माइक्रो टर्बाइन एमआईएम पार्ट्स

उत्पाद परिचय

कोर टिप: धातु इंजेक्शन मोल्डिंग (एमआईएम) तकनीक उन सामग्रियों का निर्माण कर सकती है जिन्हें जटिल संरचनाओं वाले भागों में अन्य पारंपरिक प्रक्रियाओं के साथ संसाधित करना मुश्किल होता है। यह विशेषता इसे उच्च-प्रदर्शन टर्बोचार्जर बनाने के लिए आदर्श बनाती है
धातु इंजेक्शन मोल्डिंग (एमआईएम) तकनीक उन सामग्रियों का निर्माण कर सकती है जिन्हें जटिल संरचनाओं वाले भागों में अन्य पारंपरिक प्रक्रियाओं के साथ संसाधित करना मुश्किल होता है। यह विशेषता इसे उच्च-प्रदर्शन टर्बोचार्जर भागों के उत्पादन के लिए एक आदर्श तरीका बनाती है। बीएएसएफ की अनूठी कैटामॉल्ड प्रक्रिया टर्बोचार्जर एमआईएम भागों के विकास में कई प्रमुख समस्याओं को हल करने में मदद कर सकती है।

टर्बोचार्जर एमआईएम पार्ट्स
टर्बोचार्जर का दिल टरबाइन कक्ष के अंदर एक टरबाइन है, जो गर्म निकास गैस के प्रवाह से संचालित होता है, और ठंडी हवा की तरफ एक संपीड़न पहिया होता है। संपीड़न प्ररित करने वालों को केवल कम तापमान का सामना करने की आवश्यकता होती है, और एल्यूमीनियम प्ररित करने वालों का प्रदर्शन पूरी तरह से आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है। टरबाइन कक्ष में उच्च तापमान निकास गैस को टरबाइन के लिए उच्च तापमान प्रतिरोधी उच्च गुणवत्ता वाले स्टील के उपयोग की आवश्यकता होती है। टर्बाइन आमतौर पर निवेश कास्टिंग प्रक्रिया द्वारा निर्मित होता है। सिद्धांत रूप में, एमआईएम प्रक्रिया द्वारा टर्बाइन का निर्माण किया जा सकता है।
लंबे समय से टर्बोचार्जर भागों में मेटल इंजेक्शन मोल्डिंग (MIM) तकनीक का उपयोग किया जाता रहा है। सामग्री चयन और डिजाइन स्वतंत्रता में एमआईएम के स्पष्ट लाभों के कारण, एमआईएम प्रौद्योगिकी द्वारा निर्मित भागों का हाल के वर्षों में व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, और इसका प्रदर्शन वास्तविक उपयोग में सिद्ध हुआ है।

Cचुनौतियों

यद्यपि एमआईएम प्रौद्योगिकी ने कुछ प्रगति की है, फिर भी उन भागों के निर्माण के लिए प्रक्रिया अनुकूलन, भाग संरचना और ढालना डिजाइन पर बहुत काम है जो लगभग मांग कर रहे हैं। जब टर्बाइन के मध्य क्षेत्र में बहुत अधिक सामग्री जमा हो जाती है, तो यह संकोचन गुहा की घटना का कारण बन सकती है। यह वॉल्यूम सिकुड़न के कारण होता है जो कूलिंग के दौरान होता है। दोनों प्रक्रियाओं में इस दोष के होने की संभावना होती है जब मोल्ड पिघला हुआ पदार्थ (निवेश कास्टिंग में पिघला हुआ धातु, एमआईएम में पिघला हुआ फ़ीड) से भर जाता है। इस मुद्दे के विस्तृत विश्लेषण के लिए आधुनिक सिमुलेशन तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, उपयुक्त सॉफ्टवेयर की मदद से एमआईएम इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रियाओं की सटीक भविष्यवाणी। चित्र 1 टर्बो सिम्युलेटेड मोल्ड फिलिंग के प्रभाव को दर्शाता है। यह भाग एक शंक्वाकार गेट का उपयोग करता है जिसके माध्यम से पिघला हुआ फीडस्टॉक भाग में इंजेक्ट किया जाता है।
मोल्ड और पिघल तापमान के अलावा, मोल्ड भरने की प्रक्रिया को इंजेक्शन की गति (सेमी3/एस) को और समायोजित करके बहुत वास्तविक रूप से अनुकरण किया जा सकता है। आंकड़े 1 और 2 समय के साथ टर्बाइन मोल्ड भरने की प्रक्रिया दिखाते हैं। निर्धारित शर्तों के तहत, भाग 1.1 के भीतर भर जाता है। रंग तापमान ग्राफ भरने की प्रक्रिया के दौरान समय के साथ पिघले हुए परिवर्तन को दर्शाता है। नीले क्षेत्र पहले भरे जाते हैं, लाल क्षेत्र अंत में। सांचे में या डिमोल्डिंग के बाद भाग की शीतलन प्रक्रिया को देखकर, दोष क्षेत्र में पिघलने की सूक्ष्म प्रक्रिया का पता लगाना संभव है। 40 एस के लिए मोल्ड में ठंडा करने के बाद टर्बाइन का सॉलिडिफिकेशन प्रेशर क्रॉस-सेक्शनल व्यू। मध्य में बड़ा नीला क्षेत्र इंगित करता है कि शीतलन के अंत में दबाव बहुत कम था, जबकि आसन्न क्षेत्र में ठोस सामग्री है, जो आगे पिघलने से रोकती है। इसलिए, सामग्री के ठंडा होने के कारण नीले क्षेत्र में आयतन सिकुड़ने से संकोचन गुहाओं का निर्माण होता है। चित्रा 4 स्पष्ट रूप से इस समस्या को प्रदर्शित करता है, जहां शीतलन समय के बाद अनसुलझी सामग्री के कारण आवाजें होती हैं।

खोई हुई कोर तकनीक

कैटामॉल्ड प्रक्रिया में, इंजेक्शन मोल्डिंग के पूरा होने के बाद, एसिटल बाइंडर को डिबाइंडिंग ओवन में एक अम्लीय वातावरण में विघटित करके भाग से जल्दी से हटा दिया जाता है।
यदि एक कोर को पहले पीओएम के साथ इंजेक्शन मोल्ड किया जाता है और फिर कोर के चारों ओर फीड और ओवरमोल्ड किया जाता है, तो जटिल खोखली संरचनाओं वाले भागों को प्राप्त किया जा सकता है क्योंकि पीओएम कोर को डीबाइंडिंग के दौरान हटा दिया जाता है।
एक क्रॉस-सेक्शनल दृश्य दिखाता है कि इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रिया के दौरान कोर डालने से खोखले इंटीरियर में अन्यथा ठोस भाग कैसे बनता है। जैसे ही इंजेक्शन मोल्डिंग के बाद कोर को हटा दिया जाता है, एक विशिष्ट खोखली संरचना बन जाएगी।
चित्रा 6 टर्बाइन के दोष क्षेत्र पर खोई हुई कोर प्रौद्योगिकी के सुधार प्रभाव को दर्शाता है। रंगीन धारियाँ प्रत्येक क्षेत्र के जमने के लिए आवश्यक समय का प्रतिनिधित्व करती हैं। मोल्ड कोर को छोड़कर भाग के हिस्से 27 के लिए ठंडा करने के बाद पूरी तरह से जम जाते हैं।
सामान्य एमआईएम प्रक्रिया की तुलना में, खोई हुई कोर विधि भागों की उत्पादन क्षमता में काफी सुधार कर सकती है। ऐसा इसलिए है, क्योंकि सिद्धांत रूप में, मोल्ड कोर को किसी भी आकार में बनाया जा सकता है, और आंतरिक संरचना को टरबाइन के वास्तविक आकार और भार के अनुसार समायोजित किया जा सकता है। वहीं, यह तकनीक टरबाइन के वजन को भी काफी कम कर सकती है।

सिंटरिंग प्रक्रिया

धातु इंजेक्शन मोल्डिंग प्रौद्योगिकी में अंतिम चरण सिंटरिंग है, जिसके दौरान शेष बाइंडर को हटा दिया जाता है और भाग आकार में सिकुड़ जाता है। उपयोग किए गए मिश्र धातु के गलनांक की तुलना में सिंटरिंग का तापमान थोड़ा कम होता है, और प्रक्रिया के दौरान आकार परिवर्तन बड़ा होगा।
एमआईएम भागों की संकोचन विशेषताएं मोल्ड आकार, दीर्घकालिक उत्पादन स्थिरता, सामग्री बैच विचरण और प्रसंस्करण विंडो से प्रभावित होती हैं। एक स्थिर संकोचन दर प्राप्त करने के लिए, सांचों का उत्पादन, विशेष रूप से जटिल ज्यामितीय संरचनाओं वाले भागों के लिए, आयामों को सही करने के लिए अनुकूलन के कई दौरों की आवश्यकता होती है। इन आयामी परिवर्तनों में से कुछ का पहले से अनुमान लगाना मुश्किल है और ये इंजेक्शन मोल्डिंग या सिंटरिंग के दौरान बन सकते हैं।
यह कल्पना करना मुश्किल नहीं है कि 1200 डिग्री सेल्सियस ~ 1450 डिग्री सेल्सियस (विभिन्न प्रकार की सामग्रियों के अनुसार) के उच्च तापमान पर, जटिल आकार वाले हिस्से आसानी से विकृत हो जाते हैं। उचित घटक डिजाइन और प्रक्रिया नियंत्रण के माध्यम से कई मामलों में इस विकृति से बचा जा सकता है।
हालाँकि, स्थिति और अधिक जटिल हो जाती है जब दीवार की मोटाई, ब्रैकट निर्माण, और संकोचन के कारण घर्षण विरूपण का कारण बनता है।
अग्रिम संभावित विरूपण और संकोचन मतभेदों की भविष्यवाणी करने में सक्षम होने के लिए बहुत गहराई से मौलिक शोध किया गया है, ताकि जितना संभव हो सके, मोल्ड के उचित संशोधन से उन्हें समाप्त किया जा सके।

टर्बोचार्जर गाइड वेन्स की मॉडलिंग

दिखाया गया सिंटरिंग सिमुलेशन के दौरान उपयोग किए जाने वाले टर्बोचार्जर के गाइड वैन हैं। सिमुलेशन सॉफ्टवेयर की सहायता से, सबसे अधिक विकृति वाले क्षेत्रों की पहचान की जा सकती है। बैरिएरे द्वारा वर्णित सिंटरिंग मॉडल का उपयोग यहां किया गया था। इस मॉडल में, एमआईएम भागों के दृश्य संकोचन को रेंगना माना जाता है और विस्कोलेस्टिक सामग्री की विशेषताओं के अनुसार वर्णित किया जाता है। ग्राफ दो ताप दरों (बाएं पैमाने) पर समय के साथ कैटामोल्ड 310N सामग्री के संकोचन (दाएं पैमाने) को दर्शाता है। जाहिर है, अलग-अलग ताप दर से अलग-अलग सिकुड़न होती है, जो कि सिंटरिंग के दौरान होने वाली अन्य प्रतिक्रियाओं के साथ मिलकर, भाग की विकृति का कारण बन सकती है।
बाईं ओर दिखाए गए क्रॉस-लिंक्ड गाइड वेन्स हैं, जिसमें लाइनें इंगित करती हैं कि वे पाप किए जाने पर कहां थे। दाईं ओर की तुलना सिंटरिंग से पहले और बाद के भाग को दिखाती है, जहाँ भाग के आकार और स्थिति में परिवर्तन स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है।
सिंटरिंग मॉडल और सामग्री के संकोचन गुणों के आधार पर, स्थानिक दिशा में भाग के संकोचन की गणना की जा सकती है। इसलिए, सिंटरिंग के दौरान होने वाली सिकुड़न को दिखाया गया है। रंग तापमान प्लॉट स्पष्ट रूप से क्षेत्रों के सिकुड़ने और छोटे होने की प्रवृत्ति को दर्शाता है। अक्षीय दिशा के साथ संकोचन को ध्यान में रखते हुए, गहरा नीला सबसे अधिक संकोचन वाले क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है, और जर्नल से गाइड वेन तक संक्रमण का पीला भाग सबसे कम संकोचन वाले क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है।
तुलना के लिए, गाइड वेन की ले-फ्लैट सिंटरिंग प्रक्रिया को भी सिम्युलेट किया गया था। सिमुलेशन से प्राप्त परिणाम भाग के विकास के दौरान अनिसोट्रोपिक संकोचन को समाप्त करने के लिए विचार करना और उचित उपाय करना संभव बनाते हैं।
कच्चा माल
एमआईएम टर्बाइनों के निर्माण में शामिल एक अन्य मुख्य मुद्दा उपयुक्त सामग्री की उपलब्धता है। इन सामग्रियों को उच्च भार के तहत 1080 डिग्री तक के उच्च तापमान का सामना करने में सक्षम होना आवश्यक है। एमआईएम का मुख्य लाभ यह है कि यह उन सामग्रियों से पुर्जे बना सकता है जिन्हें निवेश कास्टिंग द्वारा मशीन बनाना मुश्किल है।
2003 से एमआईएम प्रौद्योगिकी में सुपरऑलॉयज का उपयोग किया गया है और व्यापक रूप से जाना जाता है। टर्बोचार्जर प्ररित करनेवाला सामग्री के चयन में, उच्च तापमान पर उच्च शक्ति होना एक बुनियादी आवश्यकता है। चित्रा 11 1000h के लिए उच्च तापमान कार्रवाई के बाद विभिन्न सामग्रियों के फ्रैक्चर ताकत मूल्यों को दर्शाता है।
अल्ट्राफाइन पाउडर के उत्पादन के कारण, एमआईएम सुपरअलॉय भागों का माइक्रोस्ट्रक्चर बहुत समान है, जो कि सटीक कास्ट पार्ट्स से काफी अलग है। Inconel 713 C, अक्सर टर्बोचार्जर भागों को बनाने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला एक सुपरऑलॉय है, जिसे MIM सामग्री के रूप में भी विकसित किया गया है।
एल्यूमीनियम और टाइटेनियम की अपेक्षाकृत उच्च सामग्री के कारण, सामान्य सिंटरिंग वातावरण (हाइड्रोजन, नाइट्रोजन) के तहत इस सामग्री का सिंटरिंग संभव नहीं है। हालांकि, यह पाया गया कि परिरक्षण गैस के रूप में आर्गन का उपयोग सिंटरिंग के दौरान इन तत्वों के ऑक्सीकरण को रोकता है और संकोचन पर प्रभावी नियंत्रण प्राप्त करता है।
एमआईएम भागों की यांत्रिक शक्ति और कमरे के तापमान (संलग्न तालिका) पर निवेश कास्टिंग नमूनों की प्रत्यक्ष तुलना यह साबित करती है कि कैटामॉल्ड प्रक्रिया उत्कृष्ट सामग्री गुण प्राप्त कर सकती है।

संक्षेप

टर्बोचार्जर बाजार अगले कुछ वर्षों में मजबूत वृद्धि दिखाना जारी रखेगा, इसका एक कारण गैसोलीन इंजन टर्बोचार्जर अनुप्रयोगों में क्रमिक वृद्धि है।
धातु इंजेक्शन मोल्डिंग तकनीक टर्बोचार्जर के लिए जटिल भागों का उत्पादन करने के प्रभावी तरीकों में से एक साबित हुई है, लेकिन मोल्डिंग में एमआईएम तकनीक की क्षमता अभी तक खोजी नहीं जा सकी है।
इंजेक्शन मोल्डिंग और सिंटरिंग प्रोसेस सिमुलेशन तकनीक के अनुप्रयोग के साथ, भाग विकास प्रक्रिया में उत्पाद अनुकूलन चरणों को और कम करना संभव है। एमआईएम प्रौद्योगिकी उच्च गर्मी प्रतिरोधी सामग्री के उपयोग के लिए पर्याप्त गारंटी प्रदान करती है। एमआईएम सुपरऑलॉय जैसे गर्मी प्रतिरोधी सामग्री से बने हिस्सों में एक समान सूक्ष्म संरचना होती है, और कमरे के तापमान पर उनके यांत्रिक गुण निवेश कास्टिंग भागों से भी अधिक होते हैं।

डिटेक्शन सिस्टम

धातु इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रिया