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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。 2 z& Z2 R$ u8 B
: L, s4 }# K! M. C8 `4 D. S1 K& ^- E 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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! w8 }/ b0 O# o A; r 各种粉末注射成型工艺得到的零件 / O7 t% p- o X7 `
& `. C& I' g) W; w2 Z& K 混料
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) X" F" J7 ], ~& ~) B- Q 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 9 z7 E$ D/ j5 W) w X
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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。 7 h2 V3 a7 c: t" r
l. T% l+ @" |$ S6 C# F 除粘结剂 7 Y7 [2 ^+ A. v% z' Y4 b
0 N2 D' s* b8 u: Q2 {5 ` 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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( h" ?3 z4 r: X+ B 烧结 $ o2 f# P: \7 W& Z: b: ?2 `
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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。 " E$ U4 j8 D% [; o
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工艺优点
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# C6 P2 R R+ _3 \; a+ C ◆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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Z) i8 ?" R- Z: ^ ◆能生产复杂形状和几何特征的制品 - x# e) f% j5 c+ h, G2 @! d
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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 ; C! `: n" Z# @2 D8 K7 M
" U. k% |( l/ D ◆制品机械性能与锻造材料几乎相当 / r ]3 ]5 B% }- G8 W1 V# s5 [2 A0 J, d
- ~% v3 C; N" v1 h( @/ [ 工艺缺点 ~7 W! \8 x2 N" i+ g0 E, ]# R/ [
7 W& S: E {1 g4 h) a+ D ◆制品尺寸和厚度受到限制
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5 z% h5 h4 U/ o9 B1 ?1 s 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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1 b0 H A% z3 C1 {$ O7 l1 P% ~ ◆体积收缩和厚度均匀性难于控制 " X" u( R' U* [6 n8 ]- y! ?) n
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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】 ]9 j8 F0 G0 M8 n3 r- c
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