قالب‌گیری تزریقی پودر
قالب‌گیری تزریقی پودر [1](PIM) فرآیند منحصر به فردی است که می‌توان پودرهای مواد فلزی، سرامیک و سرمت را به قطعه تبدیل نماید. در صورتی که این فرآیند برای شکل‌دهی قطعات فلزی استفاده شود، آن را قالب‌گیری تزریقی فلزی[2] (MIM) می‌نامند. فرآیند قالب گیری تزریقی پودر فلز یکی از فرآیند های مهم و نوین در ساخت و تولید است که ترکیبی از قالب گیری تزریقی پلاستیک و علم متالورژی پودر می باشد. از این فرآیند برای تولید قطعات فلزی با اشکال پیچیده و اندازه کوچک در تیراژ بالا استفاده می شود. این فرآیند با توجه به مزایایی که از خود نشان داده است در سال های اخیر، از رشد چشم گیری برخوردار بوده است.
از فرآیند قالب‌گیری تزریقی پودر معمولاً برای تولید قطعات ساده استفاده نمی‌گردد چرا که روش‌های دیگر مانند متالورژی پودر معمولی، ریخته‌گری دقیق و ریخته‌گری تحت فشار برای این نوع تولیدات مناسب تر است. هر چقدر پیچیدگی قطعه بیشتر شود استفاده از این روش اقتصادی تر است، خصوصاً اگر قطعات نیاز به عملیات تکمیلی بعدی مانند سنگ‌زنی، ماشینکاری، سوراخکاری و غیره داشته باشند. به دلیل نیاز به تنظیمات و هزینه ابزار و تجهیزات، تولید سالیانه قطعات با این روش حداقل بین ۲۰۰۰ تا ۵۰۰۰ عدد در نظر گرفته می‌شود. به‌طور معمول بیش از۵۰۰۰ قطعه در سال برای تولید با این روش مناسب است. برای تولید بیش از ۱۰۰۰۰۰ قطعه در سال نیز به دلیل نیاز به تعمیر و بازسازی مجدد ابزارها هزینه تولید چندان کاهش پیدا نمی‌کند. این روش در صنایع مختلفی از جمله خودرو، الکترونیک، ابزار دقیق، نظامی و غیره به کار می رود.
* مزایای فرآیند قالب گیری تزریقی فلز:
- تولید برخی قطعات خاص مانند ابزار های کاربیدی، فلزات دیرگداز و واکنش پذیر
- صرفه جویی در هزینه تولید قطعات پیچیده
- امکان دستیابی به دقت های بالا
- اتوماسیون تولید
* محدودیت های فرآیند قالب گیری تزریقی فلز:
1- به صرفه نبودن استفاده از این روش برای قطعه کارهایی با ابعاد بزرگ به علت هزینه زیاد ایجاد این مقدار پودر و سختی تهییه قالب ها با ابعاد بزرگ
2- درگیر بودن پارامتر های کنترلی زیاد در این فرآیند و سختی کنترل محصول نهایی
3- نیازمند بودن به کوره های حرارتی دقیق با اتمسفر کنترلی
این روش از ۴ مرحله اساسی تشکیل شده است:
- آماده سازی و ساخت feedstock
به مخلوط هموژن پودر فلز و پلیمر مصرفی ( بایندر ) فیداستوک گفته می شود که عواملی که خواص فیداستوک به آن وابسته است عبارت است از:
1- تهییه پودر
2- ترکیب پلیمر (چسب)
3- تعیین نسبت پودر به چسب
4- مخلوط‌سازی
- قالب‌گیری (moulding)
قالب گیری شامل حرارت دادن فیداستوک تا مرحله ذوب و سپس تزریق مواد مذاب به داخل حفره قالب است که پس از تزریق، مواد در داخل قالب سرد شکل حفره قالب را به خود می گیرند. درجه حرارت فیداستوک باید طوری باشد که سیلان مواد به راحتی انجام گرفته و از منجمد شدن مواد قبل از پر شدن قالب جلوگیری کند.
- بایندرزدایی (debinding)
فرآیند بایندر زدایی که سخت ترین و مهم‌ترین بخش فرآیند قالب گیری تزریقی پودر است همیشه شامل دو مرحله است:
گام اول: مقدار زیادی از بایندر زدوده می شود و باعث به وجود آمدن حفرات پیوسته ای می شود. این فرآیند معمولاً چسب زدایی نامیده می شود.
گام دوم: به وسیله ی حرارت دادن بایندر باقی مانده دچار واپاشی می شود. حفرات ایجادشده در فاز اول فرآیند چسب زدایی (بایندرزدایی) ، از ترکیدن نمونه ها به وسیله ی خارج کردن بخار بایندر باقی مانده جلوگیری می کند.
- سینترینگ(sintering)
عملیات سینتر کردن برای اتصال ذرات پودر به یکدیگر و به دست آوردن ساختار یکپارچه صورت می گیرد. درنتیجه قطعه به چگالی تئوری نزدیک شده و دچار کاهش ابعاد می گردد. سینتر کردن مواد معمولاً در نزدیکی دمای ذوب آن ماده صورت می گیرد.
قطعه بایندرزدایی شده بسیار متخلخل است و به همین دلیل اعمال آن انقباض بسیار زیادی را بوجود می‌آورد. به همین خاطر درجه حرارت سینترینگ بایستی بمنظور حفظ شکل و جلوگیری از تغییر ابعادی ناخواسته به دقت تعیین و مورد کنترل قرار گیرد.
نویسنده: علی اکبر نامجو
