שיוף והסרת חומרים אחרים.

מכיוון שהריק רך, הבלאי של הכלי מצטמצם מאוד. החוזק של הריק חלש וקל להינזק. הוא זקוק למהירות חיתוך גבוהה וקצב הזנה נמוך כדי לעמוד בדיוק העיבוד הממדיים הסופי.

תהליך ההרכבה המסורתי הוא חיבור החלקים הסינטרים, ואפשר גם לשלב את החלקים הריקים בהזרקה לפני הסרת השומנים. נכון להיום, ישנן שלוש שיטות לתהליך ההרכבה: ראשית, ריק היציקה הראשוני משמש כתוספת עבור ההזרקה השנייה; השני הוא יציקה מרוכבת של חומרים מרובי רכיבים; שלישית, הרכיבו את ריק ההזרקה הבודד לשלם לפני הסרת השומנים.

אם כל החלקים הריקים נוצרים על ידי הזרקה של חומרי הזרקה זהים, תכונת ההתכווצות התכווצות של סינטר שומנים יכולה להבטיח את השילוב הטוב שלהם; אם כל ריק מוזרק על ידי חומרי הזרקה שונים, יש לנקוט באמצעים למניעת סדקים ועיוותים.

שימוש בטכנולוגיה זו יכול לפשט את מבנה העובש ולהפחית את עלות העובש; חלקים בעלי צורה מורכבת יותר וקשה לעיבוד בטכנולוגיה מסורתית; יצירת חלקים מרוכבים עם דרישות ביצועים ופונקציונליות שונות או שמירת חומרי גלם יקרי ערך.

5. טכנולוגיית הוט ראנר

תבנית הזרקת ה-hot runner היא תבנית הזרקת התמצקות אמיתית שאינה רץ, וטכנולוגיית ה-hot runner היא טכנולוגיה מתקדמת בתהליך ההזרקה.

באמצעות טכנולוגיית עיצוב, ייצור ובקרה מדויקים, חומר ההזרקה בכל ערוץ הזרימה נשמר תמיד במצב מותך, מבלי לייצר עיבוי ערוץ זרימה, ריור, והתחממות יתר, הפרדה או פירוק של חומר ההזרקה.

מבנה הרץ החם מורכב בעיקר מזרבובית רץ ראשית, צלחת רץ, זרבובית, אלמנטי חימום ומדידות טמפרטורה, חלקי התקנה והידוק.

[CMPIM] תהליך חדשני של הזרקת מתכת וטכנולוגיית עובש קשורה - מבנה רץ חם

בשל הקושי הטכני הגבוה, כל מערכת הוט ראנר מעוצבת ומיוצרת בדרך כלל על ידי חברות מקצועיות. סט שלם של תבניות חמות מורכבות מתוכננות ומיוצרות במשותף על ידי מפעלי תבניות הזרקה מנוסים וחברות ציוד חם ראנרים כדי להבטיח הזרקה חלקה.

מבנה התבנית של מערכת ה-hot runner מורכב והעלות גבוהה, המתאים לייצור רציף המוני:

-כל תהליך ההזרקה קל יותר לממש בקרה אוטומטית על ידי שימוש במערכת הרץ החם ללא רץ לתהליך של הוצאת התבנית;

-אין ערבוב של חומרים ממוחזרים בראנר, מה שמשפר את יציבות תהליך הייצור ואת עקביות האיכות של מוצרים המיוצרים בכמויות גדולות;

-כאשר אובדן הלחץ בערוץ הזרימה מצטמצם, ניתן להפחית את לחץ ההזרקה, מה שמפחית את נטיית ההפרדה וההשפלה של חומר ההזרקה, מקטין את הלחץ השיורי של המוצר ומפחית את העיוות;

-זמן ההחזקה ארוך יותר ויעיל, מפחית את ההתכווצות של חלק ההזרקה, והצפיפות של כל חלק אחידה יותר;

-הוא יכול לייצר מוצרים בגודל גדול יותר, עובי דופן דק יותר, צורה מורכבת יותר ודיוק גבוה יותר;

-בשילוב עם השער הסמוי שלא ניתן להשתמש בו בתבנית MIM, ניתן לשפר את יעילות הייצור על ידי הפחתת העיבוד של השער הריק;

-חיסכון באנרגיה וייצור המוני יכולים להפחית עלויות.

6. טכנולוגיית נוסע מהיר

עלות הייצור של תבניות ייצור רגילות היא בדרך כלל גבוהה. במקרים רבים, יש צורך לייצר תבניות ניסוי כדי למצוא בעיות שעלולות להיתקל במהלך כל תהליך התכנון והייצור של האימות, ויש לשנות את התבנית הסופית. על מנת להתאים את עצמם למצב זה, צצו טכנולוגיות רבות של עובש מהיר או רך לייצור תבניות ניסיוניות שיכולות לעמוד בייצור ניסיוני של מאות חלקים.

כיום, סגסוגת אלומיניום, שרף אפוקסי מחוזק בחלקיקים, נחושת בריליום, פלדה דלת פחמן, נירוסטה וסגסוגת קובלט שימשו לייצור תבנית הזרקת מתכת רכה. הודות להיווצרותו הקלה, נעשה מדי פעם שימוש בסגסוגות אבץ, אלומיניום וביסמוט לייצור תבניות בדיקה ואבות טיפוס לדוגמא.

עם זאת, בשל שריטות ונזקים קלים, תבנית הייצור הסופית תשתמש בחומרים קשים.

זוהי טכנולוגיית תבנית חדשה יחסית לייצור תבנית הזרקת פלסטיק MIM עם חיי שירות מוגבלים המבוססת על עקרון התהליך של תבנית גומי סיליקון. יוצקים את הפלסטיק המותך סביב חלל תבנית האם. לאחר התמצקות והתקשות חותכים את הניילון ומוציאים את תבנית האם. נלחץ לתוך בסיס התבנית המוגבל, תבנית פלסטיק כזו יכולה לשמש כדי לעמוד במאות בדיקות הזרקה בלחץ נמוך.

טכנולוגיית אבות טיפוס מהירים בלייזר היא שיטה פשוטה מאוד לייצור עובש או אב טיפוס. הוא משתמש בהצטברות אינטגרלית של סריקת לייזר של אבקת פלסטיק או מתכת לייצור ישיר של חלל עובש. תהליך ייצור תבניות נוסף של טכנולוגיית לייזר מהיר של אב טיפוס הוא שימוש במודל שרף או נייר מוערם לייצור חלל התבנית על ידי יציקה מדויקת או אלקטרופורמינג.

פני התבנית המיוצרים בשיטות אלו מחוספסים יחסית והדיוק נמוך, שאינו יכול לעמוד בדרישות המחמירות של תבנית הייצור.

חלל התבנית או מרכיביו המשמשים בייצור אצווה גדול מאוד קלים ללבישה. טכנולוגיית כלי עבודה מהירים תהיה אמצעי טכנולוגי יעיל מאוד.

7. טכנולוגיית גיבוש הליבה מתמזגת

עבור חלקים עם ליבה מורכבת או מבנה מיוחד שקשה לפרוק אותם בשיטות קונבנציונליות, טכנולוגיית יצירת ליבות מתמזגות יכולה לפתור את בעיית הדפוס של חלקים כאלה.

הרעיון הבסיסי של טכנולוגיית יציקת הליבה הניתנת להיתוך הוא להפוך את מבנה הליבה לחלק מהחלק המורכב או שקשה לפרק אותו לתוך התוסף עם שרף, נייר, מתכת עם נקודת התכה נמוכה וחומרים אחרים. לאחר היציקה ושחרור התבנית, התוסף נשאר בחסר ההזרקה ואינו יוצא מיד. לאחר מכן מסירים את התוספות שנותרו בחסר ההזרקה לפני סינטרה על ידי התכה, פיצוח, פירוק ממס ושיטות אחרות.

בשיטה זו קל לבצע ייצור המוני של חלקים שקשה או בלתי אפשרי לייצור ישירות על ידי הזרקת מתכת קונבנציונלית, כגון קעור פנימי מסביב, חוט עדין וחוט קטן.