金属射出成形の基本的な手順

金属射出成形の基本的な手順

の基本的なプロセス手順金属射出成形まず、MIMの要件を満たす金属粉末とバインダーを選択し、適切な方法で粉末とバインダーを特定の温度で均一なフィードに混合します。 造粒後、射出成形を行う。 形成されたブランクは、脱脂処理後に焼結され、最終製品に緻密化されます。

1. MIM粉末とミリング技術

MIM には原料粉末に対する高い要件があり、粉末の選択は混合、射出成形、脱脂、および焼結を助長する必要があり、これはしばしば矛盾します。 MIM 原料粉末の研究には、粉末形状、粒子サイズ、粒子サイズ組成、比表面積などがあります。MIM に適した原料粉末の特性を表 1 に示します。

MIM 原料粉末の細かい要件により、MIM 原料粉末の価格は一般的に高く、中には従来の PM 粉末の 10 倍の価格のものもあります。 これは、MIM テクノロジの幅広いアプリケーションを制限する重要な要因です。 現在、MIM用原料粉末の主な製造方法には、カルボニル法、超高圧水アトマイズ法、高圧ガスアトマイズ法などがあります。

2.バインダー

BinderはMIM技術の中核です。 MIM では、バインダーには 2 つの基本的な機能があります。射出成形に適した流動性を高めることと、グリーン ブロックの形状を維持することです。 さらに、除去が容易で、毒性がなく、コストが妥当であるという特性も備えている必要があります。 そのため、さまざまなバインダーが登場しました。 近年、経験に基づく選択からバインダーの脱脂方法や機能への要求へと徐々に変化してきており、接着剤システムの開発方向が狙われるべきです。

バインダーは一般に低分子成分と高分子成分に必要な添加剤を加えたもので構成されています。 低分子成分は粘度が低く、流動性が良く、除去が容易です。 ポリマー成分は、フォーミングブランクの強度を維持するために高い粘度と強度を持っています。 この 2 つが適切に配合され、高い粉体積載量が得られ、最終的に高精度で均一性の高い製品が得られます。

3.ミキシング

混合とは、金属粉末と結合剤を混合して均一なフィードを得るプロセスです。 フィードの性質が最終的な射出成形製品の性能を決定するため、混合プロセスは非常に重要です。 これには、バインダーや粉体の投入方法や順序、混合温度、混合装置の特性など、多くの要素が関わってきます。現時点では、この工程は経験に頼るレベルにとどまっています。 混合プロセスの最終評価の重要な指標は、飼料の均一性と一貫性です。

MIM フィードの混合は、熱効果とせん断力の複合作用の下で完了します。 混合温度が高すぎると、バインダーが分解したり、粘度が低いために粉末とバインダーが分離したりする可能性があります。 せん断力は、混合方法によって異なります。 MIM の一般的な混合装置には、2 軸スクリュー押出機、Z 型インペラー ミキサー、1 軸スクリュー押出機、プランジャー押出機、ダブル プラネタリー ミキサー、ダブル カム ミキサーなどがあります。これらの混合装置は、{{1 }}パス・秒。

混合方法は、一般的に高融点成分を加えて溶解させた後、冷却し、低融点成分を加え、金属粉末を数回に分けて加えます。 これにより、低融点成分のガス化や分解を防ぐことができます。 金属粉を一括投入することで、急冷による急激なトルク上昇を防ぎ、設備ロスを低減します。

異なる粒子サイズの粉末を一致させる供給方法について、日本の特許は次のように紹介しています。最終製品の収縮がほとんど変わらないように、粉末サイズは5um以下です。 粉末の周りに接着剤の層を均一にコーティングするために、金属粉末を直接高融点成分に加え、次に低融点成分に加え、空気を除去することもできます。 例えば、Anwar は PMMA 懸濁液をステンレス鋼粉末に直接加えて混合し、次に PEG 水溶液を加えて乾燥させ、攪拌しながら空気を除去しました。 O'Connor は溶媒を使用して混合します。最初に SA と粉末を乾式混合し、次にテトラヒドロフラン溶媒を加え、次にポリマーを加えます。 加熱によりテトラヒドロフランが逃げた後、粉末を加えて混合し、均一な飼料を得る。

4.射出成形

射出成形の目的は、欠陥がなく、粒子が均一な MIM グリーン ボディの所望の形状を得ることです。 図 1 に示すように、まず粒状原料を一定の高温に加熱して流動性を高め、金型キャビティに注入して冷却し、必要な剛体の形状を得てから、金型から取り出します。 MIM フォーミング ブランクを取得します。 このプロセスは従来のプラスチック射出成形プロセスと同じですが、MIM フィードの粉末含有量が高いため、射出成形プロセスのプロセス パラメータやその他の側面に大きな違いがあります。 制御を誤ると、さまざまな不具合が発生しやすくなります。

5.脱脂

MIM 技術の出現以来、さまざまなバインダー システムを使用して、さまざまな MIM プロセス パスと脱脂方法が形成されてきました。 脱脂時間は、最初は数日でしたが、現在は数時間に短縮されています。 脱脂工程に関しては、すべての脱脂方法は大まかに2つのカテゴリに分けることができます。1つは2段階脱脂方法です。 二段脱脂法には、溶剤脱脂＋加熱脱脂、サイフォン脱脂－加熱脱脂などがあります。 一段脱脂法は、主に一段加熱脱脂法です。 現在、最先端の製法はアメタモールド製法です。 以下に代表的なMIM脱脂方法をいくつか紹介します。

6.焼結

焼結は、MIM プロセスの次のステップです。 焼結により、粉末粒子間の気孔がなくなり、MIM 製品が完全に高密度またはほぼ完全に高密度になります。 金属射出成形技術では多数のバインダーを使用するため、焼結中の収縮が非常に大きく、その線形収縮率は一般に 13% - 25% に達するため、変形制御と寸法精度管理。 特にMIM製品は複雑な形状の成形品が多いため、この問題はますます顕著になります。 均一な送りは、最終焼結製品の寸法精度と変形制御の重要な要素です。 高い粉末圧縮密度は、焼結収縮を低減でき、焼結プロセスと寸法精度管理にも役立ちます。 鉄系、ステンレス製品の場合、焼結時のカーボンポテンシャル制御も課題です。 現在、微粉の価格が高いため、粗粉ビレットの強化焼結技術を研究することは、粉末射出成形の製造コストを削減する重要な方法です。 この技術は、現在の金属粉末射出成形の重要な研究側面です。