粉末冶金工藝淺析

黃輝

【摘 要】：本文針對(duì)粉末冶金的加工工藝，從生產(chǎn)工序，生產(chǎn)設(shè)備，作業(yè)條件等幾個(gè)方面做闡述。

【主題詞】：混料，注射，脫脂，燒結(jié)

引言

金屬粉末注射成型技術(shù)是塑料成型工藝學(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)科滲透與交叉的產(chǎn)物。MIM技術(shù)適合大批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜、高精度、高性能要求的小型金屬零部件。

1粉末冶金（MIM）定義及工藝流程圖

1.1定義

MIM為金屬粉末注射成型（MetalInjection Molded）的簡(jiǎn)稱，是一種將傳統(tǒng)粉末冶金與塑料注射成型工藝相結(jié)合的高新近凈成形技術(shù)。

1.2加工流程圖

混料注射脫脂燒結(jié)后處理

2分工序簡(jiǎn)介

2.1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。

（1）金屬粉末

MIM工藝所用的金屬粉末顆粒尺寸一般在0.5～20μm。從理論上講，顆粒越細(xì)，比表面積也越大，越易于成型和燒結(jié)。而傳統(tǒng)的粉末冶金工藝則采用大于40μm的較粗粉末。

（2）有機(jī)粘結(jié)劑

有機(jī)粘結(jié)劑的作用是粘結(jié)金屬粉末顆粒，使混合料在注射機(jī)料筒中加熱后具有流變性和潤(rùn)滑性，即粘結(jié)劑是帶動(dòng)粉末流動(dòng)的載體。

2.2注射成型

在注射成型過程中，混合料在注射機(jī)料桶內(nèi)被加熱成具有流變性的塑性物料，并在適當(dāng)?shù)淖⑸鋲毫ο伦⑷肽＞咧校尚统擅鳌?/p>

2.2.1注射機(jī)組成系統(tǒng)

注射機(jī)是注射成型的主要設(shè)備，主要由注射系統(tǒng)，合模系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)? 4大系統(tǒng)組成，另外還包括加熱冷卻系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)、安全及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

合模系統(tǒng)主要包括鎖模裝置，調(diào)模裝置及其制品頂出裝置等。

鎖模系統(tǒng)的主要作用有：

（1）保證模具能快速、準(zhǔn)確、安全地實(shí)現(xiàn)閉合、開啟及制品頂出;

（2）模具閉合能提供足夠的鎖模力，抵抗注射熔體產(chǎn)生的模腔壓力，防止模具漲開

注射系統(tǒng)主要包括預(yù)塑裝置及注射裝置。其主要作用：

（1）均勻加熱，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將一定數(shù)量的熔融塑料塑化;

（2）在一定的壓力和速度下，將定量的熔體注射到模具型腔內(nèi);

（3）在注射結(jié)束后，對(duì)模腔內(nèi)的熔體進(jìn)行保壓

注塑機(jī)的液壓控制系統(tǒng)主要由各種液壓元件、回路、液壓輔助元件組成。其主要作用有：保證注塑機(jī)能夠按照預(yù)定的工藝條件及動(dòng)作程序.

電氣控制系統(tǒng)主要由各種電氣和電子元件、儀表、加熱器、傳感器等組成。

加熱冷卻系統(tǒng)主要用于料筒及噴嘴的加熱，冷卻系統(tǒng)主要用于模具、液壓油、料筒的加料段的冷卻;

潤(rùn)滑系統(tǒng)是為了注射機(jī)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部位，提供潤(rùn)滑條件的回路;

注射機(jī)的安全保護(hù)裝置，主要由安全門、行程閥、機(jī)械保護(hù)桿等組成。主要作用是保護(hù)操作工人的人身安全及設(shè)備的運(yùn)行運(yùn)行安全;

2.2.2注射機(jī)參數(shù)介紹

注塑工藝參數(shù)包括：

溫度：包括烘料溫度，料筒溫度，模具溫度以及機(jī)臺(tái)油溫

壓力：包括鎖模壓力，開模壓力，注射壓力，保壓壓力，座進(jìn)座退壓力，頂進(jìn)頂退壓力，倒索壓力，背壓

速度：包括鎖模速度，開模速度，注射速度，保壓速度，座進(jìn)座退速度，頂進(jìn)頂退速度，倒索速度

時(shí)間：注射時(shí)間，保壓時(shí)間，烤料時(shí)間，成型周期

位置：注射相關(guān)位置，開模相關(guān)位置，合模的相關(guān)位置，倒索位置

1.溫度

油溫產(chǎn)生的熱能，它是由冷卻水來控制，在開機(jī)時(shí)要確認(rèn)油溫在45℃左右，若油溫過高或過低均會(huì)影響壓力的傳遞。

料筒溫度是指料筒表面的加熱溫度。

噴嘴溫度是具有加速熔體流動(dòng)、調(diào)整熔體溫度及物料均化的作用。噴嘴溫度一般要低于料筒的最高溫度，一方面是防止溢流，另一方面，是塑料發(fā)生分解，影響制品質(zhì)量。

模具溫度是指與制品、澆口、流道接觸的模腔的表面溫度。模具溫度通常是靠調(diào)整模溫機(jī)的溫來控制的。模溫機(jī)是輔助設(shè)備，它不是注塑機(jī)的一部分，具有獨(dú)立的升降溫系統(tǒng)和使媒體循環(huán) 的裝置。

熱流道溫度它分為保溫型和加熱型。能降低塑料的原材料消耗 和成型中的能耗，縮短了成型周期。

2.速度

開合模的速度設(shè)定，開合模的設(shè)定一般是按慢—快—慢的原理，這樣設(shè)定主要考慮機(jī)器、模具、周期去考慮。

頂出設(shè)定：可根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)來設(shè)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的最好用慢速頂出一些再用快速脫模，縮短周期。

射速：根據(jù)產(chǎn)品的大小，結(jié)構(gòu)去設(shè)定，若結(jié)構(gòu)復(fù)雜較為壁薄的可快速，若結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單壁厚的可用慢速，還要根據(jù)材料的性能，由慢到快設(shè)定。

3.壓力

注射溶體是通過射出壓力從噴嘴流入模具主澆口經(jīng)過分流道澆口而進(jìn)入模腔。

當(dāng)高溫溶體充滿模腔后就進(jìn)入保壓補(bǔ)縮階段，一直持續(xù)到澆口封凍為止。以補(bǔ)償溶體由于溫度下降而引起的體積收縮。

溶膠背壓是控制料管內(nèi)溶體密度的一個(gè)輔助壓力。調(diào)整背壓能有效地排料管內(nèi)計(jì)量段內(nèi)原料的氣體，能使有顏色的原料顏色混合均勻，還能直接影響到制品的收縮，尺寸精度等。

鎖模力是指注塑機(jī)合模機(jī)構(gòu)對(duì)模具所能施加的最大夾緊力，也叫合模力。注塑機(jī)在注射時(shí)，熔料經(jīng)料管，噴嘴、澆口后進(jìn)入模腔，其注射壓力一部分損失在噴嘴和澆 口，其余的為模腔內(nèi)熔體壓力，通常稱模腔壓力。

4.時(shí)間

是指螺桿向前推進(jìn)，熔料向模腔填充這一動(dòng)作過程的時(shí)間。根據(jù)制品的大小、厚薄和直接觀察制品的外觀來判斷設(shè)定射膠時(shí)間的長(zhǎng)短。注塑機(jī)射膠時(shí)間設(shè)置裝置，不管是多段還是一段射出，只能設(shè)置一個(gè)時(shí)間。

充模后要繼續(xù)推進(jìn)融體補(bǔ)縮，維持補(bǔ)縮流動(dòng)階段，一直持續(xù)到澆口封凍為止，以便獲取致密制品。注塑機(jī)保壓時(shí)間，是每一段必需設(shè)置一個(gè)時(shí)間。

是指從澆口凝固開始至脫模的冷卻階段，可使模內(nèi)剛好成型的制品具有一定鋼性和強(qiáng)度，防止脫模時(shí)頂出變形，這時(shí)融體無法再進(jìn)入模腔內(nèi)，制品的重量無法再改變。冷卻時(shí)間與熔膠（蓄料）大多是同步進(jìn)行，一般是要長(zhǎng)于是熔膠時(shí)間。

5.位置

可根據(jù)開合模速度對(duì)應(yīng)來設(shè)定，關(guān)鍵要把低壓保護(hù)的起始位置時(shí)定好，即低壓的開始位置應(yīng)是最可能保護(hù)模具，又不影響周期的點(diǎn)，終止位置應(yīng)為在慢速合模時(shí)模具前后模所接觸的位置。

此位置能滿足產(chǎn)品完全脫模即可，首先由小到大遞增來設(shè)定，注意裝模時(shí)一定要把回退位置設(shè)為“0”，否則易損壞模具。

根據(jù)產(chǎn)品大小和螺桿大小算出其料量，再設(shè)定出相應(yīng)的位置。

2.3脫脂（萃?。?/p>

成型毛坯在燒結(jié)前必須去除毛坯內(nèi)所含有的有機(jī)粘結(jié)劑，該過程稱為脫脂或萃取。脫脂工藝必須保證粘結(jié)劑從毛坯的不同部位沿著顆粒之間的微小通道逐漸的排出，而不降低毛坯的強(qiáng)度。

2.4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。燒結(jié)過程分為四個(gè)階段：1，脫除成形劑及預(yù)燒階段;2，固相燒結(jié)階段;3，液相燒結(jié)階段;4，冷卻階段。

2.5后處理 （鈍化）

鈍化的步驟如下

除油 過水 活化 過水 鈍化 過水 中和 過水 純水 烘干

1.加工前必須除油除銹

2.過水是為了把除油劑清洗干凈，普通的自來水（自來水1～3分鐘）

3.活化夜KM0206（3分鐘），凡有經(jīng)過焊接、軋制或熱處理等機(jī)加工藝的零件鈍化前應(yīng)進(jìn)行酸洗主要把氧化皮除凈漏出金屬機(jī)體（200系列，303除外）

4.過水洗凈工件表面的活化夜

5.鈍化液是不銹鋼鈍化液ID3000，原液常溫浸泡30分鐘以上，建議60分鐘，嚴(yán)禁縮短時(shí)間。時(shí)間越長(zhǎng)，防銹效果越好。

6.過水是把殘留在工件表面的鈍化液沖洗干凈（流動(dòng)自來水1～3分鐘）

7.由于鈍化液為酸性用水很難徹底清洗干凈，我們用5%的片堿（碳酸鈉或氫氧化鈉）來中和（5分鐘）

8.過水是把殘留在工件表面的中和液清洗干凈（流動(dòng)自來水1～3分鐘）

9.由于普通自來水里面含有雜質(zhì)，用純凈水可以去除雜質(zhì)和水痕（1～3分鐘）

10.用低于180°的烤箱烘干或晾干（時(shí)間看工件大小與結(jié)果）

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓鳳麟 <粉末冶金技術(shù)手冊(cè)（精）> 2009

[2] 黃培云 <粉末冶金原理> 1997