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MIMinUNEECMIMinUNEEC2013年粉末注射成形技术产业化现状及发展趋势暨粉末注射成形高峰论坛Dr.Q,CTOofMIMBU.&STDC@UNEEC邱耀弘博士,金属粉末射出成形事业处&策略性技术开发中心,台湾晟铭电子科技股份有限公司技术长V1.0,Sep.1th,2013粉末注射成形技术射料之备制、装备、使用以及回收管理MIMinUNEECMIMinUNEECAbstract摘要粉末注射成形﹐日本工业界形容其为第五代成形技术﹐主要特色在于使用固体材料的高温固态与部份液态扩散技术-烧结(Sintering)﹐让材料由粉体的状态固结成实体材料成为实用的产品。因此﹐本文探讨及在使用这门”聚沙成塔”之术﹐必须要从材料源头管理下手的重要性﹐这是目前国内业者必须要急起直追的要务!MIMinUNEECMIMinUNEECDifferencesinGlossary術語的差異英文原文国内惯用台湾惯用Injection注射、注塑(广东地方话:憋)射出Feedstock喂料、注射料射料、配料Green/Brownpart生坯/棕坯(绿件/棕件)生坯/棕坯Mixing密练混炼Binder助剂黏结剂De-binder脱黏、排胶脱脂Solventde-binding溶剂萃取脱黏溶剂脱脂Equipment装备设备OSF(OversizeshrinkageFactor)整体尺寸收缩因子MIMinUNEECMIMinUNEEC整列摆盘ContinuationoftopicsfromSH延续上海的议题脱脂/脱黏/排胶真空/大气烧结整型/二次加工表面/热处理成品混炼/密炼射料团块射料造粒注塑成形注件加工/修边金属原料/黏结助剂取代尚未未成熟完全成熟模拟分析快速成型钼舟/陶瓷盘国内成熟回收管理MIMinUNEECMIMinUNEECContent内容•射料系统的演绎•正确的选择粉体•装备•练习与统计-数学与科学的演进•回收料管理MIMinUNEECMIMinUNEEC射料系统的演绎MIMinUNEECMIMinUNEECProcessflowchartofMIM粉末注射成形的制造程序Shrinkageratio16~18%fromgreenparttosinteredpart烧结体比起生坯体会有16~18%的体积收缩率MIMinUNEECMIMinUNEECClassificationofbindersystem黏结助剂系统的分类De-bindingmethod脱黏结助剂方式Environment环境要求Method(Max.temp.)方式(最高温)Called名称通称Decompositioninsolutionenvironment于溶液中分解Solvent溶剂Dippingandheating視溶劑種類決定脫黏溫度浸泡于溶剂并加热Solventde-binding溶剂脱黏法溶脱Water水Dippingandheating(60~70)浸泡于水并加热Waterde-binding水解脱黏法水脱Decompositioninthermalenvironment于热气氛下分解Gasofnitricacid硝酸气体HeatingandCatalytic(120~170C)暴露于硝酸气并加热CATAMOLD催化脱黏法酸脱Vacuum真空Heating(25~600C)加热Thermalde-binding热脱黏法熱脱蜡基系统助剂塑基系统助剂此为国内惯用区分方式﹐但有差异的!助剂系统的区分因低温脱黏段的媒介而不同!目前专利技术尚由美德日掌握﹐脱黏设备和配方也尚未标准化﹐不建议在MIM上使用MIMinUNEECMIMinUNEECProcessofde-binding脱黏的程序•脱黏的目的–移除低分子量(Wax,SA等填充剂、界面活性寄与润滑剂等)–移除高分子量(POM,为BASF料之主填充剂)–创造多孔性坯体、以利气氛流动排除更多助剂、以及烧结的热气流动MIMinUNEECMIMinUNEECCharacteristicofdifferentde-bindingprocess不同脱黏的特征De-bindingmethod脱黏结助剂方式Environment环境要求Method(Max.temp.)方式(最高温)黏结剂重量损失率通称Decompositioninsolutionenvironment于溶液中分解Solvent溶剂Dippingandheating(60~70)浸泡于溶剂并加热95~98wt%低熔点蜡与其他(约总黏结剂量的50wt%)溶脱Water水Dippingandheating(60~70)浸泡于水并加热95~98wt%水溶性黏結劑与其他(约总黏结剂量的50wt%)水脱Decompositioninthermalenvironment于热气氛下分解Gasofnitricacid硝酸气体HeatingandCatalytic(120~170C)暴露于硝酸气并加热95~98wt%聚甲醛与其他(约总黏结剂量的80wt%)酸脱Vacuum真空Heating(25~600C)加热95~98wt%低熔点蜡与其他(约总黏结剂量的50wt%)热脱MIMinUNEECMIMinUNEECBindersystemofChina国内的黏结助剂系统•早期:将近100%外购射料(喂料)–德国巴斯夫(BASF)的塑基(POMsystem)系统–优点:不需要调料;不用高阶材料研发人员;工艺单纯–缺点:材料昂贵;无法对成份微调;技术掌握度控制于他人•中期:少量台湾与日系助剂–台湾厂与日本公司的配方﹐以蜡基(Waxbase)系统为主–优点:可大幅降低射料成本;可对金属材料微调;技术自有掌握–缺点:须有高阶材料研发人员;工艺须严格控制•近期:国内自行研发/BASF全面降价袭来–塑基与蜡基并行–优点:自主能力提升﹐促进产业与上下游整合–缺点:力争上游﹐必须更努力﹐缺乏精密检验技术(官、学协助)–注意重点:新一代BASF的便宜射料MIMinUNEECMIMinUNEEC正确的选择粉体MIMinUNEECMIMinUNEECThebestpowder-I最佳粉体-I•不是圆球(气喷法/羰基法)最好•不是多角形(水喷法或碾碎法)计算机数值仿真的最佳粉体型形状很像M&M巧克力糖气喷法或羰基法成形之球状粉水喷法或碾碎法成形之多角状粉R.M.German发表国际粉末注射成形期刊2007年3月份第一卷第一期第34~39页Dr.Q已经翻译并放至于百度文库,欢迎参考引用Powders,bindersandfeedstocksforpowderinjectionmolding粉末注射成形的粉末,黏结助剂与射料MIMinUNEECMIMinUNEECThebestpowder-II最佳粉体-II•双粒径分布–小粒径价格高,用量小填缝隙–大粒径成本低,用量大作填充•颗粒形状–圆颗粒易微调,优秀表面封孔性–角颗粒易保形,形状度确定MIMinUNEECMIMinUNEEC装备MIMinUNEECMIMinUNEECEquipmentsofMIMfeedstockpreparation射料准备的装备•测量装备(*可要求供货商提供或委外检验)–*激光(LASER)粒径分析仪﹐–*扫描式电镜(Scanningelectricmicroscopy,SEM)与元素散射分析(EDS)–高景深光学显微镜(Opticalmicroscopy,OM)–干压药碇模具–微小微克式/洛式硬度计–密度计与天平–游标卡尺与2.5D投影式电子量测仪(Opticalgaugingproducts,OGP)–万能拉伸试验机•射料备制装备–Z字粗大轴混炼机(国内有厂家可供应﹐必须注意轴心的设计)–标准模具(每家厂可以开出类似万能试验机拉伸用狗骨头试棒与圆饼)MIMinUNEECMIMinUNEEC日本制的专用混炼机可混炼体积:3公升(Liter)铁系列金属射料每次可混13公斤约两个小时内完成一次国产的专用混炼机可混炼体积:5公升(Liter)铁系列金属射料每次可混20公斤约两个小时内完成一次Kneaderwithabig“thickZ”screw粗壮的Z型螺杆混炼机MIMinUNEECMIMinUNEEC练习与统计-数学与物理学的协助MIMinUNEECMIMinUNEECnnVVVVMMMMVMVM..............321321:物体/混合物的密度M:纯物质/混合物的总质量V:纯物质/混合物的总体积M:混合物的个别质量之总和V:混合物的个别体积之总和Densityequationofphysical物理学上的密度公式MIMinUNEECMIMinUNEEC•重量–重量是可以利用来快速检验产品/原料、且可满足在线有效的测试数据。–利用天平﹑磅秤都可以快速有效获得•密度–必须根据查表得到的是”理论密度”–实际以密度计(使用阿基米得原理排水来获取体积数据)测量只能抽检居多,以此得到的是实际密度–实际密度/理论密度=相对密度(%,以百分比对应称呼)•体积–阿基米得原理,物体排开水的体积恰好与水的重量相等数值(其实严格来说是4C的水才算),即水1g=1c.c.=1cm3–体积数据取得最不容易判断,请注意。–注意到以模具射出过程﹐由于射出条件加上模穴尺寸确认﹐在相对的测量上﹐生坯重量的误差才是最容易检验测量的!Needtoknowtheconditions必须要知道的条件MIMinUNEECMIMinUNEECExample–IDensityofFe-2Nialloy计算范例-I.Fe-2Ni的计算密度•Fe,铁(元素表)可知密度为7874kg/m3=7.874g/cm3•Ni,镍(元素表)可知密度为8908kg/m3=8.908g/cm3–注意工业标示的Fe-2Ni是表示重量比(Fe-2wt%Ni,化学上常用的是莫耳比mol%或是体积比vol%,都是不同的)–因此要计算此材料的合金密度(实际上有些合金后会有体积膨胀或收缩,但在MIM界都假设合金化理论密度不变情形)•以100g总重量来分配,Fe=100-2=98g,Ni=2g•套之前密度公式,要求出个别材料的理论体积–Vol.ofFe=98g/7.874g/cm3=12,446cm3–Vol.ofNi=2g/8.908g/cm3=0.225cm3)(g/cm892.7225.0446.1229832VVMMNiFeNiFeNiFeVMVMMIMinUNEECMIMinUNEEC请以前页方式计算不锈钢316L的理论密度wt%SS-316L(100g)理论密度(g/c.c.)计算体积(c.c.)C0.022.2600.01Cr16.77.1402.34Ni12.288.9081.38Mo2.0410.2800.20Si0.472.3300.20Mn1.187.4700.16S0.171.9600.09P0.0281.8230.02Fe67.1127.8478.5510012.94计算密度(g/c.c.)7.73实际查SUS316L的密度约落于8.03~7.9g/c.c.之间MIM产业计算SUS316L都采用7.9g/c.c.﹐约有3%误差316L不锈钢是奥氏体不锈钢,晶体结构为面心立方,纯铁为体心立方结构,两种晶体结构的原子堆積密度不同,不宜直接用纯铁的密度来推算316L不锈钢密度。4系不锈钢为铁素体型或马氏体型,晶体结构与纯铁类似,建议用该类材料作为例证,误差会小很多MIMinUNEECMIMinUNEEC316L不锈钢是奥氏体不锈钢,晶体结构为面心立方,纯铁为体心立方结构,两种晶体结构的原子堆垛致密度不同,不宜直接用纯铁的密度来推算316L不锈钢密度。4系不锈钢为铁素体型或马氏体型,晶体结构与纯铁类似,建议用该类材料作为例证,误差会小很多MIMinUNEECMIMinUNEECExample–IIFeedstockofSUS-316L计算范例-II.SUS316L的射料调配•已经条件–知道
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