Fabricación avanzada: el moldeo por inyección de cerámica en auge

Aplicación de Inyección de cerámica tecnología de moldeo

Con el rápido desarrolloP.mGracias a la tecnología CIM, los productos de moldeo por inyección de cerámica se han aplicado en algunos aspectos

1. Un tercio de las cajas de los relojes suizos se producen mediante tecnología de moldeo por inyección de polvo cerámico, y el material es circonita, un material cerámico que nunca se desgasta.
2. Japón ha industrializado conectores de fibra de zirconio con un diámetro de orificio interior de 0,015 mm.
3. Estados Unidos ha logrado la producción de máquinas cortadoras de pelo de zirconio y la aplicación de componentes de nitruro de silicio en motores.
4. Se desarrolló el revestimiento cerámico del mezclador de precisión de doble hélice y las boquillas cerámicas con doble rosca en el Laboratorio Estatal Clave de Metalurgia de polvos de la Universidad Tecnológica del Sur Central de China. El sensor de zirconio fue desarrollado con éxito por la Facultad de Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong utilizando Tecnología CIM.

Diagrama de flujo del proceso básico de moldeo por inyección de cerámica

Polvo, aglutinante, dispersante, lubricante - mezcla - desgasificación granulación - inyección - desengrasado - Sinterización -- Pruebas de productos

Tecnología de moldeo por inyección de cerámica para requisitos de polvo cerámico

1. El polvo debe prepararse especialmente para lograr una densidad de llenado límite alta y un bajo costo.
2. El polvo no se aglomera.
3. La forma del polvo es principalmente esférica.
4. Existe suficiente fricción entre el polvo para evitar la deformación o el colapso del tocho tras retirar el aglutinante. En la mayoría de los casos, el ángulo de inclinación natural debe ser superior a 55°.
5. Para facilitar una sinterización rápida, debe tener un tamaño de partícula promedio pequeño, generalmente menos de 1 μm;
6. El polvo en sí es denso, sin poros internos;
7. La superficie del polvo está limpia y no reacciona químicamente con el aglutinante.

Sistema de aglutinante para moldeo por inyección

Los aglutinantes en el moldeo por inyección tienen dos funciones básicas.

En primer lugar, el polvo se puede mezclar uniformemente en la etapa de moldeo por inyección y puede tener una buena fluidez después del calentamiento;

En segundo lugar, el aglutinante puede mantener la forma del cuerpo después del moldeo por inyección y durante el desengrasado.

Se puede decir que el aglutinante es fundamental en la tecnología de moldeo por inyección de polvo, y cada mejora y avance en el proceso de moldeo por inyección conlleva el surgimiento de un nuevo sistema de unión. En el CIM, debido a que el tamaño de partícula del polvo es menor que el del moldeo por inyección de polvo metálico, la fluidez del polvo es deficiente y la separación entre el polvo y el aglutinante después de la mezcla es muy pequeña, lo que dificulta el desengrasado y plantea requisitos más exigentes para el aglutinante. Por lo tanto, como aglutinante para moldeo por inyección de cerámica, se deben cumplir las siguientes condiciones:

1. Buena movilidad. La viscosidad del moldeo por inyección debe ser moderada. Si es demasiado alta, el polvo no se dispersa eficazmente en el aglutinante, lo que dificulta la mezcla y la uniformidad del tocho, lo que facilita la aparición de defectos de moldeo. Una viscosidad demasiado baja provocará la delaminación del polvo cerámico y del aglutinante, y la viscosidad no debe fluctuar demasiado con la temperatura; de lo contrario, se producirán defectos.

2. El aglutinante debe humedecer bien el polvo y tener una buena adhesión. Para mejorar su humectación, se suelen añadir tensioactivos para reducir la viscosidad de la mezcla y aumentar su fluidez. Al mismo tiempo, el aglutinante humedece las partículas, generando capilaridad que las adsorbe y evita la deformación del cuerpo. Para garantizar la estabilidad del tocho, el polvo debe ser inerte respecto al aglutinante.

3. El aglutinante está compuesto de materia orgánica multicomponente. Es difícil que un solo aglutinante orgánico cumpla con los requisitos de fluidez, y tras desengrasarse uno de los componentes, se forma una porosidad abierta que favorece la eliminación del aglutinante restante. La práctica ha demostrado que la velocidad de desengrasado del aglutinante multicomponente es mucho mayor que la del aglutinante monocomponente, y los defectos son mucho menores. Por supuesto, los polímeros orgánicos con aglutinantes multicomponente son compatibles.

4. El aglutinante presenta una alta conductividad térmica y un bajo coeficiente de expansión térmica. Esto no solo evita los defectos causados ​​por el estrés térmico, sino que también reduce el choque térmico en la carrocería y reduce los defectos.

5. Además, el aglutinante también debe ser no tóxico, no contaminante, no volátil, no absorbente de humedad y el rendimiento de calentamiento cíclico no debe cambiar.

Comparación de las ventajas y desventajas de varios sistemas de aglutinantes

Varios aglutinantes comunes en CIM se componen

En los últimos años, los aglutinantes más comunes se han utilizado en diversos procesos de moldeo por inyección de polvo cerámico a nivel mundial. Como se puede observar en la tabla, los aglutinantes utilizados en CIM pertenecen principalmente al sistema multicomponente termoplástico.

Preparación de la mezcla CIM

Una mezcla es una combinación de polvo y aglutinante. En todo el proceso de moldeo por inyección, la preparación de la mezcla de polvo y aglutinante polimérico es uno de los pasos más importantes. El proceso requiere que la mezcla tenga buena homogeneidad, buenas propiedades reológicas y buenas propiedades desengrasantes.

Para la tecnología de mezclado seleccionada, la clave reside en la adecuación de la velocidad, la temperatura y el tiempo. Sin embargo, si la velocidad y la temperatura de mezclado son demasiado bajas, el tiempo de mezclado no será uniforme, independientemente de la duración.

El problema reológico del PIM es principalmente la evaluación y caracterización de la viscosidad de la mezcla.

Moldeo por inyección

El objetivo del moldeo por inyección es obtener un cuerpo de moldeo CIM sin defectos y con una disposición uniforme de partículas en la forma deseada. La mezcla preparada generalmente se puede inyectar en una máquina de moldeo por inyección de plástico convencional o en una máquina especial de inyección de polvo. Los parámetros del proceso de moldeo incluyen la temperatura, la presión y la velocidad de inyección, el tiempo de mantenimiento de la presión, el tiempo de enfriamiento para mantener la presión y la temperatura del molde. Si los parámetros del proceso no se controlan adecuadamente, es fácil que se produzcan diversos defectos. Los defectos de inyección no se pueden eliminar en el proceso posterior, por lo que este debe controlarse estrictamente, lo cual es fundamental para mejorar el rendimiento del producto y el aprovechamiento del material.

Piezas de moldeo por inyección de zirconio

Control de defectos en el proceso de moldeo por inyección de cerámica

El control de defectos en el proceso de moldeo por inyección se puede considerar desde dos perspectivas: por un lado, se establece la relación entre la temperatura, la presión y el tiempo de moldeo; por otro, se define el flujo de alimentación en la cavidad del molde durante el llenado. Dado que la mayoría de los productos CIM son piezas pequeñas con formas complejas y requisitos de alta precisión, el flujo de la mezcla en la cavidad del molde implica aspectos de diseño del molde, como la ubicación del puerto de alimentación, la longitud del canal de flujo, la ubicación del orificio de ventilación, etc., lo que requiere un conocimiento preciso de los parámetros de flujo de la mezcla, la temperatura en la cavidad del molde y la distribución de la tensión residual.

Sinterización de cerámica

El proceso de sinterización Se utiliza principalmente para controlar el crecimiento del tamaño de grano de la cerámica, obtener los materiales de fase requeridos y garantizar la alta densidad de sinterización y el cuerpo sinterizado cerámico denso.

El proceso de sinterización tiene dos parámetros importantes: temperatura de sinterización y tiempo de sinterización.

Nuevo proceso de moldeo por inyección de cerámica

El moldeo por coinyección de polvo (PCM) es un nuevo desarrollo del moldeo por inyección de polvo. Esta técnica utiliza una máquina de moldeo por inyección de doble cilindro para inyectar sucesivamente dos mezclas diferentes de polvo y aglutinante en la cavidad del molde. Este proceso permite realizar el tratamiento superficial durante el moldeo por inyección, en lugar de después de la preparación del producto final. La preparación y el tratamiento superficial del producto pueden completarse en un solo proceso, lo cual resulta muy atractivo desde el punto de vista técnico y económico.

Tecnología de moldeo por inyección a baja presión, en términos del proceso de inyección en sí, el proceso de inyección a baja presión es mejor que la inyección a alta presión. La alimentación con una viscosidad general de entre 1,5 y 4,0 Pa.s se puede realizar mediante aire comprimido a 0,8 MPa, lo que permite la eliminación del sistema hidráulico, el pistón de inyección y el sistema de biela en los equipos tradicionales. Las ventajas de la zona de inyección de baja presión, el bajo gradiente de presión en la zona de inyección verde, el bajo desgaste del molde, la alimentación antiadherente del molde, la prevención de la contaminación causada por el desgaste del pistón de inyección y la no separación del polvo/aglutinante, son evidentes. Además, el equipo ofrece un bajo consumo de energía, un tamaño compacto, una estructura simple y un bajo coste.