7/23/2019 Curs Pim

1/49

FORMAREA PRIN INJECTIE A PULBERILOR

Prof. Dr. Ing. Liviu Brandusan

7/23/2019 Curs Pim

2/49

Bibliogra!"

#. L. Brandusan$ %iao Ping An$ For&ar!a 'rin in(!)*i! a 'ulb!rilor$ Edi*ura Tod!s)o$ Clu(+Na'o)a$ ,--

,. /. /on*!a$ M. Mangra s.a. M!*alurgia 'ulb!rilor$ T!0nologii d! lu)ru si a'li)a*ii$ Edi*ura

Univ!rsi*aria$ Craiova$ #1112. 3 3 3 4andboo5$ 'ar*!a PIM6. 7. /. U'ad08a8a$ Po9d!r M!*allurg8 T!)0nolog8$ Department of Materials and

Metallurgical Engineering, Indian Institute of Technology, Kanpur, India, CAMBRID7EINTERNATIONAL /CIENCE PUBLI/4IN7$August 2002, Capitolul 9

7/23/2019 Curs Pim

3/49

INTRODUCERE"INTRODUCERE"

Prin presare

uniaxiala

Prin presare

izostatica

Prin

extrudare

Prin

laminare

La obtinerea pieselor prin metalurgia pulberilor seaplica diferite procedee de fromare:

-presare bilaterala;-

presare multipla;-presare in matrita la cald.

-presare izostatica la rece;-

presare izostatica la cald;-presare triaxiala.

FORMAREA PR! !"E#$E

+

7/23/2019 Curs Pim

4/49

FORMAREA PR! !"E#$E A P%L&ERLOR

#ombina doua te'nologii

Procedeul de formare prin specificin(ectiei materialelor polimerice

Procesul de sinterizare si operatiilepostsinterizare specifice obtineriimetalurgiei pulberilor

n procesul de formare se utilizeaza atatmateriale polimerice) cat si pulberi metalice

Ec'ipamentele de formre sunt cele specifice in(ectiei

materialelor polimerice *masina de in(ectat) matrite+.

7/23/2019 Curs Pim

5/49

#e s,a urmarit prin aplicarea noii te'nologii-

Obtinerea unor componente asemenea celor din materialepolimerice dar din pulberi metalice sau ceramice

Prin ce se caracterizeaza aceste componente

#omplexitateridicata

Productiitateridicata

#osturiscazute

/ensitateuniforma

7/23/2019 Curs Pim

6/49

0imple #omplexitate #omplexe Foarte medie complexe

Piesele) de form1 complex1) ob2inute prin in(ectarea materialelor plasticesunt foarte mult utilizate 3n sistemele inginere4ti 4i 3n produc2ie.

5aria2ia costurilor 3n func2ie de procedeul de elaborare a pieselor4i complexitatea acestora.

Atentie: 0unt anumite categorii de pulberi care se formeaza greu prin

procedeele clasice ale metalurgiei pulberilor

7/23/2019 Curs Pim

7/49

#antitate

#omplexitate

PM*formarea prin in(ec2ie a

pulberilor:

$urnare de precizie

Presareapulberilor

Prelucr1rimecanice

mic1 mare

Aanta(ele PM 3n compara2ie cu alte procedeete'nologice.

7/23/2019 Curs Pim

8/49

Performan21

ridicat1

#ost

sc1zut

Form1complex1

PM

/iagrama 5enn de 3mbinare a

aanta(elor te'nologiei PM.

7/23/2019 Curs Pim

9/49

Polimer

Metal #eramic1

/omeniul de aplicare a PM 3n diagramaternar1 compus1 din metale) ceramice 4i

polimeri.

#ompozite

/omeniul PM

7/23/2019 Curs Pim

10/49

#omponentul Aplica2ie Propriet12i de baz1 MaterialMiez $urnare 3n form1 Model permanent Alumin1,0ilice/uz1 Pulerizator ap1 Rezisten21 la uzur1 Alia( dur

&r12ar1 6n stomatologie Rezisten21 la coroziune)durabilitate O2el inoxidabil

P7rg'ie Automobile Rezisten21 mecanic1 O2elAlimentatorturbo Automobile Rezistent la temperatur1 ridicat1 #arbur1 de siliciu

Pensete Medicin1 Rezisten21 la coroziune O2el inoxidabil0ubstrat Microelectronic1 #onductibilitate termic1) dilatare 8olfram,cupru9urub de3nc'idere Motorul aioanelor Rezisten21 0uperalia(e

#ompresor Motorul rac'etelor Rezisten2a mecanic1 4i rezisten21 la4oc termic !itrur1 de siliciu

Element det1iere $1ierea lemnului

/uritate) rezisten21) rezisten21 lauzur1 Alia(e dure

nel de basculare Ma4in1 de scris Rezisten21 mecanic1 O2el6ntinz1tor Atritor Rezistent la coroziune 4i la uzur1 Alia(e dure6neli4 de tub O2el turnat Rezisten2a termic1) eroziune Alumin1

#apsul1ermetic1 Microelectronic1 /ilatare termic1 Alia( de Fe,!i,#o

Miez magnetic #amer1 motor Propriet12i magnetice FierPiese for(ate Monede 4i bi(uterii /uctilitate Aur6n1l21tor Arm1 de foc Rezisten21) estetic1 O2el&r12ar1 #eas de m7n1 Estetic1) rezisten21 la coroziune O2el inoxidabil

Exemple de aplicaii ale procesrii prinPIM

7/23/2019 Curs Pim

11/49

Ec'ipamenteinformatice si detelecomunicatii

Ec'ipamente deautomatizare

0cule

nc'izatori

Elemente pentruec'ipamentesportie

Piese pentru automobile

#omponentemedicale si de

prcizie

#omponente pentruinstrumente muzicale

APLICATII

7/23/2019 Curs Pim

12/49

#arcase de ceas din o2el inoxidabil

ob2inute prin PM.

Piese pentru armament din pulbere

pe baz1 de fier ob2inute prin PM.

Piese pentru sport realizate dinalia(e grele prin PM.

$urbine ceramice ob2inute prinPM.

7/23/2019 Curs Pim

13/49

LiantLiantOmogenizareOmogenizare ranulareranulare

Formare prin in(ec2ieFormare prin in(ec2ie

Principalele etape ale procesului PM.

/eliere/eliere 0interizare0interizare FinisareFinisare ProdusProdus

PulberePulbere

7/23/2019 Curs Pim

14/49

Pulbere Liant Aditivi

Omogenizare

Granulare Injectare

Deliere chimicaDeliere termicaSinterizarePiesa Sinterizata

Pulbere Liant Aditivi

OmogenizareGranulare Injectare

Deliere chimicaDeliere termicaSinterizarePiesa Sinterizata

0c'ema procesului te'nologic de formare prin in(ec2ie.

7/23/2019 Curs Pim

15/49

Etapeleprocesului deformare prin

in(ectie

stabilirea 4i selectarea pulberiinecesare procesului PM

stabilirea liantuluicorespunz1tor 4i a aditiilor

omogenizarea pulberii)liantului 4i aditiilor

granularea amestecului depulbere 4i liant *feedstoc+

formarea pieselor prinin(ectarea feedstoc,ului 3ntr,o matri21 3nc'is1

supunerea pieselor formateunui proces de eliminare aliantului *deliere+

consolidarea compactelor prinsinterizare

opera2ii de prelucrare

ulterioare sinteriz1rii

tratamente termice) opera2iide densificare) prelucr1rimecanice etc.

la temperaturacorespunz1toarecomponentului principal

scopul, ob2inerea unorgranule omogene din punctde edere dimensional 4i

compozi2ional

scopul,ob2inerea unui

amestec plastifiant*feedstoc+ care s1 aib1propriet12ile r'eologice

7/23/2019 Curs Pim

16/49

PULBEREA"PULBEREA"

#unoa4terea caracteristicilor pulberiipermite controlul riguros al procesului deformare prin in(ec2ie. 0tudiile teoreticefundamentale iau 3n considerare opulberea sferic1 4i monogranular1. Acestlucru) 3ns1) este nerealist.

Pulberea real1 prezint1 o distribu2ie am1rimii 4i formei granulelor 4i) adesea)manifest1 aglomer1rii sau este 3nso2it1 deun efect de coeziune 3ntre particule. Acesteaspecte nu pot fi pre1zute 4i luate 3nconsiderare 3n modelul de 3mpac'etare

*aran(are+ a granulelor 3n compact.

maginile 0EM ale unor pulberi folosite 3n PM.a. pulbere de nic'el carbonil;b. pulbere redus1 de molibden;c. pulbere de o2el atomizat1 cu gaz;d. Pulbere alia( de

7/23/2019 Curs Pim

17/49

Pulberile folosite 3n PM au o densitate de 3mpac'etare frac2ional1 cuprins1 3ntre=)> 4i =)? din cea teoretic1. #el mai adesea) aceast1 densitate se afl1 undea 3napropierea alorii de =)@.

O distribu2ie larg1 a m1rimii particulelor influen2eaz1 gradul de 3mpac'etaredeoarece amestecarea particulelor de diferite dimensiuni faorizeaz1 combinarealor pentru ocuparea 3n propor2ie mai mare a 3ntregului olum.

#antitatea optim1 a fazei solide *pulbere+ aflat1 3n amestecul utilizat la formareaprin in(ec2ie depinde de:caracteristicile pulberii)distribu2ia granulometric1 a acesteia)forma granulelor)frecarea dintre particule 4itendin2a lor de aglomerare.

7/23/2019 Curs Pim

18/49

Forma granulelor are un efect importantasupra bunei desf14ur1ri a procesului PM.

Particulele neregulate manifest1 o mai bun1 p1strare a formeicompacte 3n timpul 4i 3n urma procesului de 3ndep1rtare a liantului.radul de 3mpac'etare 4i densitatea acestuia sunt influen2ate 3nmod negati de aceast1 form1 neregulata a granulelor.

6n practic1 se urm1re4te realizarea unui compromis care presupuneutilizarea unei pulberi formate dintr,un amestec de particule deform1 sferic1 4i neregulat1.

0e ob2ine o mas1 de pulbere care permite at7t la atingerea unui 3naltgrad de 3mpac'etare) c7t 4i ob2inerea unor propriet12i de rezisten21specifice compactului.

7/23/2019 Curs Pim

19/49

/eci) in practic1 se urm1re4te realizarea unuicompromis care presupune utilizarea uneipulberi formate dintr,un amestec departicule de form1 sferic1 4i neregulat1.

Pentru alegerea unei pulberi care s1satisfac1) 3n mare m1sur1) cerin2eleimpuse de procesul de formare prinin(ec2ie este necesar s1 se cunoasc1

urm1toarele caracteristici ale granulelor:

m1rimea granulelor 4i distribu2ia acestora;forma particulelor 4i aria2ia ei 3n raport cu

m1rimea granulei;m1rimea suprafe2ei granulei;aspectul suprafe2ei granulelor;frecarea dintre particule;structura intern1 a particulelor;aria2ia compozi2iei c'imice *gradientul c'imic+;

alte materialele utilizate 3n amestecul de pulbere.

#aracteristicile pulberii suntimportante pentru stabilireate'nologiei de ob2inere apieselor.Ele sunt 3n mare m1sur1

determinate de procedeul 4iparametrii procesuluite'nologic de elaborare.

7/23/2019 Curs Pim

20/49

0ub aspect general frecarea dintre particulese leag1 de dou1 aspecte principale:curgerea pulberii 4i 3mpac'etarea granulelor.

#u cre4terea ariei suprafe2ei granulelor)aloarea frec1rii dintre ele) 3n timpuldeplas1rii unei mase de pulbere) cre4te.

o mai mic1 eficien2a acurgerii 4i a procesuluide 3mpac'etare.

O frecare mare dintre

particule conduce la sc1dereacapacit12ii de 3mpac'etare 4ide formare prin in(ec2ie.

O frecare sc1zut1 3ntreparticule creaz1 problemelegate de rezisten2acompactului 4i de men2inereaformei 3n timpul delierii.

pulbere'

8

Bung'i derepaos

tg*+CD'8

%ng'iul de repaos m1surat3ntre orizontal1 4i generatoareaconului format de pulerea care

curge printr,o p1lnie.

p7lnie

Frecarea dintre particule este important1 la determinareareologiei)a caracteristicilor de 3mpac'etare 4ila p1strarea formei compactului 3n timpul proces1rii lui.

%ng'iul de repaos poate fi socotit ca un indice simplu) esteconsiderat ca un parametru calitati a masei de pulbere 4i deaceea pulberile utilizate 3n procesul de formare prin in(ec2ietrebuie s1 prezinte un ung'i de repaos mai mare dec7t o.

7/23/2019 Curs Pim

21/49

Procedeul de elaborareM1rimea

granulelor) GmForma

granulelor Material #ost

Atomizare cu gaz D= , H= sferic1 alia(e ridicat

Atomizare cu ap1 I= , H= rotun(it1 alia(e moderatAtomizare centrifugal1 D , H= sferic1 alia(e ridicat

Plasm1 I= , H= sferic1 toate ridicat#arbonil I , I= sferic1 elemente moderatReducerea oxizilor I , I= poligonal1 elemente moderat

Precipitare =)=I , > poligonal1 compu4i sc1zutM1cinare =)I , H= neregulat1 casante moderat

#ompararea procedeelor de ob2inere a pulberilor de granula2ie mic1.

7/23/2019 Curs Pim

22/49

$ip pulbere #ompozi2ie c'imic1Procedeu de

elaborareForma

particulelorM1rimeamedie) Gm

/ensitateapicnometric1)

gcm>

/ensitateade tasare)

JO2el inoxidabil>I@L

I>J !i) IKJ #r)DJ Mo) IJ 0i)

rest Fe

Atomizare cuap1 Rotun(it1)neregulat1 @,? K)? H>

O2el inoxidabil>I@L

I>J !i) I?J #r)DJ Mo) rest Fe

Atomizare cugaz 0feric1 I@ K)? @>

!itrur1 de

siliciu

H=J amorf) ?J

4i DJ 0i>!H

M1cinare

reacti1

Acicular1 4i

neregulat1ec'iaxial1 =)H >)I K

#arbur1 desiliciu

=)?J O) D)KJ #)IJ &) rest 0i#

Reac2ie 0i cu#) m1cinat1

!eregulat1axial1)aglomerat1

I >)D

Fier =)?J #) =)KJ !)=)>J O) rest FeProcedeucarbonil

0feric1) u4oraglomerat1 H,@ K)@ @

Alia( greu deK

Alumin1NN)KJ AlDO>) adaos

de =)IJ MgO

#alcinat)m1cinat

Pl1cineregulate)aglomerate

=)H >)N >>

#arbur1 dur1 I=J #o) N=J 8#M1cinat1)

pulberia lomerate

#ol2uroas1)neregulat1)a lomerat1

=)? IH)HK >@

#aracteristicile unor pulberi utilizate 3nPM

7/23/2019 Curs Pim

23/49

#aracteristica pulberii Efectul asupra sinteriz1rii A/

M1rime mic1 a particulelor

0interizare rapid1 A

/efecte mai mici la formare AEliminare lent1 a liantului /Foarte scumpe /#ontaminare mai mare /#ontrac2ie mare la sinterizare /57scozitate ridicat1 a amestecului /

Aglomerare mai mare /

Forma sferic1 a particulelor

/ensitate mai mare de 3mpac'etare A57scozitate mai sc1zut1 a amestecului APericolul distrugerii 3n timpul delierii /Rezisten21 mai sc1zut1 a compactului /

/istribu2ie larg1 a m1rimiiparticulelor

/ensitate mai mare de 3mpac'etare A

#ontrac2ie la sinterizare mai sc1zut1 AEliminare lent1 a liantului /Predispozi2ie mai mare la segregarea dup1m1rime a particulelor /

Microstructur1 neomogen1 /Mai multe probleme legate de controlulcalit12ii /

A B Aanta() / , /ezaanta(

Efectul caracteristicilor pulberii asupra unor cerin2e ale procesului PM.

7/23/2019 Curs Pim

24/49

densitatea frac2ionar1

densitatea de3mpac'etare aleatoare

sferic1

sfericitatea relati1

Efectul sfericit12ii particulelor asupradensit12ii de tasare frac2ionare pentru

particule unidimensionale.

0,1 10,0

0,!

0,"

0,#

0,$

0,#0

0,#!

m1rimea particulelor) Gm

5aria2ia cantit12ii critice de pulbere

3nc1rcat1 3n func2ie de m1rimeaparticulelor *arat1 c1 filmul de liant dela suprafa21 deine important pentru

particulele mici+.

/ensitatea de impac'etare relati1

7/23/2019 Curs Pim

25/49

Pulberea sferic1 este cea mai potriita dorit1 deoarece ea determin1o mai mare densitate de 3mpac'etare.

6n general) este de dorit o densitate de 3mpac'etare mare pentru diferite aplica2ii alePM deoarece presupune un con2inut mai sc1zut de liant) o mai mic1 modificaredimensional1 la sinterizare 4i o rezisten21 mai bun1 a compactului 3n timpul prelucr1rii.

distribu2iei m1rimii granulelor pentru atingerea unei densit12i mari de 3mpac'etare 4i un costsc1zut *utilizarea unui amestec omogen de pulbere fin1 care are un cost mai ridicat 4i o pulberea7nd granule mari ce prezint1 un cost mai sc1zut+;

eitarea aglomer1rii;utilizarea unei pulberi 3n care predomin1 particule de form1 sferic1 sau ec'iaxial1;o suficient1 frecare 3ntre particule pentru eitarea degrad1rii compactului dup1 eliminarealiantului) probabil un ung'i de repaus mai mare de o;o m1rime medie mai mic1 a granulelor pentru o sinterizare mai rapid1) mai mic1 de D= Gm;particule indiiduale dense f1r1 goluri interioare;minimalizarea posibilit12ii de explozie 4i de toxicitate;

suprafa2a particulelor s1 fie curat1 pentru predic2ia interac2iunii cu liantul.

La selectia pulberii se iau in considerare urmatoarele aspecte

7/23/2019 Curs Pim

26/49

LIANTUL"LIANTUL"

Liantul este un compus format din mai multe substan2e 4i 3ndepline4te func2iimultiple. Pe de o parte 3ndepline4te func2ia de transport a pulberii 3n caitateamatri2ei 4i) pe de alt1 parte) asigur1 3mpac'etarea omogen1 4i temporar1 aparticulelor asigur7nd forma atribuit1 compactului p7n1 3n momentul sinteriz1rii.

Liantul nu este cel care ar trebui s1 defineasca compozi2ia final1 a amestecului)dar acesta are o influen21 ma(or1 asupra reu4itei desf14ur1rii procesului.

#ompozi2ia liantului 4i metodele de deliere reprezint1 principalele diferen2e careexist1 3ntre diferite procedee de formare prin in(ec2ie Aceste dou1 aspecte reprezint1principala preocupare a cercet1torilor 3n ederea dezolt1rii te'nologiilor de formareprin 3n(ec2ie a pulberilor. Ma(oritatea lian2ilor breeta2i sunt prote(a2i.

7/23/2019 Curs Pim

27/49

Liantul este amestecat cu pulberea pentru a forma ocompozi2ie omogen1 pentru in(ectare *feedstoc+.

Liantul exercit1 o influen21 asupra:gradului de 3mpac'etare a particulelor)a aglomer1rii)a omogeniz1rii)a reologiei amestecului)a procesului de formare)

a elimin1rii liantului)a preciziei dimensionale)a defectelor 4iasupra compozi2iei c'imice a pieselor ob2inute prin PM.

0e 3nt7mpl1 ca unele cerin2e s1 fie 3ntotal dezacord cu altele. Astfel)lian2ii reprezint1 un compromis3ntre diferite cerin2e. !u exist1 unliant perfect 4i ca urmare) alegereaacestuia depinde de fiecare caz 3n

parte.

Ma(oritatea lian2ilor reprezint1 sistememulticomponent care con2in o faz1ma(oritar1 4i care dicteaz1 propriet12ilede baz1. Acestuia i se adaug1 altecomponente care asigur1 unelemodific1ri ale propriet12ilor pentru a

putea fi utiliza2i 3n anumite aplica2ii.

7/23/2019 Curs Pim

28/49

#aracteristici Propriet12i

#aracteristicile de curgere

57scozitate sub I= Pas la temperatura de in(ectare

5aria2ie mic1 a 7scozit12ii o dat1 cu modificarea temperaturii dintimpul in(ect1riiRezisten21 4i rigiditate dup1 r1cire.Molecule de dimensiuni mici pentru a putea p1trunde 3ntre particulelede pulbere

nterac2iunea cu pulberea%ng'i de contact mic 4i o adeziune bun1 la pulbereAtrac2ie capilar1 a particulelorPasiitate c'imic1 3n raport cu pulberea

#aracteristicile de deliere

#omponen2i multipli cu caracteristici diferiteProdu4i necorozii 4i netoxici la descompunere#on2inut sc1zut de cenu41) con2inut metalic sc1zut$emperatur1 de descompunere mai mare dec7t cea de amestecare 4i dein(ectare

Procesul de ob2inerea

eftin 4i accesibil0igur 4i acceptabil din punct de edere ecologicRezisten21 la manipulare) ne,'idroscopic) f1r1 componen2i olatilinstala2ie rezistent1 la 3nc1lzire ciclic1 *reutilizabil1+Lubrifiere ridicat1Rezisten21 ridicat1 4i rigiditate#onductiitate termic1 ridicat1#oeficient de dilatare sc1zut0olubil 3n solen2i obi4nui2iLungime mic1 a lan2ului macromolecular) f1r1 o orientare prealabil1

Propriet12ile unuiliant.

7/23/2019 Curs Pim

29/49

Propriet12i liantilor sunt 3mp1r2ite 3n dou1 categorii principale pe bazacaracteristicilor de curgere) a interac2iunii cu pulberea) a caracteristicilorde deliere 4i pe baza caracteristicilor procesului de ob2inere.

O cerin21 principal1 pentru un liant este de a permite curgerea 4i 3mpac'etareaparticulelor 3n caitatea matri2ei. Este foarte important ca liantul s1 ude suprafa2apulberii) pentru a faoriza procesul de omogenizare 4i de in(ectare.

0e folosesc deseori diferite substan2e c'imice pentru a modifica capacitatea deumectare a lian2ilor. Agen2ii actii de suprafa21) cu structuri de baz1 diferite)incluz7nd 4i cele organo,metalice s,au doedit a fi foarte eficien2i 3n PM.

Este foarte important ca amestecul pulbere,liant s1 satisfac1 c7tea criterii reologicecare permit omogenizarea 4i in(ectarea f1r1 apari2ia unor defecte.

7/23/2019 Curs Pim

30/49

Exist1 un domeniu de 7scozitate care s,a doedit a fi cel mai eficient 3n men2inerea

unei pulberi dispersate 3n liant f1r1 a intereni 3n procesul de in(ectare. %n con2inutdat de substan21 solid1 4i o 7scozitate mic1 a amestecului este 3n concordan21) deobicei) cu o 7scozitate mic1 a liantului.

Aceste caracteristici reologice depind:de liant)de temperatura de in(ectare)de iteza de forfecare)

de con2inutul de substan21 solid1)de caracteristicile particulelor 4ide prezen2a agen2ilor actii de suprafa21.

6n general) lian2ii cei mai des folosi2i 3n procesele de formare prin in(ec2ie a pulberilorsunt de cinci tipuri) dintre care ma(oritatea sunt polimeri. Ace4tia se 3mpart astfel:componen2i termoplastici;componen2i termorigizi;sisteme pe baz1 de ap1;sisteme gelatinoase;

sisteme anorganice.

7/23/2019 Curs Pim

31/49

!um1r Liant #ompozi2ia liantului !um1r Liant #ompozi2ia liantului

I.K=J parafin1D=J cear1 monocristalin1

I=J metil etil eton

?. =J cear1 carnauba=J polietilen1

D.@KJ polipropilen1DDJ cear1 microcristalin1IIJ acid stearic

N.>J polietilen1J parafin1I=J acid stearic

>.

>>J parafin1>>J polietilen1 *cear1+>>J cear1 de albineIJ acid stearic

I=.?J polistiren>=J ulei mineralIDJ ulei egetal

H.

@NJ parafin1D=J polietilen1I=J cear1 carnaubaIJ acid stearic

II. N?J anilin1DJ parafin1

.

HJ polistirenHJ ulei egetalJ polietilen1J acid stearic

ID.

@J ap1DJ celuloz1 metilic1I>J glicerin1@J acid boric

@.@J r14in1 epoxidic1DJ cear1I=J stearat de butil

I>.

KDJ polistirenIJ polipropilen1I=J polietilen1>J acid stearic

K. DJ polipropilen1

KJ ulei de ara'ide

IH.HJ geloz1>J glicerin1

N>J ap1

Lian2i folosi2i la formarea prin in(ec2ie a pulberilor

7/23/2019 Curs Pim

32/49

AME/TEC PULBERE LIANT ;FEED/TOC

7/23/2019 Curs Pim

33/49

La un moment dat 3n timpul procesului) procentul olumic de pulbere3n liant) ) poate fi calculat din masa total1 a fiec1rui ingredient

1

1

+=pb

bp

W

W

5aria2ia densit12ii 3n raport cu frac2ia de oluma pulberii 3nc1rcate. I,curba teoretic1; D,cuba

experimental1; a,densitatea liantului; b,densitatea picnometric1 a pulberii; c,densitatea

de tasare a pulberii; d,cantitatea critic1 apulberii 3nc1rcate; e,domeniul optim de

3nc1rcare.

0,0 0,! 0," 0,# 0,$ 1,00

10

20

30

40

50 1

!

frac2ia de olum a pulberii

densitateaam

estecului

d

b

a

ce

7/23/2019 Curs Pim

34/49

@=

H=

D=

= I= D= >= H= =solid 3n amestec) QJ

.7scozitatea

relati.1 discuri *L/CIH+

elipsoide*L/CI.+

sfere

Efectul formei particulelor de sticl13nc1rcate 3n ap1 asupra 1scozit12ii

amestecului.

fibre *L/CD>+

O particul1 de form1 nesferic1 reduce 7scozitateaamestecului pulbere,liant deoarece densitatea de3mpac'etare este) 3n mod obi4nuit) mai mic1 4ifrecarea dintre particule este mai mare.

Particulele de form1 neregulat1 4i cele aglomerateconduc la reducerea densit12ii maxime de3mpac'etare. /e asemenea) acelea4i caracteristici alepulberii au o influen21 negati1 asupra 7scozit12iiamestecului pulbere,liant.

Fibrele or cre4te rezisten2a amestecului folosit laPM 4i se or 3ntinde 3n timpul curgerii reduc7nd7scozitatea. #omportarea reologic1 a unui amestecde pulbere neregulat1 4i liant este mult mai complex1dec7t a unui sistem cuprinz7nd particule sferice.

6n figura este ilustrat1 aria2ia 7scozit12ii relatie 3n raport cu cantitateaprocentual1 de solid 3nc1rcat 3n amestec) pentru diferite forme ale particulelor. /eexemplu) dac1 raportul dintre lungimea 4i diametrul fibrelor cre4te) cre4te 4i7scozitatea relati1 3n condi2iile aceluia4i con2inut de particule solide din amestec.

7/23/2019 Curs Pim

35/49

INJECTAREA"INJECTAREA"

n(ectarea este procesul prin care amestecul format din pulbere 4i liantulmulticomponent este introdus 3n matri21 sub ac2iunea unei presiuni de in(ectare.

#ompozi2ia amestecului plastifiant) temperatura de lucru) iteza 4i presiunea dein(ectare (oac1 un rol deosebit de important 3n desf14urarea procesului.

Propriet12ile amestecului depind de:

caracteristicile piesei in(ectate)for2a necesar1 desf14ur1rii procesului 4itimpul necesar elimin1rii liantului.

#ompozi2ia amestecului) temperatura

de lucru) iteza 4i presiunea dein(ectare (oac1 un rol deosebit deimportant 3n desf14urarea procesului

Procesul te'nologic al form1rii prin in(ec2ie cuprinde trei faze importante 4i anume:

omogenizarea)granularea 4iin(ectarea propriu,zis1.

Fiecare dintre aceste faze are importan2a cuenit1) iar de modul 3n care ele se

desf14oar1 3n condi2iile unor parametri optimi depinde calitatea produsului rezultat.

M!E"I#A$EA

7/23/2019 Curs Pim

36/49

M!E"I#A$EAM!E"I#A$EA

Este opera2ia prin care se urm1re4te atingerea uneidistribu2ii uniforme a unui component 3n cel1lalt.

Pentru ob2inerea unui amestec omogen destinat form1riiprin in(ec2ie aceast1 opera2ie se aplic1 3n dou1 etape:

3n prima etap1 se urm1re4teomogenizarea componen2ilor care

contribuie la formarea liantului;

3n a doua etap1 se realizeaz1omogenizarea liantului cu componenta

solid1 *ceramic1 sau metalic1+.I motorD termometru sautermorezisten2a pentrum1surare a temperaturii 4ide comand1 a sursei dec1ldur1)> recipient termostatat)H dou1 rotoare cu paletepentru omogenizare care serotesc 3n sens iners unul 3nraport cu cel1lalt) sursaelectric1 de c1ldur1@ suport.

Omogenizator de laborator

D

>@

H

I

7/23/2019 Curs Pim

37/49

O aten2ie m1rit1 trebuie acordat1 temperaturii de omogenizaredeoarece exist1 tendin2a cre4terii temperaturii pentru a u4uradesf14urarea procesului prin reducerea momentului motor.

La temperaturi mai sc1zute *la3nceput+ omogenizarea se realizeaz1 cutura2ii mici. Pe m1sura dizol1rii

polimerului 4i cre4terea temperaturii)procesul de omogenizare se poaterealiza la tura2ii mai ridicate.

Recipientul termostatat permite3nc1lzirea uniform1 a amestecului 4i)eentual) o cre4tere lent1 a temperaturiiacestuia pe m1sura cre4teriitemperaturii lic'idului de termostatare.

0e impune acest lucru pentru eitarea supra3nc1lziriilocale a amestecului care ar putea conduce la eaporareacomponen2ilor u4or olatili 4i) 3n final) la cre4terea7scozit12ii liantului sau a amestecului realizat pentruformarea prin in(ec2ie.

7/23/2019 Curs Pim

38/49

5aria2ia 7scozit12ii 3n raport cutemperature 4i cantitatea de liant

supus1 omogeniz1rii.

1!0 1%0 1"0 10 1#0 1&0

$0

1!0

1#0

!00

!"0

'ascozitat

ea,

Pa(s

)em*eratura,o+

100 g

0 g

0 %0 #0 0 1!0 10!($

%(0

%(!

%("

Densitate,g

-cm

%

)im* de omogenizare, min(

1#0o+

1&0o+

5aria2ia densit12ii feedstoc,uluiodat1 cu cre4terea temperaturii 4i

duratei omogeniz1rii.

7/23/2019 Curs Pim

39/49

!$A"%&A$EA!$A"%&A$EA

ranularea este o opera2ie prin care se urm1re4te transformareaamestecului format din pulbere 4i liant 3ntr,o mas1 granular1 care poate

asigura alimentarea instala2iei de in(ectare continuu 4i cu cantitatea cerut1

%n amestec de granula2ie fin1 ridic1 probleme 3nceea ce prie4te umplerea prin curgere

graita2ional1 a instala2iei de in(ectarea put7nddetermina) 3n anumite situa2ii) oprirea procesuluide in(ectare 4i ob2inerea unor semifabricateincomplet formate.

%n amestec de granula2iemare 4i care are aria2ii

dimensionale largi prezint1dificult12i legate de 3nc1lzirea4i omogenizarea temperaturiiamestecului.

Acestea atrag dup1 ele oaria2ie a 7scozit12iiamestecului cu consecin2enefaorabile asupra procesuluide curgere a amestecului 3nmatri21 4i a umplerii cait12ii ei.

7/23/2019 Curs Pim

40/49

nstala2ie de granulare.

I

D > H

Aspectul unui feedstocgranulat.

maginea feedstoc,ului 3nstare negranulat1

7/23/2019 Curs Pim

41/49

I"'ECTA$EAI"'ECTA$EA

%na dintre cele mai importante 4i dificile opera2ii care concur1la ob2inerea semifabricatelor prin PM este in(ectarea.

Aceast1 opera2ie presupune introducerea amestecului plastifiant 3n caitateamatri2ei 4i men2inerea acestuia sub o anumit1 presiune p7n1 la r1cirea piesei.

3nc1lzire

3nc1lzire matri21

feedstoc

presiune

piese

0c'ema procesuluide in(ectare

7/23/2019 Curs Pim

42/49

nstala2ia de in(ectare trebuie s1 3ndeplineasc1 trei func2ii importante:trebuie s1 aduc1 amestecul destinat form1rii prin in(ec2ie la temperatura deplastifiere pentru a c1p1ta 7scozitatea optim1 necesar1 desf14ur1rii procesului.trebuie s1 asigure presiunea necesar1 trecerii materialului din cilindrul de presiune3n matri21 4is1 diri(eze amestecul c1tre canalul de umplere a cait12ii 4i s1 men2in1 acestamestec sub o anumit1 presiune p7n1 la consolidarea prin r1cire a piesei in(ectate.

Piesa nu poate fi eacuat1 din matri21 p7n1 c7nd aceasta nu dob7nde4te orezisten21 suficient de mare pentru a putea fi manipulat1 f1r1 s1 se deterioreze.

f 1 ii i i ( i i i

7/23/2019 Curs Pim

43/49

a.

b.

c.

d.

1 !

% "

Etapele form1rii prin in(ec2ie a pulberilor metalice

6n prima faz1 *a+) prin rotirea melcului I) din bunc1rul de alimentare D se dozeaz1 cantitateanecesar1 a amestecului. Acesta a 3mpins de c1tre melc 3n partea frontal1 a alei >. /ozareaamestecului se face odat1 cu trecerea lui prin sistemul de 3nc1lzire H care prezint1 mai multe zoneasigur7ndu,i o cre4tere treptat1 a temperaturii. 6n faza de dozare 4i de 3nc1lzire a amesteculuimatri2a se r1ce4te) se desc'ide 4i se eacueaz1 piesa *b+. 6n faza *c+ matri2a se 3nc'ide) iar melculprin deplasarea lui liniar1 3nc'ide ala > 4i func2ioneaz1 ca un piston 3mping7nd amestecul 3nmatri21. 6n faza *d+ materialul in(ectat 4i men2inut sub presiune se r1ce4te 3n canalele de

alimentare conduc7nd la o capsulare a semifabricatului in(ectat.

7/23/2019 Curs Pim

44/49

0c'ema de principiu a form1riiprin coin(ec2ie.

in(ec2ia stratului desuprafa21

a.

in(ec2ia miezului

b.3nc'iderea stratului

de suprafa21

c.

Formarea prin coin(ec2ie prin dou1sisteme de in(ectare.

A &

#I

D>

H

7/23/2019 Curs Pim

45/49

DE&IE$EADE&IE$EA

6ndep1rtarea liantului constituie un pas important 3n succesul fom1rii prinin(ec2ie. Liantul trebuie s1 fie 3ndep1rtat din piesa format1 3naintea consolid1rii eiprin sinterizare. $rebuie aut 3n ederea ca 3n timpul opera2iei de deliere piesa s1nu sufere deforma2ii sau s1 se fisureze.

Opera2ia de deliere este foarte important1 deoarece 3n urma aplic1rii ei trebuie s1r1m7n1 3n pies1 numai o cantitate mic1 de liant care s1 formeze un sc'elet demen2inere a formei acesteia 4i s1 permit1 manipularea ei p7n1 la sinterizare

Parametrii procesului de deliere adoptati nu trebuie s1conduc1 la formarea unor defecte 3n piesa in(ectat1 si s1 nuprelungeasc1 peste m1sur1 durata acestei opera2ii.

7/23/2019 Curs Pim

46/49

0istemele de lian2i con2in diferite componenteorganice) fiecare cu 7scozitatea 4i caracteristicilelui printre care 4i temperatura de descompunere.

Aceste componente pot fi 3ndep1rtate treptat 3n cursul unui procescare) odat1 cu cre4terea temperaturii 4i a duratei de lucru) necesit1formarea gradual1 a unor canale 3n piesa in(ectat1. Aceste canalepermit) ca la o temperatur1 ridicat1) componentul principal dinliant s1 eadeze din pies1 f1r1 a cauza diferite defecte acesteia.

A7nd 3n edere c1 lian2ii sunt forma2i din mai multe componente seprefer1 procesul de deliere selecti1) proces in care fiecarecomponent se elimin1 succesi.

/e obicei 3n prima faz1 se elimin1 un component care a desc'ideporii piesei gener7nd canalele necesare elimin1rii mai rapide acelorlal2i componen2i.

i dif i * i 1 1+

i dif i * i 1 t1+

7/23/2019 Curs Pim

47/49

/elierea/elierea

termic1termic1

3n solent3n solent

prin difuzie *presiune sc1zut1+prin p1trundere *presiune ridicat1+prin absorb2ie *curgere capilar1+

prin difuzie *presiune sc1zut1+prin p1trundere *presiune ridicat1+prin absorb2ie *curgere capilar1+

extrac2ie *imersie+

la presiune mare *supra critic+asistat1 termic *3nc1lzire 4i solent+

extrac2ie *imersie+la presiune mare *supra critic+

asistat1 termic *3nc1lzire 4i solent+

LiantParticul1Pordesc'is

Mecanismul delierii.

0upr

afa2amaterialului

7/23/2019 Curs Pim

48/49

7/23/2019 Curs Pim

49/49