金属粉末射出成形技術に関するディスカッション

Jul 26, 2023

金属粉末射出成形技術に関するディスカッション

粉末射出成形（PIM）は、金属粉末射出成形（MIM）とセラミック粉末射出成形（CIM）の2つの部分で構成されており、新しい金属、セラミック部品の製造技術であり、粉末冶金分野へのプラスチック射出成形技術です。新たな部品加工技術を確立しました。

セラミック粉末射出成形 (CIM) は、最新の粉末射出成形 (PIM) 技術の一分野であり、多くの特別な技術的利点を備えています。大量生産を迅速かつ自動的に行うことができ、プロセスを正確に制御できます。流動充填金型のため、グリーン密度は均一です。高圧射出により、混合物中の粉末含有量が大幅に増加し、焼結製品の収縮が減少し、製品サイズが正確で制御可能となり、公差は±{{0}}に達する可能性があります。1パーセント ~ 0.2 パーセント、パフォーマンスが優れています。機械加工を行わない、または微細加工のみを行うため、準備コストが削減されます。十字穴、斜め穴、凹凸面、ネジ山、薄肉、難削材のセラミック特殊形状部品など、複雑な形状の成形が可能であり、幅広い用途が期待できます。

まずは粉末射出成形工程

意味

金属粉末射出成形は、要件を満たす金属粉末と樹脂バインダーを選択し、粉末と樹脂を一定の温度で均一な射出ペレットに混合します。造粒後、得られた成形ブランクを脱脂処理後、焼結、緻密化して最終製品を得る。

これは、金属またはセラミック粉末を原料として使用するという点で、従来の射出成形とは大きく異なります。粉末自体の流動性が低いため、一定の温度で大量のバインダーを加えて均一な流動性飼料に混合し、均一な粒子サイズにする必要があります。

アプリケーションの特性

1、金型のコストが非常に高く、特に大量生産の場合、金型は高硬度の耐摩耗性材料で製造する必要があり、材料コストが非常に高い。

2、原料のコストが高く、多くのプロセスステップ、高いプロセス要件。

3、主に複雑な形状で使用され、他の方法では加工が難しい、または加工できない製品でもあります。

第二に、プロセスの比較

第三に、粒状材料

ペレットの調製には次のものが含まれます

粉末金属粉末

MIMプロセスで使用される金属粉末の粒径は一般的に0.5~20μmです。理論的には、粒子が細かいほど比表面積が大きくなり、成形や焼結が容易になります。従来の粉末冶金プロセスでは、40μmを超える粗い粉末が使用されます。

有機接着剤

有機接着剤の役割は、金属粉末粒子を結合し、射出成形機のバレル、つまり粉末の流れを駆動するキャリア内で加熱されたときに混合物がレオロジー特性と潤滑性を発揮できるようにすることです。したがって、接着剤の選択は粉末全体のキャリアとなります。したがって、接着力の選択が粉末射出成形全体の鍵となります。有機接着剤の要件:

1. 投与量を減らし、接着剤を少なくすると、混合物のレオロジーが向上します。

2. 接着剤を除去する過程で金属粉末との反応や化学反応がありません。

3. 取り外しが簡単で、製品にカーボンが残りません。

集計

これは、粉末とバインダーのバランスの取れた関係を示しており、両者の適切な割合が射出成形の成否を決定する鍵となります。低分子量バインダーを使用すると粘度が下がり、成形が容易になります。適格な粒子は、バインダー内に均一に分散された粉末である必要があり、凝集したり細孔が存在したりすることはできません。粉末の分布が不均一であると、粒子の粘度が不安定になります。成形や焼結には不向き

(a) 結合剤が多すぎる、粒子の粘度が小さい、金属粒子間の接触が不十分、脱脂後の変形が大きく、製品の崩壊につながることもあります。

(b) 結合剤が少なすぎる、粒子の粘度が高い、注入が非常に困難、脱脂後に細孔が形成されやすく、焼結後に製品の亀裂が発生しやすい。

第四に、粒状材料 - 混合

混合は、金属粉末とバインダーを混合して均一な顆粒を得るプロセスです。ペレットの特性が最終的な射出成形製品の性能を決定するため、混合ステップは非常に重要です。

混合工程

（ａ）表面処理された金属またはセラミック粉末を結合剤に添加し、これら２つを均一に混合して複合粉末系を得る。

（ｂ）複合粉末を加熱して結合剤を溶融する。

(d) 合金粉末が酸化し、混合不良を起こす場合。

（ｅ）粒子を均一にするためには、粉末粒子が小さかったり、形状が不規則であったりするため、均一に混合するには混合時間を長くする必要がある。混合時間を長くすると混合の均一性は高まりますが、樹脂は酸化分解しやすいため、一部の金属や均一性を前提にできるだけ混合時間を短くします。

(f) 混合後のペレットは、粉砕機や造粒機（通常 3mm 程度の粒）に加工され、射出成形原料となります。

五、射出成形

射出成形は、一定の圧力と温度の下で、プランジャーまたはスクリューを押し込み、粒状溶融物の流れと温度を均一にして金型キャビティに充填し、制御された条件下で溶融物を凝固させ、金型キャビティからビレットを射出して射出成形するまで冷却します。三次元の複雑な形状と構造を形成します。この段階は、従来の冶金学におけるプレス成形とはまったく異なり、プラスチック産業の成形プロセスに似ています。

1. 射出時には、ノズルが流路の近くにあり、スクリューが前方に押し出され、加圧後に供給シリンダーが押し出され、金型キャビティが充填されます。金型キャビティを満たすのに十分な送りがあると、スクリューの回転が停止します。理想的な金型充填は、金型壁に沿って金型キャビティを徐々に充填することです。厚いビレットではスクリューをより速く前進させる必要があり、薄い部品ではその逆になります。

>充填率が高すぎると、注入、気泡、はんだ跡、または充填不完全（空気が抜けない）が発生します。 (射出圧力と金型充填率が高い、フィード粘度が低い、すべて射出の原因)

>充填速度が遅すぎると、供給冷却が早まり、充填が不完全になり、充填が短くなります。 (ペレット射出温度の管理が不適切な場合もこの現象が発生する可能性があります)

2. スクリューがトップノズルに到達すると、フィードを加圧する工程が圧力保持工程となります。・成形ブランクを金型から取り外して射出成形は終了します。

>型開き温度は、型から取り出すときにブランクの形状を維持するために必要な臨界温度よりも低くする必要があります。

>開口圧力は、成形ブランクが固着せずに解放されるのに必要な大きな圧力よりも低くなければなりません。

>型開き圧力と温度は一定の範囲内である必要があり、製品の変形、金型の固着、金型の傷、製品表面の縮み穴や凹みの発生を防ぐことができます。

六、脱脂

脱脂は金属粉末射出成形における独特のステップであり、ビレットから約 30% -50 パーセント (体積分率) の結合剤を除去する必要があり、従来の粉末に含まれる少量の界面活性剤の除去とは完全に異なります。冶金。

2 つの基本プロセス

(1) バインダーの熱分解→化学反応過程。

(2) 分解ガスがスラブ表面から外部大気中へ移動 → 物理的熱と物質移動プロセス。
7. 焼結

従来の粉末冶金成形体は一般に、焼結前の相対密度が 90 パーセントを超えており、完全な緻密化には気孔の約 10 パーセントを除去するだけで十分です。脱脂後、焼結前の粉末射出成形ビレットの相対密度はわずか 60% であり、その焼結の性質は粉末焼結であるため、難易度が高くなります。金属粉末射出成形製品の焼結成功基準: 前提条件の制御性と再現性を備えた製品の精度と性能を確保し、その密度が要件を満たすこと。

焼結では大きな収縮が起こり、この収縮が焼結の主な目的ですが、変形も引き起こします。 → 製品精度を確保するための焼結成形工程

◆加熱速度をコントロールすることで部品のコンパクト化を促進します。

1) 低速加熱により低温焼結段階では表面拡散が支配的になるが、焼結駆動力を消費しながらビレットを緻密化することは困難である。

２）特定の温度範囲への急速加熱。この温度範囲では体積拡散が活発になり、急速加熱により粒子の成長を制御できるが、細孔も発達して縮小する。

◆焼結時に液相が生成し、ビレットの緻密化に寄与します。

1) 液相により材料の移動速度が向上し、焼結が速くなります。

2) 液相は粒子に毛細管力を及ぼします。これは大きな外圧と同じです。

３）成分の１つを溶融することにより、所望の液相を形成することができる。

◆焼結工程

1) 初期段階: 焼結ネックの形成と成長。

２）中間段階：焼結ネックが成長し、粒界につながった細孔ネットワークを形成する。

3) 最終段階: 細孔の形状は円筒形になり、粒界にいくつかの小さな細孔のみが残ります。