MIM－DF160金属粉末催化脱脂炉的研制

王兰军，孙家新

（山东劳动职业技术学院电气自动化系，山东 济南 250022）

1 引言

金属粉末注射成形技术（Metal Powder Injection Molding简称MIM），是传统粉末冶金模压成形技术和塑料注射成形技术相结合发展起来的新型粉末冶金成形技术。金属粉末注射成形的基本工艺步骤是：首先选取符合MIM要求的金属粉末和粘结剂，然后在一定温度条件下混炼，将粉末和粘结剂混合成均匀的喂料，经制粒后在注射机中成形，获得成型坯，经过脱脂处理后，烧结得到烧结坯件，再经过精整加工成为最终成品。

MIM技术由于其独特的优点而引起了工业界的重视，目前已广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。国际上一些专家学者认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成型技术”和“21世纪的成形技术”。

2 MIM－DF160金属粉末催化脱脂炉原理及技术参数

2.1 MIM－DF160 催化脱脂炉原理

该催化脱脂炉是一款气密型、电加热式空气循环密封罐炉，用于根据巴斯夫（BASF）CATAMOLD工艺对金属或陶瓷粉末注射成形件进行脱脂处理。催化脱脂过程中，含聚缩醛（POM）的粘结剂在硝酸的作用下被化学分解，并由氮气（运载气体）带出窑炉，然后由排气燃烧装置燃烧。其示意图如图1所示。

2.2 MIM－DF160催化脱脂炉技术参数

系统配置及技术指标：

电源：380V，30A，三相 50Hz；

设备总功率：15kW；

炉腔内体积：160L；

炉腔内尺寸：L420×D420×H500；

最高升温：150℃；

炉腔温度均匀性测试：120℃±3℃；

工作保护气体：氮气。

图1 催化脱脂炉示意图

石油气及压缩空气作燃烧排出的粘结剂参数：

硝酸浓度：70－90%或较高；

硝酸消耗量：30ml/h；

石油气消耗量：3－6g/min；

氮气流量及压力：N2：38L /min（80SCFH），0.2MPa；

压缩空气流量：15L /min（30SCFH），0.3MPa；

设备外形总尺寸：L1800×D1124×H2350。

3 硬件设计

3.1 主电路设计

该设备主电路如图2所示。主电路设有循环风电机M1、酸泵电机M2、炉腔加热管、氮气加热管、烟筒加热管。电源开关QM采用DZ47S－63带分励脱扣断路器，循环风电机、酸泵电机加热管均采用小型断路器DZ47－63进行短路、过载保护。炉腔加热管由固态继电器ESR－40DA－H控制，采用固态继电器主要是利用其寿命长、可靠性高、灵敏度高、控制功率小、可以快速转换、电磁干扰小的优点。由于烟筒加热管、氮气加热管功率较小，则采用各自的智能PID温度控制器XMT612直接控制。

图2 MIM－DF160催化脱脂炉主电路

3.2 控制电路设计

该设备采用CPM1A系列可编程控制器，对包括循环风电机、酸泵电机、加热管、脱脂阀等进行集中控制，其输入、输出电路如图3、图4所示。烟筒、氮气以及炉腔的温度各自采用智能PID温度控制器XMT612进行控制，另外对于脱脂时间的控制采用智能双数显时间控制器HB48P来控制。

4 软件设计

4.1 脱脂炉总体控制要求

（1）全程充氮气，流量可依据要求自动调节，低于设定值自动报警；

（2）全程保持压缩空气、点燃液化气；

（3）全程保持恒定温度（可设定指定温度）；

（4）最后冲洗结束时，全程序结束（建议设定自动报警）；

（5）全程均风风机匀速稳定转动。

图3 PLC控制输入电路

图4 PLC控制输出电路

4.2 基本程序段及其要求

循环风、酸泵、炉腔加热、脱脂阀、空气阀、燃气阀、低流量阀、高流量阀均可手动操作。

该脱脂炉的基本控制环节由初期冲洗、脱脂和最后冲洗构成。

初期冲洗要求：升到设定温度并保持恒温，30min后自动进入下一程序。充氮气流量 1.3－1.5Mpa。

脱脂要求：自定时长（可设定）保持恒温，自动调节充氮气 流 量 至 0.8 －1.0Mpa。按指定转速进酸，停酸后自动进入下一程序。

最后冲洗：75min保持恒温，自动调节充氮气流量至 1.3－1.5Mpa。

自动控制程序流程图如图5所示。

5 结论

该型脱脂炉在工厂进行了单体试车、联动试车，试运行过程中无不正常噪音及过热现象。该设备在实际投入运行过程中，各项性能指标均达到技术要求，设备运行稳定可靠。

［1］乔 彬.金属注射成型脱脂炉的设计［J］.铸造技术，2007，28（7），981.

［2］李益民，李云平.金属注射成型原理与应用［M］.长沙：中南大学出版社，2004.