MIM－DF160金屬粉末催化脫脂爐的研制

王蘭軍，孫家新

（山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣自動(dòng)化系，山東 濟(jì)南 250022）

1 引言

金屬粉末注射成形技術(shù)（Metal Powder Injection Molding簡稱MIM），是傳統(tǒng)粉末冶金模壓成形技術(shù)和塑料注射成形技術(shù)相結(jié)合發(fā)展起來的新型粉末冶金成形技術(shù)。金屬粉末注射成形的基本工藝步驟是：首先選取符合MIM要求的金屬粉末和粘結(jié)劑，然后在一定溫度條件下混煉，將粉末和粘結(jié)劑混合成均勻的喂料，經(jīng)制粒后在注射機(jī)中成形，獲得成型坯，經(jīng)過脫脂處理后，燒結(jié)得到燒結(jié)坯件，再經(jīng)過精整加工成為最終成品。

MIM技術(shù)由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)而引起了工業(yè)界的重視，目前已廣泛應(yīng)用于電子信息工程、生物醫(yī)療器械、辦公設(shè)備、汽車、機(jī)械、五金、體育器械、鐘表業(yè)、兵器及航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。國際上一些專家學(xué)者認(rèn)為該技術(shù)的發(fā)展將會(huì)導(dǎo)致零部件成形與加工技術(shù)的一場革命，被譽(yù)為“當(dāng)今最熱門的零部件成型技術(shù)”和“21世紀(jì)的成形技術(shù)”。

2 MIM－DF160金屬粉末催化脫脂爐原理及技術(shù)參數(shù)

2.1 MIM－DF160 催化脫脂爐原理

該催化脫脂爐是一款氣密型、電加熱式空氣循環(huán)密封罐爐，用于根據(jù)巴斯夫（BASF）CATAMOLD工藝對金屬或陶瓷粉末注射成形件進(jìn)行脫脂處理。催化脫脂過程中，含聚縮醛（POM）的粘結(jié)劑在硝酸的作用下被化學(xué)分解，并由氮?dú)猓ㄟ\(yùn)載氣體）帶出窯爐，然后由排氣燃燒裝置燃燒。其示意圖如圖1所示。

2.2 MIM－DF160催化脫脂爐技術(shù)參數(shù)

系統(tǒng)配置及技術(shù)指標(biāo)：

電源：380V，30A，三相 50Hz；

設(shè)備總功率：15kW；

爐腔內(nèi)體積：160L；

爐腔內(nèi)尺寸：L420×D420×H500；

最高升溫：150℃；

爐腔溫度均勻性測試：120℃±3℃；

工作保護(hù)氣體：氮?dú)狻?/p>

圖1 催化脫脂爐示意圖

石油氣及壓縮空氣作燃燒排出的粘結(jié)劑參數(shù)：

硝酸濃度：70－90%或較高；

硝酸消耗量：30ml/h；

石油氣消耗量：3－6g/min；

氮?dú)饬髁考皦毫Γ篘2：38L /min（80SCFH），0.2MPa；

壓縮空氣流量：15L /min（30SCFH），0.3MPa；

設(shè)備外形總尺寸：L1800×D1124×H2350。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 主電路設(shè)計(jì)

該設(shè)備主電路如圖2所示。主電路設(shè)有循環(huán)風(fēng)電機(jī)M1、酸泵電機(jī)M2、爐腔加熱管、氮?dú)饧訜峁堋熗布訜峁堋ｋ娫撮_關(guān)QM采用DZ47S－63帶分勵(lì)脫扣斷路器，循環(huán)風(fēng)電機(jī)、酸泵電機(jī)加熱管均采用小型斷路器DZ47－63進(jìn)行短路、過載保護(hù)。爐腔加熱管由固態(tài)繼電器ESR－40DA－H控制，采用固態(tài)繼電器主要是利用其壽命長、可靠性高、靈敏度高、控制功率小、可以快速轉(zhuǎn)換、電磁干擾小的優(yōu)點(diǎn)。由于煙筒加熱管、氮?dú)饧訜峁芄β瘦^小，則采用各自的智能PID溫度控制器XMT612直接控制。

圖2 MIM－DF160催化脫脂爐主電路

3.2 控制電路設(shè)計(jì)

該設(shè)備采用CPM1A系列可編程控制器，對包括循環(huán)風(fēng)電機(jī)、酸泵電機(jī)、加熱管、脫脂閥等進(jìn)行集中控制，其輸入、輸出電路如圖3、圖4所示。煙筒、氮?dú)庖约盃t腔的溫度各自采用智能PID溫度控制器XMT612進(jìn)行控制，另外對于脫脂時(shí)間的控制采用智能雙數(shù)顯時(shí)間控制器HB48P來控制。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 脫脂爐總體控制要求

（1）全程充氮?dú)猓髁靠梢罁?jù)要求自動(dòng)調(diào)節(jié)，低于設(shè)定值自動(dòng)報(bào)警；

（2）全程保持壓縮空氣、點(diǎn)燃液化氣；

（3）全程保持恒定溫度（可設(shè)定指定溫度）；

（4）最后沖洗結(jié)束時(shí)，全程序結(jié)束（建議設(shè)定自動(dòng)報(bào)警）；

（5）全程均風(fēng)風(fēng)機(jī)勻速穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖3 PLC控制輸入電路

圖4 PLC控制輸出電路

4.2 基本程序段及其要求

循環(huán)風(fēng)、酸泵、爐腔加熱、脫脂閥、空氣閥、燃?xì)忾y、低流量閥、高流量閥均可手動(dòng)操作。

該脫脂爐的基本控制環(huán)節(jié)由初期沖洗、脫脂和最后沖洗構(gòu)成。

初期沖洗要求：升到設(shè)定溫度并保持恒溫，30min后自動(dòng)進(jìn)入下一程序。充氮?dú)饬髁?1.3－1.5Mpa。

脫脂要求：自定時(shí)長（可設(shè)定）保持恒溫，自動(dòng)調(diào)節(jié)充氮?dú)?流 量 至 0.8 －1.0Mpa。按指定轉(zhuǎn)速進(jìn)酸，停酸后自動(dòng)進(jìn)入下一程序。

最后沖洗：75min保持恒溫，自動(dòng)調(diào)節(jié)充氮?dú)饬髁恐?1.3－1.5Mpa。

自動(dòng)控制程序流程圖如圖5所示。

5 結(jié)論

該型脫脂爐在工廠進(jìn)行了單體試車、聯(lián)動(dòng)試車，試運(yùn)行過程中無不正常噪音及過熱現(xiàn)象。該設(shè)備在實(shí)際投入運(yùn)行過程中，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)要求，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

［1］喬 彬.金屬注射成型脫脂爐的設(shè)計(jì)［J］.鑄造技術(shù)，2007，28（7），981.

［2］李益民，李云平.金屬注射成型原理與應(yīng)用［M］.長沙：中南大學(xué)出版社，2004.