تعیین درصد حجمی بحرانی پودر فولاد کم‌آلیاژ fe-2ni و انتخاب سیستم چسب مناسب از دیدگاه رئولوژیکی به‌منظور قالب‌گیری تزریقی پودر فلز

فرآیند قالب‌گیری تزریقی پودر فلز، روشی نوین به‌منظور تولید قطعات با هندسه پیچیده در تیراژ بالا است. یکی از مهم‌ترین ملاحظات این فرآیند، انتخاب خوراک متشکل از درصد حجمی مناسب پودر فلز ‌همراه سیستم چسب مناسب است. عیوبی که در مرحله تزریق در قطعه ایجاد می‌شود، در مراحل بعدی فرآیند قابل اصلاح نبوده و از این رو بررسی رئولوژیکی خوراک ماده اولیه به‌منظور حصول اطمینان از داشتن شرایط لازم برای تزریق امری ضروری است. در این مقاله به انتخاب سیستم چسب مناسب به‌منظور قالب‌گیری قطعه از جنس فولاد کم‌آلیاژ fe2ni پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا از یک سیستم چسب پایه واکس چندجزیی با درصدهای مختلف اجزاء تشکیل‌دهنده برای تولید 11 حالت خوراک حاوی 60% حجمی پودر فلز استفاده شده است. در ادامه به‌منظور بررسی خوراک‌ها از دیدگاه رئولوژیکی، ضمن اندازه‌گیری گرانروی خوراک‌ها، تغییرات آن نسبت به نرخ برش محاسبه شده است. نتایج نشان داد که خوراک حاوی 66% پارافین‌واکس، 19% پلی‌پروپیلن، 10% کارناباواکس و 5% اسیداستئاریک دارای کمترین گرانروی و کمترین حساسیت نسبت به نرخ برش است که منجر به پر‌کردن کامل حفره قالب و تولید قطعه سالم حتی برای هندسه‌های بسیار پیچیده می‌شود. پس از دستیابی به سیستم چسب مناسب، درصد حجمی بحرانی پودر فلز نیز برای سیستم چسب فوق با استفاده از دستگاه رئومتر گشتاور محاسبه شد که برابر با مقدار 58% حجمی است.

Critical Powder Volume Concentration (CPVC) of Fe-2Ni low-Alloy Steel Powder and Selection of a Proper Binder System from Rheological Point of View in order to Metal Injection Molding

Metal Injection Molding (MIM) is a novel manufacturing technology, used for complex geometric parts at a high production rate. One of the most important parameters in this method is the selection of proper feedstock consisting of optimal powder loading and an optimized binder system. The defects, which appear during the injection process, cannot be removed in later process stages and this is for the reason that the rheological behavior of the feedstock needs to be checked to make sure that it has the required injection properties. In this study, a multicomponent waxbased binder system has been selected in order to inject Fe2Ni powder. For this reason, a multicomponent waxbased binder system with different percentages of constituents was used to produce 11 feed modes containing 60% vol. % of the powder. Further, the viscosity and its variation with the shear rate for 11 developed samples have been measured. The results showed that the feedstock consisting of 66 vol. % Paraffin wax, 19 vol. % Polypropylene, 10 vol. % Carnauba wax and 5 vol. % Stearic Acid has the lowest viscosity and lowest sensitivity to the shear rate and this leads to the complete filling of the mold cavity and production of a healthy component for very complex geometries. After achieving the proper binder system, the critical powder loading for the binder system was measured by 58 vol. % using torque rheometer.