بررسی عددی و تجربی پر شدن قالب تزریق و تعیین شرایط مناسب قالب تزریق در روش قالب‌گیری تزریقی پودر فلز

نوع مقاله : گرایش ساخت و تولید

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی تهران

2 دانشکده مهندسی مواد دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

یکی از مهم‌ترین مراحل فرایند قالب‌گیری تزریقی پودر فلز، طراحی و ساخت قالب تزریق است. از موارد بسیار مهم و تأثیرگذار در کیفیت قطعه، محل تزریق در قالب و نحوه‌ پرشدن قطعه در هنگام قالب‌گیری تزریقی می‌باشد که به‌طور مستقیم بر روی کیفیت قطعه‌ نهایی تأثیرگذار خواهد بود. در این مقاله، از پودر حاوی فولاد زنگ‌نزن L 316 برای مواد اولیه و نرم‌افزار مولدکس D3 برای شبیه‌سازی استفاده شده است. پارامترهای زمان تزریق، زمان خنک کاری و زمان فشار نگهداشت برای همه آزمایش‌ها به ترتیب s 5/2، s10 و s2 به‌صورت ثابت در نظر گرفته شده است. همچنین پارامترهای سرعت، فشار و دمای تزریق به‌عنوان پارامترهای مؤثر مورد بررسی قرار گرفت. برای شبیه‌سازی فرایند، روش لایه‌مرزی (BLM) به‌کار گرفته شد. مدل‌سازی سه‌بعدی قطعه‌، به همراه سه مسیر راه‌گاهی با شرایط تزریقی متفاوت، طراحی شدند. قالب تزریقی برای نمونه‌ بهینه‌شده، ساخته و با شرایط مختلف تولید شد. مقایسه نتایج به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی با نتایج تجربی صحت نتایج شبیه‌سازی را نشان داد. همچنین نتایج نشان دادند که در فرایند قالب‌گیری تزریقی پودر فلز، سیال تزریقی دارای گرانروی بسیار بالایی بوده و رفتار متفاوتی را در مقایسه با سیال مشابه پلیمر پایه‌ به‌کاررفته در خوراک از خود نشان می‌دهد. همچنین پارامترهای بهینه برای سرعت، فشار و دمای تزریق به ترتیب 60 %، 60 % و C° 185 به‌دست آمد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Numerical and Experimental Investigations of Injection Mold Filling and Determination of the Appropriate Conditions in Metal Injection Molding (MIM)

نویسندگان [English]

  • valiollah Panahizadeh 1
  • Hamid Khorsand 2
  • Majid Azadeh 1
1 Mechanical Engineering Department, Shahid Rajee Teacher Training University
2 Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology
چکیده [English]

The most important steps in the metal injection molding (MIM) process are the design and manufacture of the injection mold. By far the most influential factors in the quality of the part are the injection site in the mold and how the part is filled during the injection molding, which directly affects the quality of the final part. In this paper, a powder containing 316L stainless steel is used as the raw material, and the Moldex 3D software is used for the simulations. The injection time, the cooling time, and the keeping time parameters are considered fixed for all tests with the values of 2.5, 10, and 2 seconds respectively. The speed, pressure, and temperature of injection are also considered as effective parameters. The boundary layer method (BLM) is used to simulate the process. The 3D model of the part is designed with three gate paths and different injection conditions. The injection mold is made for the optimized sample and produced under different conditions. Comparing the results of simulations with the experimental results shows the accuracy of the simulation results. The results also show that in the process of MIM, the injection fluid has a very high viscosity and different behavior compared to the similar fluid of the base polymer used in the feed. Besides, the optimal values for speed, pressure, and temperature of injection are found to be 60%, 60%, and 185 ° C, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Metal Injection Molding Process
  • Simulations
  • Moldex3D
  • Feedstock 316L
  • Runner & Gate Position

Smiley face

مراجع

  1. Manshadi, A.D., Yu, P., Dargusch, M., John D.S. and Qian, M., “Metal injection moulding of surgical tools, biomaterials and medical devices: A review”, Powder. Technol. Vol. 364, pp. 189-204, 2020.##
  2. Vincent, R., “Metal Injection Molding Development: Modeling and Numerical Simulation of Injection with Experimental Validation”, Msc. Thesis, Polytechnic School of Montreal, Department of Mechanical Engineering, 2012.##
  3. Mori, K. and Osakada, K., “Finite element simulation of jetting behaviour in metal injection molding using remeshing scheme”, Finite. Elem. Anal. Des. Vol. 25, No. 3-4, pp. 319-330, 1997.##
  4. Piotter, V., Mueller, K., Plewa, K., Ruprecht, R. and Hausselt, J., “Performance and simulation of thermoplastic micro injection molding”, Microsyst. Technol. Vol. 8, pp. 387-390, 2002.##
  5. Barriere, T., Gelin, J.C. and Liu, B., “Improving mould design and injection parameters in metal injection moulding by accurate 3D finte element simulation”, J. Mater. Process. Tech. Vol. 125-126, pp. 518-524, 2002.##
  6. Li, Y., Li, L. and Khalil, K.A., “Effect of powder loading on metal injection molding stainless steels”, J. Mater. Process. Tech. Vol. 183, No. 2-3, pp. 432-439, 2007.##
  7. Zhen-xing, Z., Wei, X., Zhao-yao, Z. and Quan-li, Z., “Numerical simulation of tungsten alloy in powder injection molding process”, T. Nonferr. Metal. Soc. Vol. 18, No. 5, pp. 1209-1215, 2008.##
  1. Ahn, S., Park, S.J., Lee, S., Atre, S. V.and German, R. M., “Effect of powders and binders on material properties and molding parameters in iron and stainless steel powder injection molding process”, Powder. Technol. Vol. 193, No. 2, 162-169, 2009.##
  2. Miao, L., Xie, P., Zhang, P.P. and Yang, W., “Numerical simulation of differential injection molding based on Moldex 3D”, Key. Eng. Mat. Vol. 501, pp. 225-230, 2012.
  3. Ilinca, F., Hetu, J.F., Derdoufu, A. and Stevenson, J., “Metal Injection Molding: 3D Modeling of Nonisothermal Filling”, Polym. Eng. Scin. Vol. 42, No. 4, pp. 760-770, 2004.##
  4. Kim, J., Ahn, S., Atre, S.V., Park, S.J., Kang, T.G. and German, R.M., “Imbalance filling of multi-cavity tooling during powder injection molding”, Powder. Technol. Vol. 257, pp. 124-131, 2014.##
  5. Semenov, A.B., Kutsbakh, A.A., Muranov, A.N. and Semenov, B.I., “Development of a Technique to Simulate the Injection Molding of Metallic-Powder-Filled Polymers”, Russ. Metall.-Metall-U. Vol. 13, pp. 1351-1356, 2019.##
  6. Zhou, M., Xiong, X., Drummer, D. and Jiang, B., “Interfacial interaction and joining property of direct injection-molded polymer-metal hybrid structures: A molecular dynamics simulation study” Appl. Surf. Sci. Vol. 478, pp. 680-689, 2019.##
  7. Trad, M.A.B., Demers, V., Côté, R., Sardarian, M. and Dufresne, L., “Numerical simulation and experimental investigation of mold filling and segregation in low-pressure powder injection molding of metallic feedstock”, Adv. Powder. Technol. Vol. 31, No. 3, pp. 1349-1358, 2020.##
  8. Momeni, V. and Alaei, M.A., “Optimization of Injection Parameters in Metal Injection Molding of 4605 Low Alloy Steel”, Modares Mechanical Engineering. Vol. 19, No. 5, pp. 1199-1208, 2019, (In Persian).##
  9. Askari, A., Alaei, M.A., Nekouee, Kh., Omrani, A.M. and Park, S.J., “The Effect of Debinding and Sintering Parameters on the Mechanical and Microstructural Properties of Fe-2Ni Metal Injection Molded Compacts”, Mater. Res. Express. Vol. 6, No. 11, 2019.##
  10. Askari, A., Alaei, M.A., Omrani, A.M., Nekouee, Kh. And Park, S.J., “Rheological and Thermal Characterization of AISI 4605 Low-Alloy Steel Feedstock for Metal Injection Molding Process”, Met. Mater. Int. Vol. 26, pp. 1820-1829, 2019.##

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 13 دی 1399
  • تاریخ بازنگری: 08 اردیبهشت 1400
  • تاریخ پذیرش: 27 آذر 1400
  • تاریخ انتشار: 01 آبان 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار