金属粉末射出成形におけるSUS304粉末スラリーの流動挙動解析

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金属粉末射出成形法(MIM,Metal Injection Molding)における射出プロセスの最適化をはかるには、金属粉末スラリーの流動特性を把握するとともに、数値シミュレーションによる充填挙動の予測が肝要である。本研究では50t射出成形機を用いてステンレス鋼SUS304金属粉末スラリーの流動特性、充てん特性について調査した。充てん特性の評価として、各種条件下でショートショット射出実験を行った結果、充てんパターンとしてはダイスウェル充てんをするものが多いものの、射出条件(スラリーの射出温度、射出速度、金型温度)によっては、ウェルドライン、フローマーク等の欠陥を発生しやすいジェッティング現象を生じながら充てんする場合があることが明らかになった。また流動特性の評価として、金属粉末スラリーの粘度を射出成形機を用いるキャピラリー試験によって測定した結果、粘度はスラリーは配合成分であるバインダの影響を大きく受け、非ニュートン流体であることがわかった。さらに、各種配合率で測定した粘度をせん断速度、温度の関数として、パワーロ-モデルとアレニウスの式の組み合わせで表現できた。これにより、スラリー流動中の粘度把握が可能になった。さらに、樹脂の射出成形で活用されているFAN(Flow Analysis Network)法に、得られた粘度式を組み入れてMIMに適用した結果、ダイスウェル充てんを行う条件については充てん状況の把握、充てん中のスラリー温度の予測が可能であることがわかった。ここで得られた結果は、MIMの射出プロセスにおける射出条件の最適化、欠陥の低減において有用な知見になるものと考える。