金屬注射成型的基本步驟
信息來源： | 發(fā)布日期：
2015-02-13
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金屬注射成形的基本工藝步驟是：首先是選取符合MIM要求的金屬粉末和粘結(jié)劑
，然后在一定溫度下采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒎勰┖驼辰Y(jié)劑混合成均勻的喂料，經(jīng)制粒后在注射成形
，獲得的成形坯經(jīng)過脫脂處理后燒結(jié)致密化成為^終成品
。
1.MIM粉末及制粉技術(shù) MIM對原料粉末要求較高
，粉末的選擇要有利于混煉、注射成形
、脫脂和燒結(jié)
，而這往往是相互矛盾的，對MIM原料粉末的研究包括：粉末形狀
、粒度和粒度組成
、比表面等，表1中列出了^適合于MIM用的原料粉末的性質(zhì)
。
由于MIM原料粉末要求很細(xì)
，MIM原料粉末價格一般較高，有的甚至達(dá)到傳統(tǒng)PM粉末價格的10倍
，這是目前限制MIM技術(shù)廣泛應(yīng)用的一個關(guān)鍵因素
，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
。
2.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)流動性以適合注射成型和維持坯塊形狀這兩個^基本的職能
，此外它還應(yīng)具有易于脫除
、^、無毒性
、成本合理等特點
，為此出現(xiàn)了各種各樣的粘結(jié)劑，近年來正逐漸從單憑經(jīng)驗選擇向根據(jù)對脫脂方法及對粘結(jié)劑功能的要求
，有針對性地設(shè)計粘結(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
，^終得到高精度和高均勻性的產(chǎn)品
。
3.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程
。由于喂料的性質(zhì)決定了^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
。這一工藝步驟目前一直停留在依靠經(jīng)驗摸索的水平上
，^終評價混煉工藝好壞的一個重要指標(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
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；炝蠝囟炔荒芴撸駝t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1-1000Pa·s范圍內(nèi)的混合料。
混煉的方法一般是先加入高熔點組元熔化
，然后降溫
，加入低熔點組元，然后分批加入金屬粉末
。這樣能防止低熔點組元的氣化或分解
，分批加入金屬粉可防止降溫太快而導(dǎo)致的扭矩急增，減少設(shè)備損失
。
對于不同粒度粉末搭配時的加料方式
，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
，^后加入粉度≤5um粉
，這樣得到的^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組元中
，再加入低熔點組分，^后去除空氣即可
。如Anwar將PMMA懸浮液直接加入到不銹鋼粉中混合，然后將PEG水溶液加進(jìn)去
，干燥
，然后邊攪邊除去空氣。O'connor采用溶劑混合，先將SA與粉干混再加入四氫呋喃溶劑
，然后加入聚合物
，四氫呋喃在受熱中逸去后，再加入粉末混合
，可得到均勻的喂料
。
4.注射成形 注射成形的目的是獲得所需形狀的無缺陷、顆粒均勻排由的MIM成形坯體
。如圖1所示
，首先將粒狀喂料加熱至一定高的溫度使之具有流動性，然后將其注入模腔中冷卻下來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
。這個過程同傳統(tǒng)塑料注射成形過程一致，但由于MIM喂料高的粉末含量
，使得其注射成形過程在工藝參數(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。
5.脫脂 從MIM技術(shù)產(chǎn)生以來
，隨著粘結(jié)劑體系的不同
，形成了多種MIM工藝路徑，脫脂方法也多種多樣
。脫脂時間由^初的幾天縮短到了現(xiàn)在的幾小時
。從脫脂步驟上可以粗略地將所有的脫脂方法分為兩大類：一類是二步脫脂法。二步脫脂法包括溶劑脫脂+熱脫脂
，虹吸脫脂——熱脫脂等
。一步脫脂法主要是一步熱脫脂法，目前^先進(jìn)的是amaetamold法
。下面分別介紹幾種有代表性的MIM脫脂方法
。
6 .燒結(jié) 燒結(jié)是 MIM工藝中的^后一步工序，燒結(jié)消除了粉末顆粒之間的孔隙．使得MIM產(chǎn)品達(dá)到全致密或接近全致密化
。金屬注射成形技術(shù)中由于采用大量的粘結(jié)劑
，所以燒結(jié)時收縮非常大，其線收縮率一般達(dá)到13%－25%
，這樣就存在一個變形控制和尺寸精度控制的問題
。尤其是因為MIM產(chǎn)品大多數(shù)是復(fù)雜形狀的異形件，這個問題顯得越發(fā)突出
，均勻的喂料對于^終燒結(jié)產(chǎn)品的尺寸精度和變形控制是一個關(guān)鍵因素
。高的粉末搖實密度可以減小燒結(jié)收縮，也有利于燒結(jié)過程的進(jìn)行和尺寸精度控制
。對于鐵基和不銹鋼等制品
，燒結(jié)中還有一個碳勢控制問題
。由于目前細(xì)粉末價格較高，研究粗粉末坯塊的強(qiáng)化燒結(jié)技術(shù)是降低粉末注射成形生產(chǎn)成本的重要途徑
，該技術(shù)是目前金屬粉末注射成形研究的一個重要研究方面
。
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