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特殊注塑方法中的粉末注射成型工艺

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发表于 2010-9-12 09:21:37 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  粉末注射成型(PIM)结合了注射成型的工艺优势和金属、陶瓷的出众物理性能,正在迅速成为一种陶瓷和粉末金属的新型生产技术,用于需要高产量、高性能、低成本和复杂形状的场合。

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  粉末注射工艺中,按配方确定的金属或陶瓷粉末与聚合物粘结剂混合,注射到模具里,形成所需形状(生坯)。与传统注射成型和高压模铸相似。成型后,粘结剂被脱除,得到的成坯经过烧结,使粉末颗粒之间产生冶金结合,赋予最终制品所需的机械和物理性能。

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  各种粉末注射成型工艺得到的零件

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  混料

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  常用粉末有不锈钢、氧化铝、铁、硅酸盐、氧化锆和氮化硅。粘结剂通常以热塑性树脂为基础,如蜡或聚乙烯,但纤维素、冻胶、硅烷、水和各种无机基质也经常使用。粘结剂通常包括两、三种组分:热塑性树脂,用于润滑、粘度控制、增加浸润和脱出的添加剂。

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  成型

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  与传统聚合物注射成型基本相似,但成型尺寸要超过设计尺寸,以补偿烧结收缩。成型时,粒料加热到150到200℃,注入模具中,根据制品尺寸和实际配方不同,注射压力在35到140MPa之间,注射周期为30到60秒。模具既可以加热以控制混合物粘度,也可以保持为室温以利于冷却。成型结束阶段,成型的生坯有石墨状较高的坚实度,适于通过顶出杆或脱模环从模具中自动顶出。

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  除粘结剂

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  要求在最短的时间内将粘结剂脱除,且对压块的影响最小。该步工艺是粉末注射工艺中最关键的一步。脱除方法有三种:热脱除、催化型粘结剂脱除剂、或溶剂抽提。脱除工艺中,有大约30到98%的粘结剂被除去,这一过程需时较长。脱除后,所得压块称为“成坯”。

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  烧结

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  工艺的最后一个步骤是烧结,经过该热处理过程使颗粒结合成为实体。烧结过程中,成型制品内的颗粒间隙消除,导致显著收缩(通常在10到20%数量级)。同时,成品密度可达到大约97%,这时其机械性能与用其他方法生产的制品相比,即使有差别,也非常小。

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  工艺优点

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  ◆和传统金属和陶瓷加工方法相比,降低生产成本20到40%

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  ◆是一种尺寸公差控制良好,基本不需要二次加工的干净成型工艺

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  ◆能生产复杂形状和几何特征的制品

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  ◆通过使用注射成型和自动化生产技术获得高生产效率

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  ◆制品机械性能与锻造材料几乎相当

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  工艺缺点

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  ◆制品尺寸和厚度受到限制

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  制品越大,昂贵的原材料在总成本中所占比例越大。截面越厚,粘结剂脱除所需时间越长,使工艺成本变高。目前壁厚的限制大约是30mm。

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  ◆体积收缩和厚度均匀性难于控制

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  “生坯”中含有大量体积分数的粘结剂(多达50%),导致烧结过程中收缩显著。控制收缩过程是对烧结工艺的主要要求。壁厚的变化会造成烧结中收缩不均匀,增加了尺寸控制的难度。均匀的壁厚对于避免变形、内应力、空洞、裂纹和凹痕是至关重要的。【MechNet】

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