真空燒結(jié)爐關(guān)鍵組件

一．介紹

在過(guò)去的二三十年，技術(shù)生產(chǎn)的零件日趨復(fù)雜，其應(yīng)用領(lǐng)域已覆蓋到種類(lèi)繁多的不同行業(yè)。

真空燒結(jié)爐關(guān)鍵組件

大約６０％的ＭＩＭ生產(chǎn)材料是不銹鋼，***常見(jiàn)的合金是１７-４ＰＨ和奧氏體不銹鋼３０４Ｌ以及３１６Ｌ。現(xiàn)成的注射原料的價(jià)格在３０-５０美元（約１８４-３０７元（人民幣）／ｋｇ）。在成形和脫脂后，裝載人爐的原始零件價(jià)值可以超過(guò)數(shù)千美元（約合數(shù)千或數(shù)萬(wàn)元人民幣）。這樣，真空燒結(jié)爐關(guān)鍵組件的可靠性就至關(guān)重要。

4.1熱區(qū)設(shè)計(jì)和氣體管理系統(tǒng)

如上文提及的，在升溫和平均熱處理溫度達(dá)到６００°C時(shí)，殘余聚合物粘結(jié)劑的除氣過(guò)程發(fā)生。為了有效輸送氣體物質(zhì)到熱區(qū)外，需要在箱體內(nèi)各個(gè)點(diǎn)都有一股連續(xù)同質(zhì)的凈化氣流。氣密爐膽（或馬弗）的設(shè)計(jì)可以減小真空燒結(jié)爐的尺寸，實(shí)現(xiàn)外部 加熱。這種設(shè)計(jì)的主要優(yōu)勢(shì)在于，爐子提供了高純 氣氛并確保熱氣流均勻地穿過(guò)零件。然而，在爐內(nèi)安裝一個(gè)冷卻風(fēng)扇并不是件容易的事情，這會(huì)導(dǎo)致較長(zhǎng)的生產(chǎn)周期，爐膽也會(huì)產(chǎn)生更多的投資、維護(hù)和能源成本。

易普森的ＴＩＴＡＮ＠ＤＳ實(shí)現(xiàn)了一個(gè)更低成本密集、控制一致化的概念。工作區(qū)容量為１ ０００Ｌ的單體，能實(shí)現(xiàn)１００ｔ的年產(chǎn)量。熱區(qū)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖ｌ。

圖1：ＴITAＮ＠ＤＳ真空燒結(jié)爐熱區(qū)設(shè)計(jì)

其基礎(chǔ)架構(gòu)是一個(gè)圓形的碳鋼結(jié)構(gòu)（分配器）， 它為熱區(qū)、加熱元件和隔熱層提供均勻的支撐。扁平條狀的石墨加熱元件完全包圍了熱區(qū)的圓柱形部分，并且均勻排列以便為工作區(qū)提供***佳能量傳遞。 附加在前后端部的加熱元件進(jìn)一步提升溫度均勻性至±３°C。保溫層內(nèi)部是多層高性能石墨氈，表面是CFC材料。工藝氣體的輸入獨(dú)立可調(diào)且流量可控， 這有助于在熱區(qū)內(nèi)部和分配器及爐殼的間隙中保持一個(gè)壓差。均勻的工藝氣體在熱區(qū)內(nèi)外循環(huán)，以確保粘結(jié)劑均勻蒸發(fā)，防止粘結(jié)劑再次沉積，也使熱區(qū)免受污染。

4.2脫脂系統(tǒng)

在仔細(xì)去除熱區(qū)的聚合物粘結(jié)劑殘留后，為了避免粘結(jié)劑在管道、閥門(mén)或者泵上沉積，需要持續(xù)有效地處理和過(guò)濾載有粘結(jié)劑的工藝氣體。

圖２在真空泵內(nèi)的粘結(jié)劑污染

如果要不間斷生產(chǎn)、保持低維護(hù)成本，就必須考慮通過(guò)有效的粘結(jié)劑收集系統(tǒng)來(lái)保護(hù)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件。氣流和粘結(jié)劑的分離可在圖１所示的現(xiàn)代真空燒結(jié)爐中得以實(shí)現(xiàn)。一個(gè)強(qiáng)大的真空泵實(shí)現(xiàn)了***的熱區(qū)抽真空，它由一個(gè)機(jī)械泵支持的羅茨泵構(gòu)成。高溫和高速率的工藝氣體攜帶著飽和蒸發(fā)的聚合物材料，經(jīng)真空爐殼底部的排氣管抽出。當(dāng)氣流受冷管壁影響而轉(zhuǎn)向的時(shí)候，突然降速、冷卻，導(dǎo)致部分氣態(tài)粘結(jié)劑瞬間再次冷凝；這樣，高達(dá)２０％～２５％的粘結(jié)劑材料已經(jīng)在管道沉積，***終將導(dǎo)致管道堵塞。為了避免人工維護(hù)，通過(guò)電動(dòng)擠壓機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn) 必要的清潔工序自動(dòng)化，將沉積物擠壓出管道（見(jiàn)圖3和4）

圖3 TITAN＠ＤＳ真空燒結(jié)爐 帶自動(dòng)柱塞清潔系統(tǒng)的水冷/熱收集管

圖4 TITAN＠ＤＳ收集管的***脫脂

通過(guò)冷卻和加熱順序的不同，粘結(jié)劑冷凝及隨后的去除可以得到改善。雙壁管道的水冷支持能提 高粘結(jié)劑材料的冷凝效果，但也會(huì)導(dǎo)致冷凝液更快地凝固。因此，管道上纏繞的加熱線圈必須在電動(dòng)擠壓機(jī)運(yùn)作前幫助粘結(jié)劑層再次軟化。

通過(guò)水平的管道后，仍有約７５％的粘結(jié)劑污染物包含在氣流中。為了保護(hù)***重要和值錢(qián)的結(jié)構(gòu)部件不被損壞，保證進(jìn)一步的清潔程序順利進(jìn)行，上游連接有專(zhuān)門(mén)的過(guò)濾系統(tǒng)（在泵之前）。基于使用的粘結(jié)劑和個(gè)性化程序參數(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的過(guò)濾理念可能是***有效的。圖５所示的是一個(gè)便于清潔的濾芯是過(guò)濾體系的工作原理，它能**地縮短維護(hù)時(shí)間。它設(shè)有四個(gè)階段的污物截留系統(tǒng)：***階段利用大的表面積捕獲重顆粒、冷凝的揮發(fā)性固體和液體；第二和第三階段通過(guò)在特定位置安裝的金屬線網(wǎng)篩，逐步過(guò)濾粘結(jié)劑；***后一個(gè)階段用于捕獲可能在之前幾個(gè)階段遺漏的氣態(tài)微粒。模塊化的系統(tǒng)帶有加熱功能，從而能溶解捕獲的粘結(jié)劑，使之收集在一個(gè)能被輕易移除和清潔的桶中。

圖5：帶有加熱元件和可快速更換收集桶的多功能粘結(jié)劑收集器

即使真空泵的污染風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)在已經(jīng)降到了***低，長(zhǎng)期的粘結(jié)劑沉積（如葉片或者殼體）仍會(huì)在７天２４ｈ不間斷運(yùn)行的情況下產(chǎn)生。為了保持***大的真空性能，以***小間隙安裝的快速旋轉(zhuǎn)部件需要保持清潔。***近，在一臺(tái)新的易普森真空燒結(jié)爐上測(cè)試了一種創(chuàng)新理念，即基于軟件控制的真空泵沖洗程序。在真空系統(tǒng)中注入液體溶劑，溶解已經(jīng)硬化的聚合物粘結(jié)劑；葉片或螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度可以通過(guò)變頻驅(qū)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整以控制液體流速，確保對(duì)沉積聚合物的有效沖刷。為了加強(qiáng)清潔流程的效率，溶劑需要加熱到接近它的沸點(diǎn)溫度。

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