金屬粉末注射成型

1、金屬粉末注射成型第1頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四金屬粉末注射成型技術(shù)(Metal Powder Injection Molding，簡(jiǎn)稱MIM)是將現(xiàn)代塑料注射成形技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成形技術(shù)。其基本工藝過(guò)程是：首先將固體粉末與有機(jī)粘結(jié)劑均勻混煉，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(150)用注射成形機(jī)注入模腔內(nèi)固化成形，然后用化學(xué)或熱分解的方法將成形坯中的粘結(jié)劑脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。與傳統(tǒng)工藝相比，具有精度高、組織均勻、性能優(yōu)異，生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子信息工程、生物醫(yī)療器械、辦公設(shè)備、汽車、機(jī)械、五金、體育器械、

2、鐘表業(yè)、兵器及航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。因此，國(guó)際上普遍認(rèn)為該技術(shù)的發(fā)展將會(huì)導(dǎo)致零部件成形與加工技術(shù)的一場(chǎng)革命，被譽(yù)為“當(dāng)今最熱門的零部件成形技術(shù)”和“21世紀(jì)的成形技術(shù)”。MIM始于20世紀(jì)70年代末，其工藝包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、質(zhì)量檢測(cè)、混煉、注射、脫脂、燒結(jié)、二次加工等8個(gè)重要環(huán)節(jié)。隨著研究的不斷深入以及新型粘結(jié)劑的開(kāi)發(fā)、制粉技術(shù)和脫脂工藝的不斷進(jìn)步，到90年代 初已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。當(dāng)前，MIM已經(jīng)被被譽(yù)為國(guó)際最熱門的金屬零部件成形技術(shù)之一。 第2頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四歷史與現(xiàn)狀 美國(guó)加州Parmatech公司于1973年發(fā)明，八十年代初歐洲許多國(guó)家以及日本也

3、都投入極大精力開(kāi)始研究該技術(shù)，并得到迅速推廣。特別是八十年代中期，這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化以來(lái)更獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，每年都以驚人的速度遞增。到目前為止，美國(guó)、西歐、日本等十多個(gè)國(guó)家和地區(qū)有一百多家公司從事該工藝技術(shù)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、研制與銷售工作。日本在競(jìng)爭(zhēng)上十分積極，并且表現(xiàn)突出，許多大型株式會(huì)社均參與MIM工業(yè)的推廣，這些公司包括有太平洋金屬、三菱制鋼、川崎制鐵、神戶制鋼、住友礦山、精工-愛(ài)普生、大同特殊鋼等。目前日本有四十多家專業(yè)從事MIM產(chǎn)業(yè)的公司，其MIM工業(yè)產(chǎn)品的銷售總值早已超過(guò)歐洲并直追美國(guó)。到目前為止，全球已有百余家公司從事該項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、研制與銷售工作，MIM技術(shù)也因此成為新型制造業(yè)

4、中最為活躍的前沿技術(shù)領(lǐng)域，被譽(yù)為世界冶金行業(yè)的開(kāi)拓性技術(shù)，代表著粉末冶金技術(shù)發(fā)展的主方向。第3頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四工藝特點(diǎn) 金屬粉末注射成型技術(shù)是集塑料成型工藝學(xué)、高分子化學(xué)、粉末冶金工藝學(xué)和金屬材料學(xué)等多學(xué)科透與交叉的產(chǎn)物，利用模具可注射成型坯件并通過(guò)燒結(jié)快速制造高密度、高精度、三維復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)零件，能夠快速準(zhǔn)確地將設(shè)計(jì)思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)、功能特性的制品，并可直接批量生產(chǎn)出零件，是制造技術(shù)行業(yè)一次新的變革。該工藝技術(shù)不僅具有常規(guī)粉末冶金工藝工序少、無(wú)切削或少切削、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，而且克服了傳統(tǒng)粉末冶金工藝制品、材質(zhì)不均勻、機(jī)械性能低、不易成型薄壁

5、、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的缺點(diǎn)，特別適合于大批量生產(chǎn)小型、復(fù)雜以及具有特殊要求的金屬零件。工藝流程金屬粉末+粘結(jié)劑混煉注射成形脫脂燒結(jié)后處理MIM工藝所用金屬粉末顆粒尺寸一般在0.520m；從理論上講，顆粒越細(xì)，比表面積也越大，易于成型和燒結(jié)。而傳統(tǒng)的粉末冶金工藝則采用大于40m的較粗的粉末。有機(jī)膠粘劑作用是粘接金屬粉末顆粒，使混合料在注射機(jī)料筒中加熱具有流變性和潤(rùn)滑性，也就是說(shuō)帶動(dòng)粉末流動(dòng)的載體。因此，粘接劑的選擇是整個(gè)粉末注射成型的關(guān)鍵。對(duì)有機(jī)粘接劑要求：1.用量少，用較少的粘接劑能使混合料產(chǎn)生較好的流變性；2.不反應(yīng)，在去除粘結(jié)劑的過(guò)程中與金屬粉末不起任何化學(xué)反應(yīng)；3.易去除，在制品內(nèi)不殘留。第4頁(yè)

6、，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四成型原理第5頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四注射成型工藝原理示意圖1-模具；2-噴嘴；3-料筒；4-分流梭；5-料斗；6-注射柱塞第6頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四注射成型工藝條件 包括閉模、加料、塑化、注射、保壓、固化(冷卻定型)、開(kāi)模出料等工序。而成型溫度、注射壓力（包括注射速度）、成型周期（包括注射、保壓、固化時(shí)間）被稱為注射成型工藝的“三大工藝條件”。當(dāng)然要順利完成整個(gè)注射過(guò)程需一步一步地加以控制。 (1）加料及剩余量 加料：一般要求定時(shí)、定量、均勻供料。剩余量：保證每次注射后

7、料筒底部有一定剩余的物料剩料的作用：a、傳壓；b、補(bǔ)料（收縮后的補(bǔ)料）剩料一般控制在1020mm，不能太多，太少。 太多：注射壓力損失大，剩料受熱時(shí)間太長(zhǎng)，易發(fā)生分解或固化等。 太少：起不到很好的傳壓作用，模腔內(nèi)物料受壓不足。第7頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四(2)成型溫度 成型溫度包括：料筒、噴嘴、模具溫度。成型溫度是三大工藝條件之一，關(guān)系到物料的塑化、流動(dòng)性、充模等工藝條件。應(yīng)考慮以下因素： 1、注射成型機(jī)的種類 螺桿式注射成型機(jī)所需的料筒溫度比柱塞式低。 原因：a、螺桿式成型機(jī)料筒內(nèi)的料層較??； b、物料在螺桿推進(jìn)的過(guò)程中不斷翻轉(zhuǎn)，有利于傳熱； c、物料翻轉(zhuǎn)運(yùn)

8、動(dòng)，受剪切力作用，自身摩擦生熱。 2、產(chǎn)品厚度 對(duì)薄壁制品要求物料有較高的流動(dòng)性才能充滿模腔，因此需較高的成型溫度；相反厚壁制品成型溫度可低一些。判斷料筒噴嘴溫度的兩種方法： a、熔體對(duì)空注射法。脫開(kāi)模具，用低壓注射，觀察料流，是否毛糙、變色、起泡,料流表面光滑者表明溫度合適。 b、產(chǎn)品直觀分析法。對(duì)試生產(chǎn)制品觀察有無(wú)毛糙、波紋、氣泡等弊病。第8頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四 對(duì)于熱塑性粘結(jié)劑，料筒溫度略高于噴嘴溫度，高于模具溫度。 對(duì)于熱固性粘結(jié)劑，模具溫度略高于噴嘴溫度，高于料筒溫度。3、注射料的品種和性能(3)螺桿轉(zhuǎn)速及背壓必須根據(jù)所選用的粘結(jié)劑熱敏程度及熔體

9、粘度進(jìn)行調(diào)整。轉(zhuǎn)速慢：塑化好，物料易降解、早期固化。轉(zhuǎn)速快：有利于塑化，但物料停留時(shí)間短可能塑化不夠。還可使纖維變短。背壓：指螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)推進(jìn)物料塑化時(shí)，傳給螺桿的反向壓力。背壓的作用：能使物料在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷排出空氣和揮發(fā)物，并使物料逐漸密實(shí)。背壓過(guò)小起不到以上作用，背壓大，功率消耗大，并在物料溫度較低時(shí)能使纖維粉化，影響制品性能。圖12-21背壓與玻璃纖維長(zhǎng)度的關(guān)系。第9頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四(4)注射速度及注射壓力 注射壓力大小與注射機(jī)種類、物料流動(dòng)性、模具澆口尺寸、產(chǎn)品厚度、模具溫度及流程等因素有關(guān)。 一般注射壓力略高于熱塑性塑料的注射壓力。 保壓的作用

10、：使制品冷卻收縮時(shí)得以補(bǔ)料，尺寸準(zhǔn)確，表面光潔，有利于消除氣泡。保壓時(shí)間一般0.32分鐘，特厚制品可達(dá)510分鐘。 注射速度與注射壓力、溫度、模口尺寸等因素有關(guān)。注射速度慢不利于充模，生產(chǎn)效率低，注射速度過(guò)快易混入氣泡。需通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)確定。 (5)成型周期 成型周期即完成一次注射成型制品所需的時(shí)間。包括： 1）注射加壓時(shí)間（保壓時(shí)間、注射時(shí)間）； 2）冷卻時(shí)間（模內(nèi)冷卻或固化時(shí)間）； 3）其他時(shí)間（開(kāi)模、取出制品、涂脫模劑、安放嵌件、閉模等時(shí)間）。 成型周期是提高生產(chǎn)率的關(guān)鍵，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量縮短成型周期。第10頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四制品后處理

11、 作用 提高制品的尺寸穩(wěn)定性，消除內(nèi)應(yīng)力 分類 熱處理 調(diào)濕處理 （1）熱處理 熱處理的實(shí)質(zhì)：迫使凍結(jié)的分子鏈松弛，凝固的大分子鏈段轉(zhuǎn)向無(wú)規(guī)位置，消除部分內(nèi)應(yīng)力，提高結(jié)晶度，穩(wěn)定結(jié)晶結(jié)構(gòu)，提高彈性模量，降低斷裂延伸率。（2）調(diào)濕處理 將剛脫模的制品放入水中，與空氣隔絕、防止氧化。調(diào)濕條件：90110 4h第11頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四混料：把金屬粉末與有機(jī)粘接劑均勻摻混在一起，使各種原料成為注射成型用混合料?；旌狭系木鶆虺潭戎苯佑绊懫淞鲃?dòng)性，因而影響注射成型工藝參數(shù)，以至最終材料的密度及其它性能。在注射成型過(guò)程中，混合料在注射機(jī)料筒內(nèi)被加熱成具有流變性的塑性物

12、料，并在適當(dāng)?shù)淖⑸鋲毫ο伦⑷肽＞咧?，成型出毛坯。注射成型的毛坯在微觀上應(yīng)均勻一致，從而使制品在燒結(jié)過(guò)程中均勻收縮。脫脂（萃?。撼尚兔髟跓Y(jié)前必須去除毛坯內(nèi)所含有的有機(jī)粘結(jié)劑，該過(guò)程稱為脫脂或萃取。脫脂工藝必須保證粘結(jié)劑從毛坯的不同部位沿著顆料之間的微小通道逐漸地排出，而不降低毛坯的強(qiáng)度。粘結(jié)劑的排除速率一般遵循擴(kuò)散方程。燒結(jié)：能使多孔的脫脂毛坯收縮至密化成為具有一定組織和性能的制品。盡管制品的性能與燒結(jié)前的許多工藝因素有關(guān)，但在許多情況下，燒結(jié)工藝對(duì)最終制品的金相組織和性能有著很大、甚至決定性的影響。后處理：對(duì)于尺寸要求較為精密的零件，需要進(jìn)行必要的后處理。這工序與常規(guī)金屬制品的熱處理工序

13、相同。MIM工藝與其它加工工藝的對(duì)比：MIM使用的原料粉末粒徑一般小于15m，而傳統(tǒng)粉末冶金的原粉粉末粒徑大多在50-100m。MIM工藝的成品密度高，原因是使用微細(xì)粉末。MIM工藝具有傳統(tǒng)粉末冶金工藝的優(yōu)點(diǎn)，而形狀上自由度高是傳統(tǒng)粉末冶金所不能達(dá)到的。傳統(tǒng)粉末冶金限于模具的強(qiáng)度和填充密度，形狀大多為二維圓柱型。第12頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四MIM和傳統(tǒng)方法的比較： 壓鑄工藝用在鋁和鋅合金等熔點(diǎn)低、鑄液流動(dòng)性良好的材料。此工藝的產(chǎn)品因材料的限制，其強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性均有限度。MIM工藝可以加工的原材料則較多。注射成型工藝技術(shù)利用注射機(jī)注射成型產(chǎn)品毛坯，保證物

14、料充分充滿模具型腔（金屬液鑄造充模較差），也就保證了零件高復(fù)雜結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。粉末鍛造是一項(xiàng)重要的發(fā)展，已適用于連桿的量產(chǎn)制造。但是一般而言，鍛造過(guò)中熱處理的成本和模具的壽命還是有問(wèn)題，仍待進(jìn)一步解決。傳統(tǒng)機(jī)械加工法，近年來(lái)靠自動(dòng)化而提升了其加工能力，在效果和精度上有極大的進(jìn)步，但是基本的程序上仍脫不開(kāi)逐步加工(車削、刨、銑、磨、鉆孔、拋光等)來(lái)完成零件形狀的方式。機(jī)械加工方法的加工精度遠(yuǎn)優(yōu)于其他加工方法，但是因?yàn)椴牧系挠行Ю寐实?，且其形狀的完成受限于設(shè)備與刀具，有些零件無(wú)法用機(jī)械加工完成。相反，MIM可以有效利用材料，不受限制，對(duì)于小型、高難度形狀的精密零件的制造，MIM工藝比較機(jī)械加工而言，

15、其成本較低且效率高，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 以往在傳統(tǒng)加工技術(shù)中先作成個(gè)別元件再組合成組件的方式，在使用MIM技術(shù)時(shí)可以考慮整合成完整的單一零件，大大減少步驟、簡(jiǎn)化加工程序。 MIM技術(shù)并非與傳統(tǒng)加工方法競(jìng)爭(zhēng)，而是彌補(bǔ)傳統(tǒng)加工方法在技術(shù)上的不足或無(wú)法制作的缺陷。MIM技術(shù)可以在傳統(tǒng)加工方法制作的零件領(lǐng)域上發(fā)揮其特長(zhǎng)。MIM工藝在零部件制造方面所具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)可成型高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)零件。 MIM和其他金屬加工法相比，制品尺寸精度高，不必進(jìn)行二次加工或只需少量精加工。注射成型工藝可直接成型薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，制品形狀已接近最終產(chǎn)品要求，零件尺寸公差一般保持在0.10.3mm左右。特別對(duì)于降低難于進(jìn)行機(jī)械加

16、工的硬質(zhì)合金的加工成本，減少貴重金屬加工時(shí)的損失尤其具有重要意義。制品微觀組織均勻、密度高、性能好。第13頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四 模具及適用范圍：MIM技術(shù)使用的金屬模具，其壽命和工程塑料注射成型具模具相當(dāng)。由于使用金屬模具，MIM適合于零件的大量生產(chǎn)。由于利用注射機(jī)成型產(chǎn)品毛坯，極大地提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，而且注射成型產(chǎn)品的一致性、重復(fù)性好，從而為大批量和規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)提供了保證。注射成型的材料非常廣泛(鐵基，低合金，高速鋼，不銹鋼，工具鋼，硬質(zhì)合金)。原則上任何可高溫澆結(jié)的粉末材料均可由MIM工藝造成零件，包括了傳統(tǒng)制造工藝中的難加工材料和高熔

17、點(diǎn)材料。此外，MIM也可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行材料配方研究，制造任意組合的合金材料，將復(fù)合材料成型為零件。MIM工藝采用微米級(jí)細(xì)粉末，既能加速燒結(jié)收縮，有助于提高材料的力學(xué)性能，延長(zhǎng)材料的疲勞壽命，又能改善耐、抗應(yīng)力腐蝕及磁性能。對(duì)于過(guò)硬，過(guò)脆難以切削的材料或幾何形狀復(fù)雜、鑄造時(shí)原料有偏析或污染的零件，采用MIM工藝可大幅度節(jié)約成本。以加工打字機(jī)印刷元件導(dǎo)桿為例，通常需14道工序；而采用MIM工藝只需6道工序，可節(jié)約一半左右的成本。零件越小越復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)效益將越好。通過(guò)以上分析，可以看出MIM成型的潛力是很大的。第14頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四MIM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域：

18、1.計(jì)算機(jī)及輔助設(shè)施：如打印機(jī)零件、磁芯、撞針軸銷、驅(qū)動(dòng)零件； 2.工具：如鉆頭、刀頭、噴嘴、槍鉆、螺旋銑刀、沖頭、套筒、扳手、電工工具、手工具等；3.家用器具：如表殼、表鏈、電動(dòng)牙刷、剪刀、風(fēng)扇、高爾夫球頭、珠寶鏈環(huán)、圓珠筆卡箍、刃具刀頭等零部件4.醫(yī)療機(jī)械用零件：如牙齒矯形架、剪刀、鑷子；5.軍用零件：導(dǎo)彈尾翼、槍支零件、彈頭、藥型罩、引信用零件；6.電器用零件：電子封裝，微型馬達(dá)、電子零件、傳感器件；7.機(jī)械用零件：如松棉機(jī)、紡織機(jī)、卷邊機(jī)、辦公機(jī)械等；8.汽車船舶用零件：如離合器內(nèi)環(huán)、拔叉套、分配器套、汽門導(dǎo)管、同步轂、安全氣囊件等 第15頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)3

19、5分，星期四 注射成型設(shè)備主要包括注射成型機(jī)和模具。1、 注射機(jī)一、分類（1）按物料的塑化形式分：柱塞式和往復(fù)螺桿式,其中往復(fù)螺桿式用的最多。 往復(fù)螺桿式注射機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化了預(yù)塑結(jié)構(gòu)，不需要分流梭，因而使注射壓力降低了很多。螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)使物料翻滾，傳熱條件好。物料內(nèi)部受到剪應(yīng)力大，塑化效率高。因無(wú)分流梭，更換物料方便。注射速度快。對(duì)原料的適應(yīng)性廣，能加工熱敏粘結(jié)劑。第16頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四 雙螺桿機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 1 連接器2過(guò)濾器3料簡(jiǎn)4螺桿5加熱器6加料器7支座8上推軸承9減速器10電動(dòng)機(jī)2. 2 塑料成型設(shè)備第17頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13

20、點(diǎn)35分，星期四螺桿預(yù)塑化柱塞式注射裝置1-單向閥2-預(yù)塑料筒3-注射柱塞4-注射料筒2. 2 塑料成型設(shè)備第18頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四（2）按照注射機(jī)的外形特征分類 常見(jiàn)的有五種形式立式注射成型機(jī) 注射裝置和合模裝置與地面垂直。 特點(diǎn)：占地面積小，模具折裝方便。料斗高，加料不方便，僅適用于注射量小于60cm3的制品生產(chǎn)。臥式注射機(jī) 注射裝置，合模裝置均水平排列。 特點(diǎn)：機(jī)身低，加料方便，操作維修方便，制品頂出后可自由落下，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 缺點(diǎn)：占地面積大，模具拆卸比較麻煩。角式注射機(jī) 注射裝置與合模裝置呈垂直排列。 特點(diǎn)：介于立式與臥式之間，適用于加工中心

21、部分不允許留有澆口的制品。 轉(zhuǎn)盤式注射機(jī) 將多副模具裝在一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的盤上，轉(zhuǎn)盤去年定時(shí)旋轉(zhuǎn)，使各模具與噴嘴相對(duì)注射成型。 特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，特別適用于冷卻時(shí)間長(zhǎng)或安放嵌件費(fèi)時(shí)的制品生產(chǎn)。第19頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四立式注射機(jī) 它的注射裝置垂直裝設(shè)，并與鎖模機(jī)構(gòu)移動(dòng)方向成一條軸線。優(yōu)點(diǎn)：占地面積小，拆裝模具方便，易于安放嵌件等。缺點(diǎn)：塑件推出后需由人工取出，不易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作。第20頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四名稱 項(xiàng)目SZL-125gAB注射裝置螺桿直徑mm4042理論注射容積cm3 150165注射量（PS） g140154注

22、射壓力MPa150135螺桿轉(zhuǎn)速r/min60-12060-120注射速率g/s8592合模裝置 合模率KN600開(kāi)模行程mm320容模mm300420拉桿有效間距mm245365頂出方式啟頂、液頂頂出行程mm60其它 油泵壓力MPa16電機(jī)功率kw7.5加熱功率kw4.8機(jī)器尺寸mm8009502550機(jī)器重量T 1.65第21頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四第22頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四3.2 注塑機(jī)第23頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四第24頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四第2

23、5頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四第26頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四2 、注射機(jī)的構(gòu)造 螺桿式注射機(jī)主要由注射、合模、傳動(dòng)、控制四部分組成。一、注射系統(tǒng) 包括螺桿、料筒、加料加熱裝置、噴嘴等。（1）螺桿 注射機(jī)螺桿與擠出機(jī)螺桿的區(qū)別： a、注射機(jī)螺桿既能旋轉(zhuǎn)，又能軸向移動(dòng)，擠出機(jī)螺桿僅轉(zhuǎn)動(dòng)； b、注射機(jī)螺桿的長(zhǎng)徑比和壓縮比都比擠出機(jī)小； 注射機(jī)：長(zhǎng)徑比 1518，壓縮比 22.5 擠出機(jī)：長(zhǎng)徑比 2030，壓縮比 （壓縮比：加料口的螺槽容積與均化段最后一個(gè)螺槽容積之比）第27頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四（2）

24、料筒 注射機(jī)的料筒與擠出機(jī)的構(gòu)造和選材相同。（3）噴嘴 噴嘴的作用：提高熔融物料的流速，使其能迅速充模。 分為開(kāi)式噴嘴與閉式噴嘴。開(kāi)式噴嘴 （a）不能加熱（b）可進(jìn)行加熱 閉式噴嘴 通過(guò)彈簧彈力、擋圈、導(dǎo)桿、頂針實(shí)現(xiàn)閉鎖。 注射時(shí)，熔料頂開(kāi)頂針進(jìn)入模腔。這種噴嘴使用方便，可防止流延，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失大，射程小，補(bǔ)縮作用小，適用于加工粘度低的樹(shù)脂。第28頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四2. 2 塑料成型設(shè)備第29頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四二、合模系統(tǒng) 作用：開(kāi)啟和閉合模具。 要求有足夠的鎖模力，足夠的模板面積和強(qiáng)度； 運(yùn)動(dòng)速度要求：閉

25、合時(shí)先快后慢，開(kāi)啟時(shí)先慢后快； 合模系統(tǒng)由固定板、移動(dòng)板、合模油缸、頂出裝置等組成。 頂出裝置： 作用：用于制品脫模的機(jī)構(gòu)。分為機(jī)械式和液壓式。一般設(shè)計(jì)成與合模裝置聯(lián)動(dòng)，開(kāi)模后一時(shí)間間隔聯(lián)動(dòng)頂模裝置將制品頂出。三、傳動(dòng)部分 主要由油缸、電機(jī)、各種閥門、開(kāi)關(guān)等組成。通過(guò)油路供給的壓力驅(qū)動(dòng)各部分動(dòng)作。第30頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四三、注射機(jī)的參數(shù) （1）注射部分參數(shù) 最大注射量 是指注射螺桿完成一次最大注射行程時(shí)（有軸向移動(dòng)），注射機(jī)的最大注射量。 表示方法： a、以注射出的聚苯乙烯熔料質(zhì)量（克）來(lái)表示； b、以注射出的熔料體積（cm3）表示。 第二種表示方法即容

26、積法與物料的密度無(wú)關(guān)，用起來(lái)比較方便，采用此表示方法的較多。 注射壓力 指注射時(shí)螺桿對(duì)熔融物料的壓強(qiáng)，用MPa表示。 注射速度 指在最大注射量時(shí)，螺桿單位時(shí)間內(nèi)的行程。 v= S/t (m/s) v注射速度m/s S注射行程（螺桿） t注射時(shí)間s 塑化性能指標(biāo) 與螺桿直徑、長(zhǎng)徑比、物料性能、螺桿轉(zhuǎn)速等多種因素有關(guān)。第31頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四四、合模部分參數(shù) （1）鎖模力 用下式計(jì)算 PcmkPFPcm 鎖模力，NK 安全系數(shù)， 取2左右P 模腔壓力， PaF 分型面上的投影面積， m2 （2）模板尺寸 一般是成型面積的310倍。 （3）模具厚度、模板行程及

27、最大間距 模具的最大厚度，表示注射機(jī)安裝模具的最大厚度，根據(jù)這個(gè)厚度確定加工制品的最大厚度。（如超過(guò)這個(gè)厚度則無(wú)法開(kāi)啟脫模） 模板行程是指模板開(kāi)閉時(shí)行走的最大距離。其大小直接影響制品取出是否方便。它不能小于模具最大厚度的2倍。 模板最大間距是指移動(dòng)模板移動(dòng)到終點(diǎn)位置時(shí)與固定模板的距離。一般為最大制品高度的3倍。 第32頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四 模具 對(duì)復(fù)合材料的注射成型，應(yīng)考慮的工藝特性主要有：注射壓力高、注射速度快、模具和熔料溫度高、玻纖的摩擦力大等。（1）流動(dòng)特性、流道、澆口及排氣澆口和流道的轉(zhuǎn)彎處應(yīng)成園角，流道轉(zhuǎn)彎處應(yīng)設(shè)冷料穴。澆口的大小應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確

28、定，太小易損壞玻纖且阻力大，太大玻纖分散不均勻。（2）成型收縮 對(duì)于熱塑性復(fù)合材料注射制品，在流動(dòng)方向的收縮率一般比垂直方向小1/2。 因此，設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)精心考慮，通過(guò)模具尺寸對(duì)收縮精細(xì)修正。 生產(chǎn)高精度制品時(shí)，模具各零件要精確配合，閉模的精確度不僅靠導(dǎo)柱，而且還要依靠錐度導(dǎo)柱和定芯板固定。第33頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四注射模 注射模是安裝在注射機(jī)上，完成注射成形工藝所使用的模具。注射模的結(jié)構(gòu) 成形部件澆注系統(tǒng)導(dǎo)向部件推出機(jī)構(gòu)調(diào)溫系統(tǒng)排氣系統(tǒng)支承零部件側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)第34頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四合 模 裝 置合模裝置是保證

29、成型模具可靠的閉鎖 開(kāi)啟并取出制品的部件。一個(gè)完善的合模裝置，應(yīng)該具備下列三個(gè)基本條件:第一、足夠的鎖模力，使模具在熔料壓力（即模腔壓力）作用下，不致有開(kāi)縫現(xiàn)象發(fā)生。第二、足夠的模板面積、模板行程和模板間的開(kāi)距，以適應(yīng)不同外形尺寸制品的成型要求。第三、模板有合適的運(yùn)動(dòng)速度，應(yīng)是閉模時(shí)先快后慢，開(kāi)模時(shí)慢、快、慢，以防止模具的碰撞，實(shí)現(xiàn)制品的平穩(wěn)頂出并提高生產(chǎn)能力。第35頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四一 、合模裝置的組成和分類結(jié)構(gòu)組成：合模裝置主要由固定模板、活動(dòng)模板、拉桿、油缸、連桿以及模具調(diào)整機(jī)構(gòu)、制品頂出機(jī)構(gòu)等組成。分類：合模裝置的種類較多，若按實(shí)現(xiàn)鎖模力的方式分

30、，則有機(jī)械式、液壓式和液壓-機(jī)械組合式三大類。機(jī)械式在新設(shè)計(jì)中已不采用。因它不很符合工藝的要求，將不予介紹。第36頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四1、 液壓合模裝置合模裝置是依靠液體的壓力實(shí)現(xiàn)模具的啟閉和鎖緊作用的。（1）、單缸直壓式合模裝置模具的啟閉和鎖緊都是在一個(gè)油缸的作用下完成的，這是最簡(jiǎn)單的合模裝置。第37頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四這種合模裝置存在一些問(wèn)題，并不十分符合注射機(jī)對(duì)合模裝置的要求。合模初期，模具尚未閉合，合模力??；為了縮短循環(huán)周期，這時(shí)的移模速度應(yīng)快才好。但因油缸直徑甚大，實(shí)現(xiàn)高速有一定困難。合模后期，從模具閉合到鎖

31、緊，為防止碰撞，合模速度應(yīng)該低些，直至為零。鎖緊后的模具才需要達(dá)到鎖模噸位。 這種速度高時(shí)力量小，速度為零時(shí)力量大的要求，是單缸直壓式合模裝置難以滿足的。第38頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四2、增壓式合模裝置 合模初期，壓力油進(jìn)入合模油缸，因直徑較小，其推力小，卻能增大移模速度。模具閉合后，壓力油換向進(jìn)入增壓油缸。利用增壓活塞面積差的作用，提高合模油缸內(nèi)的液體壓力。以此滿足鎖模力的要求。第39頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四增壓式合模裝置的優(yōu)點(diǎn)是： 在不用高壓油泵的情況下提高鎖模力。增壓式合模裝置的缺點(diǎn)是： 油壓的增高對(duì)液壓系統(tǒng)和密封有更高

32、的要求，故增壓是有限度的。目前一般增壓到2032MPa，最高可達(dá)4050 MPa。增壓式合模裝置一般用在中小型注射機(jī)上，其合模速度并不十分快，因?yàn)閷?shí)際上合模油缸直徑還是較大的。第40頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四3、充液式合模裝置 合模時(shí)，壓力油首先進(jìn)入小直徑移模油缸，實(shí)現(xiàn)快速閉模；合模過(guò)程中，鎖模缸的活塞隨著移動(dòng)模板前進(jìn)，因而造成油缸內(nèi)的負(fù)壓，充液閥打開(kāi)，大量的工作油進(jìn)入鎖模油缸。當(dāng)模具閉合，鎖模油缸接通高壓油，使合模力迅速上升到鎖模噸位。開(kāi)模時(shí)，從移模缸的另端進(jìn)油，由于移模油缸直徑小，故能實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)模。如圖所示：第41頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)

33、35分，星期四充液式合模裝置示意圖：1-鎖模油缸；2-移模油缸；3-動(dòng)模板；4-定模板第42頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四充液式合模裝置特點(diǎn)1）用小直徑油缸取得高速，大直徑油缸取得較大合模力。2）可實(shí)現(xiàn)較大合模力。3）體積較大（大油缸直徑大）。4）移模速度（尤其鎖模加壓速度）慢，油量吞吐量大。5）其它與其它液壓式相同。6）適應(yīng)于大中小型合模機(jī)構(gòu)。第43頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四4、特殊液壓式為克服液壓油缸用大行程去適應(yīng)不同模具高度的要求，減小油缸長(zhǎng)度，從而減少油液的吞吐量。對(duì)其進(jìn)行如下改進(jìn)：A、將合模油缸單獨(dú)設(shè)置在動(dòng)模板或固定模板上，

34、用機(jī)械定位的方式，縮短合模油缸的行程。B、用大直徑短行程缸代替大直徑長(zhǎng)行程缸。C、為適應(yīng)不同厚度的模具，需將定模板（或動(dòng)模板）的起始位置做相應(yīng)的調(diào)整。第44頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四特殊液壓式的形式很多，僅舉一例介紹：1-鎖模油缸；2-移模油缸；3-定位機(jī)構(gòu)；4-中心立柱第45頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四特殊液壓式的特點(diǎn):1）所需工作油量小，能耗低；2）速度快，升壓時(shí)間短；3）合模系統(tǒng)剛性大（由于行程縮短）；4）其結(jié)構(gòu)和油路較復(fù)雜；5）適用于1000t 以上的大型注射機(jī)。第46頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期

35、四5、液壓式合模裝置的優(yōu)缺點(diǎn)1）優(yōu)點(diǎn)：固定模板和移動(dòng)模板間的開(kāi)距大，能夠加工制品的高度范圍較大。移動(dòng)模板可以在行程范圍內(nèi)任意位置停留，因此，調(diào)節(jié)模板間的距離十分簡(jiǎn)便。調(diào)節(jié)油壓，就能調(diào)節(jié)鎖模力的大小。鎖模力的大小可以直接讀出，給操作帶來(lái)方便。零件能自潤(rùn)滑，磨損小。在液壓系統(tǒng)中增設(shè)各種調(diào)節(jié)回路，就能方便地實(shí)現(xiàn)注射壓力、注射速度、合模速度以及鎖模力等的調(diào)節(jié)，以更好地適應(yīng)加工工藝的要求。 第47頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四2）缺點(diǎn)：液壓系統(tǒng)管路甚多，保證沒(méi)有任何滲漏是困難的，所以鎖模力的穩(wěn)定性差，從而影響制品質(zhì)量。管路、閥件等的維修工作量大。液壓合模裝置應(yīng)有防止超行程和只

36、有模具完全合緊的情況下方能進(jìn)行注射等方面的安全裝置。液壓合模裝置的優(yōu)點(diǎn)突出，正日益廣泛地被采用。第48頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四頂出裝置頂出裝置是為頂出模內(nèi)制品而設(shè)的，各種合模裝置均設(shè)有頂出裝置。頂出裝置可分為機(jī)械頂出、液壓頂出和氣動(dòng)頂出三種。1、機(jī)械頂出頂桿固定在機(jī)架上，它本身不移動(dòng)，開(kāi)模時(shí)動(dòng)模板后退，頂出桿穿過(guò)移動(dòng)模板上的孔而達(dá)于模具頂板，將制品頂出。頂出桿長(zhǎng)度可以根據(jù)模具的厚薄，通過(guò)螺紋調(diào)節(jié)。頂桿的數(shù)目、位置隨合模機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、制品的大小而定。機(jī)械頂出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但頂出是在開(kāi)模終了進(jìn)行的，模具內(nèi)頂板的復(fù)位要在閉模開(kāi)始以后。第49頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月2

37、0日，13點(diǎn)35分，星期四2、液壓頂出頂出力量、速度和時(shí)間都可以通過(guò)液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)。一般小型注射機(jī)，若無(wú)特殊要求，使用機(jī)械頂出較好。較大的注射機(jī)，一般同時(shí)設(shè)有機(jī)械頂出和液壓頂出，可根據(jù)需要選用。3、氣動(dòng)頂出是利用壓縮空氣，通過(guò)模具上的微小氣孔，直接把制品從型腔內(nèi)吹出。此法頂出方便，對(duì)制品不留痕跡，特別適合盆狀、薄壁或杯狀制品的快速脫模。第50頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四原料粉末制?。?目前生產(chǎn)MIM用原料粉末的方法主要有羰基法、超高壓水霧化法、高壓氣體霧化法等。 1. 羰基法 MIM最早使用的粉末是羰基法生產(chǎn)的，美國(guó)GAF化學(xué)公司采用較粗的海綿鐵粉作原料，制粒后在3

38、50度氫氣中退火活化，然后置于反應(yīng)器中，鐵粒暴露在循環(huán)的CO中，氣體壓力為6OMPa，溫度160度，鐵與CO發(fā)生反應(yīng)，得到氣態(tài)的Fe(CO)5,并加以冷凝收集，接下來(lái)，使Fe(CO)5蒸發(fā)通過(guò)一個(gè)垂直的反應(yīng)塔，反應(yīng)塔加熱到300度，在催化劑NH3作用下，F(xiàn)e(CO)5在塔頂部分解為Fe和CO氣體，將沉積的鐵粉聚集體球磨，得到符合要求的成品鐵粉，粉中一般含0.8%C，0.7%N和0.3%O（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。羰基法是一種較為成熟的制備MIM用粉末的方法，所制得的粉末呈球形，粒度小，但是羰基法只能生產(chǎn)有限的幾種粉末（如鐵粉、鎳粉），不易生產(chǎn)包含2種以上元素的合金粉，而且羰基法生產(chǎn)過(guò)程毒性大，在MIM生產(chǎn)

39、過(guò)程中還存在碳含量控制的問(wèn)題。第51頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四2. 超高壓水霧化法日本的PAMCO，Kawasaki Steel,Kawasaki Steel幾家公司發(fā)展了一種超高壓水霧化，該法能夠較為經(jīng)濟(jì)地大量生產(chǎn)MIM用金屬和合金粉末。其中以PAMCO公司產(chǎn)量最大，工藝也最有代表性。該公司年產(chǎn)MIM用粉末300t。工藝采用150MPa高壓水霧化，其主要產(chǎn)品為各種不銹鋼粉和低合金鋼粉，PAMCO從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始商業(yè)生產(chǎn)MIM粉，針對(duì)水霧化粉搖實(shí)密度低，導(dǎo)致注射成形時(shí)填充密度低而需要較多的粘結(jié)劑的缺點(diǎn)，在增加粉末的球化率，提高其搖實(shí)密度方面作了許多改進(jìn)

40、，改進(jìn)后的PAMCO新型MIM粉的搖實(shí)密度比常規(guī)MIM水霧化粉的搖實(shí)密度提高了10%，采用具有較高搖實(shí)密度的粉末，PAMCO已經(jīng)成功地將所需粘結(jié)劑減少了20%左右。第52頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四水霧法水霧法與氣霧法不同點(diǎn)：1.因冷卻速度過(guò)快，粉末呈不規(guī)則狀。2.粉末表面粗糙，含氧化物。第53頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四3. 采用改進(jìn)型噴嘴的高壓氣體霧化法氣體霧化法生產(chǎn)的粉末搖實(shí)密度高，流動(dòng)性好，所需添加劑量少，且用惰性氣體，所得粉末的殘留氣體含量比水霧化粉至少低一個(gè)數(shù)量級(jí)，但是一般氣體霧化粉顆粒較粗，約為40-50um，能適應(yīng)MI

41、M要求的細(xì)粉量很少，英國(guó)Osprey公司和PSI公司為此對(duì)噴嘴進(jìn)行改進(jìn)，采用高壓氣體霧化，使得適合MIM用的細(xì)粉產(chǎn)出率大大提高。Osprey公司用高壓氬氣和氮?dú)猓▔毫?MPa）生產(chǎn)的不銹鋼粉末中有75%的粉末粒度小于20um，大大高于常規(guī)氣霧化法的20%，其平均粒度為14um，該公司還用該法生產(chǎn)了高速鋼粉、工具鋼粉以及磁性合金粉等。據(jù)Osprey公司稱，這種高壓氣霧化MIM粉價(jià)格主要取決于生產(chǎn)規(guī)模大小，在大規(guī)模生產(chǎn)的情況下，該法生產(chǎn)的粉末價(jià)格甚至可以與高壓水霧化法抗衡。第54頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四優(yōu)點(diǎn)：保持高合度原料的完整性粉末均勻呈球形，有良好堆積性第5

42、5頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四4.微霧化法美國(guó)Micro Materials Technology和GTE Products公司報(bào)道了他們采用微霧化法制備MIM用細(xì)粉的情況。據(jù)稱，該法是一種有效制備小于20um 粉末的生產(chǎn)方法，其原理是基于金屬液滴撞擊不浸潤(rùn)的基片而發(fā)生破碎。原料為普通霧化法生產(chǎn)的較粗粉末（50-150um），利用等離子噴槍熔化原料粉末并加速熔融金屬液滴，被加速的金屬液滴撞擊不浸潤(rùn)的旋轉(zhuǎn)基盤而產(chǎn)生破碎，破碎的細(xì)小液滴球化，并迅速冷卻成細(xì)小粉末。 微霧化法是一種將較粗粉末有效地處理成細(xì)粉的新工藝，有以下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)容器熔化而大大減少了粉末污染；由于高的等

43、離子氣體的溫度，沒(méi)有熔點(diǎn)限制，可以方便地制造各種難熔金屬和合金粉末；不需要常規(guī)的龐大的爐子裝置，節(jié)約能源。另外，美國(guó)Ultra Fine Powder Technology公司開(kāi)發(fā)了一種Tandem霧化裝置，它的基本原理是在霧化之前，將一定壓力的氣體注入金屬熔體中，這樣，霧化后每一金屬液滴內(nèi)都包含有氣體。在冷卻過(guò)程中，液滴內(nèi)部氣體壓力增大，金屬液滴產(chǎn)生破碎而得到超細(xì)球形粉末。第56頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四5. Nanoval層流霧化法德國(guó) Nanoval公司開(kāi)發(fā)出了一種獨(dú)特的氣霧化技術(shù)，基本思路是應(yīng)用自穩(wěn)定的、嚴(yán)格成層狀的氣流，使熔化的金屬平行流動(dòng)。熔化了的金

44、屬?gòu)睦郀枃娮斓娜肟诘阶钫幈粴怏w壓縮而迅速加速（從幾m/s 到音速），氣體為獲得穩(wěn)定而呈層狀流動(dòng)。在最窄處以下，氣體被快速壓縮，加速至超音速，在氣液流界面由于剪切應(yīng)力，金屬熔體絲以更高的速度變形，最終不穩(wěn)定而破裂成許多更細(xì)的絲，最終凝結(jié)成細(xì)小粉末。該技術(shù)可直接生產(chǎn)許多適合于MIM的貴金屬粉、特殊牌號(hào)的不銹鋼和高速鋼粉、銅基合金和超合金粉等，該公司產(chǎn)品粉末粒度約為10um，其中20um粒度以下的粉末約占90% 。第57頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四粘結(jié)劑粘結(jié)劑是MIM技術(shù)的核心，在MIM中粘結(jié)劑具有增強(qiáng)流動(dòng)性以適合注射成菜和維持坯塊形狀這兩個(gè)最基本的職能，此外它還應(yīng)

45、具有易于脫除、無(wú)污染、無(wú)毒性、成本合理等特點(diǎn)，為此出現(xiàn)了各種各樣的粘結(jié)劑，近年來(lái)正逐漸從單憑經(jīng)驗(yàn)選擇向根據(jù)對(duì)脫脂方法及對(duì)粘結(jié)劑功能的要求，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)粘結(jié)劑體系的方向發(fā)展。 粘結(jié)劑一般是由低分子組元與高分子組元加上一些必要的添加劑構(gòu)成。低分子組元粘度低，流動(dòng)性好，易脫去；高分子組元粘度高，強(qiáng)度高，保持成形坯強(qiáng)度。二者適當(dāng)比例搭配以獲得高的粉末裝載量，最終得到高精度和高均勻性的產(chǎn)品。通常采用的粘結(jié)劑主要有：熱塑性體系（石蠟基、油基和熱塑性聚合物基）、凝膠體系、熱固性體系和水溶性體系。功能（1）成形階段增強(qiáng)粉末流動(dòng)性 （2）成形后保持坯體形狀。第58頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)3

46、5分，星期四熱塑性體系石蠟基粘結(jié)劑是最早使用，而且至今仍有競(jìng)爭(zhēng)力的粘結(jié)劑休系，特別是壁厚小于3mm的零件，主要由石蠟與聚烯烴組成。如HDPE，LDPE，PP，PS，EVA，PEEA，POM/PE等。石蠟高溫粘度低，與塑料相容性好，粉末裝載量高，但石蠟體系冷卻時(shí)收縮大，內(nèi)應(yīng)力大，脫脂慢。油基粘結(jié)劑主要利用油在室溫下為液態(tài)或半固態(tài)，與石蠟基粘結(jié)劑相比，改善了內(nèi)應(yīng)力，另外采用溶劑脫脂速度快。使用油基粘結(jié)劑的難點(diǎn)在于增加油含量的同時(shí)要保持生坯強(qiáng)度，防止兩相分離的產(chǎn)生，以及快速溶劑脫脂時(shí)解決溶脹和應(yīng)力開(kāi)裂的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，熱塑性聚合物基粘結(jié)劑由于使用較多聚合物，成形坯強(qiáng)度高，但較多的聚合物會(huì)導(dǎo)致脫脂慢、

47、裝載量低。凝膠體系1978年美國(guó)的R.D.Rivers發(fā)明了凝膠體系，由甲基纖維素、少量水、甘油和硼酸組成。甲基纖維素與水在受熱時(shí)形成凝膠以提高生坯強(qiáng)度，特點(diǎn)是使用有機(jī)物少，脫脂快。不足之處是生坯強(qiáng)度低，脫模困難，不能連續(xù)生產(chǎn)，類似的體系還有瓊脂與水。1994年法國(guó)Impac和Metals ProcessSystem公司宣稱開(kāi)發(fā)了Quickset無(wú)粘結(jié)劑工藝，只需傳統(tǒng)MIM粘結(jié)劑含量的5%，實(shí)際上也是用極少量的有機(jī)物加液體載體以形成特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)獲得生坯強(qiáng)度。據(jù)稱該粘結(jié)劑體系已可用來(lái)生產(chǎn)厚至20mm，重達(dá)800g的零件。目前日本PAMCO公司正和MPS公司聯(lián)合研究，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)這一技術(shù)。第59頁(yè)，

48、共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四熱固性體系Brasel通過(guò)對(duì)多種熱固性樹(shù)脂的選擇，確定了呋喃族樹(shù)脂可用于MIM，Petzoldt應(yīng)用聚酰胺樹(shù)脂，以環(huán)氧樹(shù)脂為硬化交聯(lián)劑，在150-250時(shí)發(fā)生交朕，交朕溫度高于注射和混煉溫度。熱固性粘結(jié)劑有些缺陷是難以解決的，如脫脂時(shí)不產(chǎn)生小分子，有殘留，廢次品不能重復(fù)使用等，因此限制了它在實(shí)際工業(yè)中的應(yīng)用。 水溶性體系水溶性粘結(jié)劑是20世紀(jì)90年代開(kāi)發(fā)出的一類很有前途的體系，是從“固態(tài)聚合物溶液”（SPS）體系中發(fā)展起來(lái)的，用水溶性聚乙二醇（PEG）作主要成分，加部分PMMA或苯氧樹(shù)脂作粘結(jié)劑，在脫氧蒸餾水中浸泡脫脂，但這種體系存在混合時(shí)

49、間長(zhǎng)、脫脂慢、溶脹等缺陷。后來(lái)Amwar作了改進(jìn)，采用懸浮聚合得到的超高分子量的PMMA（分子量-106），配合以特定的混合方式，解決了變形問(wèn)題，使水脫脂溫度可以從室溫升至60-80，脫脂時(shí)間從16h降至3h，而且制備出了較高尺寸精度的產(chǎn)品。Hens等另辟蹊徑，用PEG與可交聯(lián)的聚合物PVB于脫脂前或部分脫脂后用紫外光固化，也控制了脫脂變形。Bialo發(fā)展了另一類水溶性體系，以聚氧化乙烯（PEO）為水溶性部分，成形壞只需在水中浸泡60-70min就可脫除PEO。水溶性體系由于采用水脫脂，價(jià)格便宜，無(wú)毒，有利于環(huán)保，然而粘結(jié)劑存在吸水問(wèn)題，混合較難，產(chǎn)品尺寸精度還不高。所以，雖然該體系已問(wèn)世五年

50、，但到目前為止，仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，但該體系無(wú)疑極具潛力，是發(fā)展方向。此外還有些新型粘結(jié)劑體系，工藝上各有特點(diǎn)。如美國(guó)專利提出的聚酰胺基粘結(jié)劑；日本專利報(bào)道的丙烯酸系粘結(jié)劑，特點(diǎn)是易除去，無(wú)副縣長(zhǎng)產(chǎn)物；含烷基的硅酸鹽無(wú)機(jī)物粘結(jié)劑，其注射壓力小于有機(jī)物粘結(jié)劑體系。此外還有自行合成的非晶態(tài)聚合物粘結(jié)劑，特點(diǎn)是可用混合溶劑解等。第60頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四混煉混煉是將金屬粉末與粘結(jié)劑混合得到均勻喂料的過(guò)程。由于喂料的性質(zhì)決定了最終注射成形產(chǎn)品的性能，所以混煉這一工藝步驟非常重要。這牽涉到粘結(jié)劑和粉末加入的方式和順序、混煉溫度、混煉裝置的特性等多種因素。這一工藝步驟目

51、前一直停留在依靠經(jīng)驗(yàn)摸索的水平上，最終評(píng)價(jià)混煉工藝好壞的一個(gè)重要指標(biāo)就是所得到喂料的均勻和一致性。MIM喂料的混合是在熱效應(yīng)和剪切力的聯(lián)合作用下完成的?；炝蠝囟炔荒芴?，否則粘結(jié)劑可能發(fā)生分解或者由于粘度太低而發(fā)生粉末和粘結(jié)劑兩相分離現(xiàn)象，至于剪切力的大小則依混料方式的不同而變化。MIM常用的混料裝置有雙螺旋擠出機(jī)、Z形葉輪混料機(jī)、單螺旋擠出機(jī)、柱塞式擠出機(jī)、雙行星混煉機(jī)、雙凸輪混料機(jī)等，這些混料裝置都適合于制備粘度在1-1000Pas范圍內(nèi)的混合料?；鞜挼姆椒ㄒ话闶窍燃尤敫呷埸c(diǎn)組元熔化，然后降溫，加入低熔點(diǎn)組元，然后分批加入金屬粉末。這樣能防止低熔點(diǎn)組元的氣化或分解，分批加入金屬粉可防止降溫

52、太快而導(dǎo)致的扭矩急增，減少設(shè)備損失。對(duì)于不同粒度粉末搭配時(shí)的加料方式，日本專利介紹：先將較粗的15-40um水霧化粉加入粘結(jié)劑中，然后加入5-15um粉，最后加入粉度5um粉，這樣得到的最終產(chǎn)品的收縮變化很少。為了在粉末周圍均勻涂覆一層粘結(jié)劑，還可將金屬粉末直接加入到高熔點(diǎn)組元中，再加入低熔點(diǎn)組分，最后去除空氣即可。一般先加入高熔點(diǎn)組元，降溫后加入低熔點(diǎn)組元；再分批加入金屬粉末。 可跟據(jù)轉(zhuǎn)矩判斷混料是否均勻。第61頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四VH 型 V 形混合機(jī)是 新型、 高效、精細(xì)容器回轉(zhuǎn)、攪拌型混合設(shè)備。用于各種粉狀、粒狀物料的均勻混合，具有很高的混合度，

53、對(duì)添加量很少的配料同樣能達(dá)到較好的混合度。 該機(jī) 采用機(jī)械密封，粉料不會(huì)泄漏，軸承使用壽命長(zhǎng)。該機(jī)混合效率高、 工作效率較高 、 勞動(dòng)強(qiáng)度低、 操作方便 。 VH 型 V 形混合機(jī)由“ V ”形筒、機(jī)械密封、機(jī)架、減速傳動(dòng)、攪拌葉片等構(gòu)成。 該機(jī)的 工作過(guò)程是：把需混合的幾種物料通過(guò) 真空輸送或人工加料投 放 到 “ V ”形筒內(nèi)，上好筒蓋，開(kāi)起設(shè)備，“ V ”形筒及攪拌葉片同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的“ V ”形筒使筒體內(nèi)物料產(chǎn)生紊亂翻滾混合，高速旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片打碎結(jié)團(tuán)物料，使物料在筒體內(nèi)快速混合。 VH 型 V 形混合機(jī)工作過(guò)程無(wú)死角，無(wú)沉積，可使混合的物料快速達(dá)到均勻一致的效果。 第62頁(yè)，共86頁(yè)

54、，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四SHJ型雙錐混料機(jī)是高效精細(xì)粉體混合設(shè)備。用于各種粉狀、粒狀物料的混合。SHJ型雙錐混料機(jī)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，筒體由鏈輪帶動(dòng)，攪拌葉片由三角帶帶動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)可靠，維修方便；該機(jī)雙錐筒支撐軸承采用了特別的隔塵處理，不會(huì)因物料進(jìn)到軸承內(nèi)，導(dǎo)致軸承快速磨損而破壞；雙錐筒進(jìn)料口采用快開(kāi)旋開(kāi)閥，出料口采用大口徑90旋閥，使用特別方便。 雙 錐 混 料 機(jī)第63頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四立式螺旋混料機(jī) LHJ2型立式混料機(jī)由罐體、螺旋提料機(jī)、機(jī)架等構(gòu)成?；旌蠙C(jī)理作用次序?yàn)閷?duì)流、擴(kuò)散、剪切。用于固液懸浮料、加濕物料、顆粒粉料的

55、混合。第64頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四中小批量垂直螺桿混料機(jī)技術(shù)特點(diǎn)： 混料均勻 混料時(shí)間短 功率小更加節(jié)能第65頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四 注射成形 注射成形關(guān)鍵問(wèn)題之一是有關(guān)成形的各項(xiàng)設(shè)計(jì)，其中包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)。盡管目前生產(chǎn)的產(chǎn)品可從0.003g到17g，而且在改進(jìn)精度方面已取得了重要進(jìn)步，然而大多數(shù)設(shè)計(jì)特別是模具設(shè)計(jì)是憑經(jīng)驗(yàn)，缺少可靠的設(shè)計(jì)知識(shí)，CAD系統(tǒng)難以很好地應(yīng)用于MIM?，F(xiàn)已運(yùn)用塑料模具的原理逐步將MIM的模具標(biāo)準(zhǔn)化，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，模具設(shè)計(jì)和制作的時(shí)間將會(huì)大大減少，盡可能多地使用多模腔模具以提高注射效率。MI

56、M目前無(wú)需使用特殊的注射機(jī)，只將普通的注射機(jī)稍加以改進(jìn)即可。對(duì)于許多產(chǎn)品的注射成形現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但是目前超小型零件的注射成形仍然存在問(wèn)題。注射成形的目的是獲得所需形狀的無(wú)缺陷、顆粒均勻排布的MIM成形坯體。首先將粒狀喂料加熱至一定高的溫度使之具有流動(dòng)性，然后將其注入模腔中冷卻下來(lái)得到所需形狀的具有一定剛性的坯體，然后將其從模具中取出得到MIM成形坯。這個(gè)過(guò)程同傳統(tǒng)塑料注射成形過(guò)程一致，但由于MIM喂料高的粉末含量，使得其注射成形過(guò)程在工藝參數(shù)上及其它一些方面存在很大差別，控制不當(dāng)則易產(chǎn)生各種缺陷。注射時(shí)模具溫度過(guò)低，注射壓力或速度過(guò)小時(shí)， 制件表面會(huì)出現(xiàn)細(xì)微裂紋等缺陷；注射壓力或速度過(guò)高且喂

57、 料熔體的粘度過(guò)低，易導(dǎo)致氣體和空洞產(chǎn)生。 第66頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四2.注射參數(shù)對(duì)成型的影響（1）注射溫度： 決定喂料的塑性和流動(dòng)，注射溫度通常為550200.溫度過(guò)低，喂料粘度大，流動(dòng)緩慢，注射壓力高，易引起欠注；過(guò)高，導(dǎo)致兩相分離，冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。（2）模具溫度： 太低，冷凝快，由于熱應(yīng)力導(dǎo)致表面缺陷；太高，粘模，冷卻緩慢，噴射力強(qiáng)，易導(dǎo)致氣孔、空洞等缺陷。（3）注射壓力： 指注射機(jī)柱塞或螺桿頂部對(duì)喂料所施加的壓力，通常為40130Mpa之間。可使喂料克服從料筒流向型腔的流動(dòng)阻力，獲得一定得充模速率，實(shí)現(xiàn)對(duì)已充模熔體的壓實(shí)。壓力過(guò)低，流速慢，冷凝層厚，

58、導(dǎo)致欠注、表面裂紋等缺陷；壓力過(guò)高，導(dǎo)致粘模、飛邊等缺陷。第67頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四（4）保壓壓力： 使喂料在冷卻的過(guò)程中不產(chǎn)生回流； 對(duì)型腔內(nèi)的流體進(jìn)行壓實(shí)，補(bǔ)充冷卻收縮。 壓力過(guò)低，流道內(nèi)的熔體無(wú)法進(jìn)入模膛以補(bǔ)償喂料的冷卻收縮，導(dǎo)致縮孔、尺寸不穩(wěn)等現(xiàn)象；壓力過(guò)高，脫模困難，并易造成毛邊、澆口附近因過(guò)度填充造成的應(yīng)力集中。（5）注射速率： 指在單位時(shí)間內(nèi)從噴嘴射出的理論容量。 注射速率過(guò)高，喂料粘度過(guò)低而導(dǎo)致噴射； 注射速率過(guò)低，冷凝層厚。 金屬注塑成型可用注塑機(jī)進(jìn)行，或?qū)ζ浼右愿倪M(jìn)。第68頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四MIM

59、產(chǎn)品可能的缺陷大部分是在注射成形步驟中形成，如裂紋、孔隙、焊縫、分層、粉末與粘結(jié)劑分離現(xiàn)象等。但這些缺陷經(jīng)常是直至脫脂和燒結(jié)后由于注射時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力被釋放后才能發(fā)現(xiàn)，因此，注射成形工藝的控制對(duì)提高產(chǎn)品成品率和材料利用率非常關(guān)鍵。注射成形時(shí)缺陷控制問(wèn)題基本可以分為二個(gè)方面，一是成形溫度、壓力、時(shí)間三者函數(shù)關(guān)系設(shè)定，另一方面則是填充時(shí)喂料在模腔中的流動(dòng)就牽涉到模具設(shè)計(jì)的問(wèn)題，包括在進(jìn)料口的位置、流道的長(zhǎng)短、排氣孔的設(shè)置等，這些都需要對(duì)喂料流變性質(zhì)、模腔內(nèi)溫度和殘余應(yīng)力分布清楚的了解。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在金屬粉末注射成形模具設(shè)計(jì)方面將可發(fā)揮重要的作用。第69頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35

60、分，星期四脫脂 在不產(chǎn)生缺陷的情況下，將粘結(jié)劑脫離開(kāi)注射成形毛坯。通常和燒結(jié)工藝結(jié)合在一起。1.熱脫脂： 將注射坯逐漸加熱至粘結(jié)劑組分能揮發(fā)或分解，從而達(dá)到脫脂的目的。 此法工藝簡(jiǎn)單，成本低，投資少，無(wú)污染，但脫脂時(shí)間太長(zhǎng)，粘結(jié)劑在脫脂溫度下已軟化，制件尺寸難以控制?？稍谡婵栈驓夥障旅撝?。2.溶劑脫脂： 溶劑不斷滲入到坯塊內(nèi)部或?qū)⑷軇┱羝淠皆嚇颖砻孢M(jìn)而擴(kuò)散到試樣內(nèi)部，將試樣內(nèi)粘結(jié)劑中可溶成分溶解出來(lái)的過(guò)程。 此法溫度低，粘結(jié)劑未軟化，試樣不變形，缺陷少。第70頁(yè)，共86頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)35分，星期四3、虹吸脫脂將MIM成形坯置于虹吸料上，緩慢升溫至200保溫3h以脫除大部