CN104525953A - 一种超声辅助粉末注射成型装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声辅助粉末注射成型装置及方法，装置包括密炼装置和注射成型装置；密炼装置壳体内部设密炼腔室，壳体表面设与密炼腔室相通的料口；密炼装置的密炼腔室内设置转子，在料口处设置压砣，压砣适宜于对料口进行密封；注射成型装置包括螺杆注射机、注射成型模具；密炼装置密炼所得喂料经螺杆注射机注入注射成型模具，成型得坯件；与密炼装置连接设置第一换能器，与注射成型模具连接设置第二换能器；第一换能器和第二换能器分别与超声波发生器连接设置，适宜于分别带动密炼装置和注射成型模具进行超声振动。本发明所述的装置和方法能有效消除混炼过程中团聚现象、降低混炼温度，尤其适宜难以注射的高装载量或不规则形状金属或陶瓷粉末制得的喂料。

Description

一种超声辅助粉末注射成型装置及方法

技术领域

本发明涉及一种粉末注射成型装置及方法，具体涉及一种超声辅助金属或陶瓷粉末注射成型装置及方法。

背景技术

粉末注射成型技术是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净成形技术，其结合了粉末冶金与塑料注射成形两大技术的优点，既突破了传统金属粉末模压成形工艺在产品形状上的限制，同时能大批量、高效率成形具有复杂形状的三维零件，具有常规粉末冶金、精密加工和精密铸造等加工方法无法比拟的优势，其能像生产塑料制品一样，一次成形生产形状复杂的金属、陶瓷零部件，目前在国防、通信、机械、汽车、医疗等行业得到广泛应用。

金属或陶瓷粉末注射成型技术中，因粉末具有固态、或不规则形状的特点，使得该技术具有与塑料注射成形技术不同的特点，及工艺上的难点。塑料注射成形技术中，注射喂料为聚合物的熔融液态，喂料注射入模具后制成所需要的成品坯件；而在粉末注射成形技术中，金属或陶瓷粉末需要先与粘结剂混合成半固态流体混合料，混合料注射入模具制成所需要形状的坯件，成形以后还需将坯件脱脂除去粘结剂，烧结、处理后得到成品。两工艺流程完全不同，技术难点亦不同。尤其针对高装载量或不规则形状金属或陶瓷粉末制得的喂料，其在混炼过程中容易出现团聚现象，喂料组分分布不均匀，由此影响成型产品质量的技术问题。而在注射成形过程中，喂料流动性差、粘度过高，难以注入注射模具完成注射成型的技术问题。

中国专利CN102962455A公开了一种粉末冶金注射成型工艺，包括如下步骤：1)将金属粉末和粘结剂按比例进行配料混匀；2)喂料：把金属粉末和粘结剂混匀物放入事先设计并制造的模具型腔内，在氨气保护下，加热到 120-140℃后温压成型，在成型过程中，利用振动器带动该模具进行振动；3)脱脂：脱模后，加热成型产品至250-300℃；4)烧结，在真空状态下进行烧结。该技术方案采用的为金属粉末冶金中温压成型技术，金属粉末与粘结剂混匀后直接放入模具型腔内温压成型。与采用螺杆注射机进行注射成型技术相比，该技术具有对原料金属粉末与粘结剂混成的喂料的流动性要求不高，因为模具摩擦力的技术特点，会导致零件壁面和芯部不均匀，切该技术只能制备具有复杂形状的二维零件，不能制备复杂的三维零件结构，且最终烧结后成型的零件密度不高。

因此，怎样制备均匀的高装载量喂料，增加其在注射成型过程中的流动特性，以及获得外观更好、质量更优、精度更高的制品成为金属或陶瓷粉末注射成型领域的热点，具有重要的意义。

发明内容

本发明解决的是金属或陶瓷粉末注射成型领域中，混炼制备喂料过程中易团聚，喂料不均匀，高装载量喂料因粘度高难以注射的技术问题，提供一种适于金属和陶瓷粉末的可高装载量、均匀喂料的超声辅助粉末注射成型装置及方法，改善了混炼过程中团聚、喂料难以注射的现象。

本发明提供的技术方案具体如下：

一种超声辅助粉末注射成型装置，包括：

密炼装置，所述密炼装置的壳体内部设有密炼腔室，壳体表面设有与所述密炼腔室相通的料口；在所述密炼装置的密炼腔室内设置有转子，在所述料口处设置有压砣，所述压砣适宜于对所述料口进行密封；

注射成型装置，所述装置包括螺杆注射机、注射成型模具；

所述密炼装置密炼所得喂料经所述螺杆注射机注入所述注射成型模具，注射成型得到坯件；

与所述密炼装置连接设置有第一换能器，与所述注射成型模具连接设置有第二换能器；所述第一换能器和所述第二换能器分别与超声波发生器连接设置，适宜于分别带动所述密炼装置和所述注射成型模具进行超声振动。

还设置有脱脂烧结设备，适宜于对所述注射成型模具制成的坯件进行脱脂、烧结。

在所述密炼装置的壳体上，距离所述密炼腔室2～10mm处设有第一换能器。

所述第一换能器设置有多个。

所述第一换能器设置有三个，分别位于所述密炼腔室的下方和相互对称的左、右方。

所述注射成型模具包括：

定模装置，包括由上到下依次固定连接的定模板座、定模板、喷嘴和上模；

动模装置，包括下模、动模板和动模板座，所述下膜位于所述上模的正下方且固定安装在所述动模板上，所述动模板座设置在所述动模板的下方，在所述动模板座和所述动模板之间设置有弹性件，所述动模板适宜于在所述弹性件的形变配合下带动所述下模进行竖直方向的往复运动；在所述上膜的下表面和下膜的上表面的贴合面上成型有型腔；

推杆，与所述动模板座固定连接，贯穿所述动模板和下膜设置有推杆通道，所述推杆嵌套设置在所述推杆通道内且适宜于沿所述推杆通道进行往复运动，所述推杆通道的顶端与所述型腔的底端相连通；

拉料杆，贯穿所述动模板和下膜还设置有拉料杆通道，所述拉料嵌套设置在所述拉料杆通道内且适宜于沿所述拉料杆通道进行往复运动，与所述拉料杆的底端连接设置有气缸；

喷嘴，所述喷嘴贯穿所述定模板座、定模扳和上模设置，所述喷嘴的出口与所述型腔相连通；

所述上模和/或下模上设置有与超声波发生器连接设置的第二换能器。

在所述上模内距离所述喷嘴10～30mm处和在所述下模内距离所述型腔边缘2～10mm处分别设置有第二换能器。

一种基于上述超声辅助粉末注射成型装置的超声辅助粉末注射成型方法，包括如下步骤：

(1)混炼：将粉末和粘结剂置于所述密炼装置的密炼腔室内进行混炼，在混炼过程中，超声波发生器驱动所述第一换能器带动所述密炼装置进行超声振动；

(2)注射成型：将混炼得到的喂料经螺杆注射机注入所述注射成型模具，进行注射成型，得到成型坯件；在所述注射成型过程中，超声波发生器驱动所述第二换能器带动所述注射成型模具进行超声振动。

还设置有步骤(3)：将所述成型坯件放入脱脂烧结装备进行脱脂、烧结，得到成品。

步骤(1)和步骤(2)中所述超声波发生器的信号频率为每秒20～40KHZ。

步骤(2)中所述的注射成型过程包括合模、注射、保压、冷却、开模工序。

所述粉末为金属粉末或陶瓷粉末。

本发明所述的超声辅助粉末注射成型装置，包括密炼装置和注射成型模具，所述密炼装置的壳体内部设有密炼腔室，壳体表面设有与所述密炼腔室相通的料口；在所述密炼装置的密炼腔室内设置有转子，在所述料口处设置有压砣，所述压砣适宜于对所述料口进行密封；所述注射成型模具与所述密炼装置的料口连接设置；与所述密炼装置固定连接设置有第一换能器，与所述注射成型模具固定连接设置有第二换能器；所述第一换能器和所述第二换能器分别与超声波发生器连接设置，适宜于分别带动所述密炼装置和所述注射成型模具进行机械振动。本发明所述装置在密炼装置上设有与超声波发生器连接的换能器，在 密炼过程中可对混合物料施加超声激励。利用超声波振动的机械效应，在混炼过程中利用超声辅助使颗粒同时受到转子施加的剪切作用和超声场施加的冲击作用，能够使得颗粒在一次混炼过程中就能够被充分的分散，有效的阻止了颗粒的团聚现象，同时由于超声波振动的热效应，降低了喂料粘度，从而可以在低温度下进行混炼，制备出分散更加均匀的喂料。由此制备的该分散均匀、粘度低、流动性好的高比重、高装载量或不规则形状的喂料可以在较低注射压力条件下进入注射成型模具，且更好的充填所述模具，使得所得坯件内金属粉末分布均匀，密度高。

本发明所述的超声辅助粉末注射成型装置在注射成型模具上设有与超声波发生器连接的换能器，在注射成形过程中对混合物料施加超声激励，改变了粉末的流变性能，降低了熔体粘度，同时，通过不同的换能器寻求与之共振频率下喂料粒径，使之达到最佳的效果。进一步使粉末注射成型充模过程的模腔最大压力降低，进一步实现在低的注射压力及注射温度下完成注射充模过程，提高填充性能及制品表面质量，从而拓宽粉末注射成型的适用范围，以适用于不规则形状的金属或陶瓷粉末。

本发明所述的超声辅助粉末注射成型装置将第一换能器设置在密炼腔室的下方和相互对称的左、右方。此时，通过多方向设置的换能器将超声波发生器的振动能量和热能量均匀、直接的传递到密炼装置的密炼腔室中，充分提高位于密炼腔室中喂料混炼的均匀性，减少团聚现象的发生。

本发明所述的超声辅助粉末注射成型装置是在现有注射成型装置上进行的改进，整个装置简单易操作，造价低廉。

本发明所述的超声辅助粉末注射成型方法，包括如下步骤(1)混炼，将粉末和粘结剂置于所述密炼装置的密炼腔室内进行混炼，在混炼过程中，超声波发生器驱动所述第一换能器带动所述密炼装置进行超声振动；步骤(2)注射成型：将混炼得到的喂料经注射机注射进入所述注射成型模具，进行注射成型，得到成型坯件；在所述注射成型过程中，超声波发生器驱动所述第二换能器带动所述注射成型模具进行超声振动。步骤(2)中所述的注射成型过程包括合模、 注射、保压、冷却、开模工序。本发明所述方法在密炼过程、整个注射成型过程中施加超声激励，充分增加物料的流动性能，降低了操作温度和压力。使得高比重、高装载量或不规则形状的粉末可以通过注射成形方法制备出高精度、高密度的零件。

附图说明

图1是本发明所述混炼装置剖面图；

图2是本发明所述注射成型装置示意图；

图3是本发明所述注射成型装置剖面图；

图4是实施例2和对比例2中烧结温度曲线图；

其中：附图标记为：

1-动模板座；2-垫块；3-动模板；4-第二换能器；5-水道；6-定模板；7-定模板座；8-喷嘴；9-上模；10-型腔；11-下模；12-拉料杆；13-弹簧；14-推杆；15-推杆固定板；16-推板；

17-密炼装置；18-转子；19-压砣；20-密炼腔室；21-第一换能器； 

具体实施方式

实施例1

本实施例所述的超声辅助粉末注射成型装置，包括密炼装置及注射成型装置。

其中，密炼装置17是本领域常用的混炼设备，金属粉末与粘结剂在此设备中进行混炼。如图1所示，密炼装置17的壳体内部设有用于盛装混合物料的密炼腔室20，壳体表面设有与密炼腔室20相通的料口；转子18置于密炼装置密炼腔室20内，在料口处设置有压砣19，压砣19适宜于对料口进行密封。将粘 结剂与粉末按照一定比例一定次序通过料口加入到密炼装置的密炼腔室20内，在料口压下压砣19进行密封，通过转子18转动进行混炼。

在密炼装置的壳体上，距离密炼腔室20的下方8mm处设有一由超声波发生器带动的第一换能器21，在混炼过程中通过第一换能器21将超声波发生器的振动能量直接传到密炼腔室20中，提高喂料混炼的均匀性。作为可变形的实施方式，当所述第一换能器容纳腔设于所述密炼装置密炼腔室20下方时，所述第一换能器容纳腔与所述密炼腔室20之间的距离可以是2～10mm范围内的任意一个值，并且优选在3～9mm范围内进行选择，例如，第一换能器容纳腔设于密炼装置密炼腔室20下方4mm，5mm，6mm，7mm等等的位置。

本实施例中的所述注射成型装置至少包括螺杆注射机和注射成型模具；其中螺杆注射机适宜于采用本领域现有技术中任意一种螺杆注射机；经密炼装置密炼后所得的喂料添加到螺杆注射机中，再由螺杆注射机将喂料注入注射成型模具。作为优选的实施方式，本实施例中的所述注射成型装置也可以还设置有破碎装置和造粒装置，从而使得经密炼装置密炼后所得的喂料可以先经破碎和造粒处理后，再添加到螺杆注射机中；其中，破碎、造粒的目的是将密炼所得喂料制备成所需粒径的喂料，是本领域常用的工艺步骤。

如图2、3所示，本实施例中的注射成型模具基本结构与本领域常用的同类模具相同，包括：

定模装置，包括由上到下依次固定连接的定模板座7、定模板6和上模9；

动模装置，包括下模11、动模板3和动模板座1，下膜11位于上模9的正下方且固定安装在动模板3上，动模板座1设置在所述动模板3的下方，在动模板座1和动模板3之间设置有弹性件，动模板3适宜于在弹性件的形变配合下带动下模11进行竖直方向的往复运动；在上膜9的下表面和下膜11的上表面的贴合面上成型有型腔10；

推杆14，与动模板座1固定连接，贯穿动模板3和上膜9设置有推杆通道，所述推杆嵌套设置在所述推杆14通道内且适宜于沿推杆通道进行往复运动，所 述推杆通道的顶端与所述型腔10的底端相连通；推杆14外套有弹簧13。

拉料杆12，贯穿动模板3和上膜9还设置有拉料杆通道，所述拉料嵌套设置在所述拉料杆通道内且适宜于沿所述拉料杆通道进行往复运动，与所述拉料杆12的底端连接设置有气缸；

喷嘴8，喷嘴8贯穿定模板座7、定模扳6和上模9设置，喷嘴8的出口与型腔10相连通；

与本领域常用模具不同之处在于：在上模9的左右对称面距离喷嘴8的20mm处各设有一个第二换能器4。换能器将超声波发生器的振动能量经由上模9传到喷嘴8主流道型腔内，以进一步降低熔体粘度。作为可变形的实施方式，，当所述第二换能器对称设于上模9左右方时，所述第二换能器与所述喷嘴8之间的距离可以是10～30mm范围内的任意一值，且优选在12～28mm范围内，更优选在15～25mm范围内进行选择；例如，第二换能器对称设于上模9左右方距离喷嘴8的16mm，18mm，22mm，24mm等等的位置。

本实施例还提供了一种基于上述超声辅助粉末注射成型装置的超声辅助粉末注射成型方法，该方法采用氢化脱氢钛粉末(HDH)作为粉末原料、采用石蜡(PW)、聚丙烯(PP)、低密度聚乙烯(LDPE)和硬脂酸(SA)作为粘结剂，粉末体积装载率为57％；该方法具体包括如下步骤：

(1)混炼：将氢化脱氢钛粉末置于密炼装置的密炼腔室20中，设定加热温度为150℃、加热时间为一个半小时；再将聚丙烯(PP)、低密度聚乙烯(LDPE)加入密炼腔室20中，压紧压砣19，启动电机，带动转子18转动，转速20r/min，时间10min；再开启压砣19，向密炼腔室20中加入石蜡(PW)，压紧压砣19，调高转速至50r/min，时间20min，左右扭矩稳定；最后再向密炼腔室20中加入硬脂酸(SA)，转速80r/min，时间60min，左右扭矩稳定，最终得到均匀无明显团聚现象的喂料。在以上混炼过程均施加超声激励，所述超声波发生器驱动第一换能器带动注射成型模具进行超声振动，所述超声波发生器的信号频率为20KHZ。

(2)注射成型：将混炼得到的喂料经注射机注入所述注射成型模具的喷嘴8中，喂料经喷嘴8进入上模9、下模11合模形成的型腔10中，进行注射成型，其中，注射温度为150℃，注射压力为100MPa，注射模具的温度为50℃，经成型后得到成型坯件；在以上过程中，超声波发生器驱动第二换能器4带动注射成型模具进行超声振动，所述超声波发生器的信号频率也为20KHZ。

(3)脱脂、烧结：将步骤(2)所得成型坯件放入脱脂烧结炉进行脱脂、烧结，其中脱脂方法采用溶剂脱脂法和热脱脂法相结合的方法，即在50～60℃下采用三氯乙烯溶液脱脂4h后再进行热脱脂，然后在1250℃的真空条件下烧结，最终得到成品。

实施例2

本实施例所述的超声辅助粉末注射成型装置，包括密炼装置及注射成型装置。

如图1所示，密炼装置17的壳体内部设有用于盛装混合物料的密炼腔室20，壳体表面设有与密炼腔室20相通的料口；转子18置于密炼装置密炼腔室20内，在料口处设置有压砣19，压砣19适宜于对料口进行密封。将粘结剂与粉末按照一定比例一定次序通过料口加入到密炼装置的密炼腔室20内，在料口压下压砣19进行密封，通过转子18转动进行混炼。

本实施例中在密炼装置密炼腔室20的左、右方8mm处对称设有两个第一换能器，并在密炼装置密炼腔室20的下方8mm处设有两个第一换能器21，第一换能器21由超声波发生器所带动在混炼过程中通过换能器21将超声波发生器的振动能量直接传到密炼腔室20中，进一步提高喂料混炼的均匀性。作为可变形的实施方式，当所述第一换能器21对称设于所述密炼装置密炼腔室20左右方时，所述第一换能器与所述密炼腔室20之间的距离还可以是2～10mm范围内的任意一个值，并且优选在3～9mm范围内进行选择，例如，第一换能器分别设于密炼装置密炼腔室20左右方4mm，5mm，6mm，7mm等等的位置。

本实施例中的所述注射成型装置至少包括螺杆注射机和注射成型模具；

如图2、3所示，本实施例中的注射成型模具包括：

定模装置，包括由上到下依次固定连接的定模板座7、定模板6和上模9；

动模装置，包括下模11、动模板3和动模板座1，下膜11位于上模9的正下方且固定安装在动模板3上，动模板座1设置在所述动模板3的下方，在动模板座1和动模板3之间设置有弹性件，动模板3适宜于在弹性件的形变配合下带动下模11进行竖直方向的往复运动；在上膜9的下表面和下膜11的上表面的贴合面上成型有型腔10；

推杆14，与动模板座1固定连接，贯穿动模板3和上膜9设置有推杆通道，所述推杆嵌套设置在所述推杆14通道内且适宜于沿推杆通道进行往复运动，所述推杆通道的顶端与所述型腔10的底端相连通；推杆14外套有弹簧13。

拉料杆12，贯穿动模板3和上膜9还设置有拉料杆通道，所述拉料嵌套设置在所述拉料杆通道内且适宜于沿所述拉料杆通道进行往复运动，与所述拉料杆12的底端连接设置有气缸；

喷嘴8，喷嘴8贯穿定模板座7、定模扳6和上模9设置，喷嘴8的出口与型腔10相连通；

与本领域常用模具不同之处在于：在上模9的左右对称面距离喷嘴8的17mm处各设有一个第二换能器4，在下模11的左右方距离型腔10边缘5mm处对称各设有一个第二换能器4。第二换能器4将超声波发生器的振动能量经由上模9、传到喷嘴8主流道型腔内，并且第二换能器4将超声波发生器的振动能量直接传到下模模腔中，进一步提高喂料混炼的均匀性。作为可变性的实施方式，当所述第二换能器4对称设于下模11左右方时，所述第二换能器4与所述型腔10之间的距离可以是2～10mm范围内选择，优选在3～9mm范围内的任意一值，例如，第二换能器4设于密炼装置密炼腔室20下方4mm，6mm，7mm，8mm等等的位置。

本实施例还提供了一种基于上述超声辅助粉末注射成型装置的超声辅助粉 末注射成型方法，该方法采用316L不锈钢粉末作为粉末原料、采用石蜡(PW)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、高密度聚乙烯(HDPE)、硬脂酸(SA)作为粘结剂，粉末体积装载率为58％，该方法具体包括如下步骤：

(1)混炼：将316L不锈钢粉末置于密炼装置的密炼腔室20中，设定加热温度130℃、时间一个半小时；再将乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、高密度聚乙烯(HDPE)加入密炼腔室20中，压紧压砣19，启动电机，带动转子18转动，转速20r/min，时间10min；再开启压砣19，向密炼腔室20中加入石蜡(PW)，压紧压砣19，调高转速至50r/min，时间20min，左右扭矩稳定；最后再向密炼腔室20中加入硬脂酸(SA)，转速80r/min，时间60min，左右扭矩稳定，最终得到均匀无明显团聚现象的喂料。其中，以上混炼过程均施加超声激励，振动信号为20～40KHZ。

作为本实施例的一种变形，原料可采用金属粉末和粘结剂干混后作为预混合料加入密炼装置中进行混炼。

本发明所述方法利用超声波振动的机械效应，在超声辅助混炼过程中使金属粉末颗粒和粘结剂同时受到转子施加的剪切作用和超声场施加的冲击作用，使得颗粒在混炼过程中被充分的分散，有效阻止颗粒的团聚，同时由于超声波振动的热效应，降低喂料粘度，从而可以在低温度下进行混炼，同时制备出分散更加均匀的喂料。

(2)注射成型：将混炼得到的喂料经注射机注入所述注射成型模具的喷嘴8中，喂料经喷嘴8进入上模9、下模11合模形成的型腔10中，进行注射成型，其中，注射温度150℃，注射压力15MPa，注射模具温度50℃，得到成型坯件；在以上过程中，超声波发生器驱动第二换能器4带动注射成型模具进行超声振动。

本发明所述方法在注射过程中引入超声激励，改变粉末/聚合物体系的流变性能，降低了熔体粘度，同时，通过不同的换能器寻求与之共振频率下喂料粒径，使之达到最佳的效果，从而能够使粉末注射成型充模过程的模腔最大压力 有大幅度的降低，可以实现在低的注射压力及注射温度下完成注射充模过程，提高填充性能及制品表面质量，从而拓宽粉末注射成型的适用范围，尤其适用于高装载量和不规则形状的金属或陶瓷粉末制成的喂料。

(3)脱脂、烧结：将步骤(2)所得成型坯件放入脱脂烧结炉在500℃条件下进行热脱脂，脱脂时间2h。

将脱脂后的坯件在在N₂+H₂还原气氛下烧结，烧结温度曲线如图4所示，以5℃/min速度升温至500℃，烧结1小时；再以10℃/min的速度升温至1350℃，烧结1小时，再在常温下冷却，最终得到成品。

对比例1

本实施例采用常规粉末注射成型方法制备成型件，原料为氢化脱氢钛粉末(HDH)、粘结剂采用石蜡(PW)、聚丙烯(PP)、低密度聚乙烯(LDPE)、硬脂酸(SA)，粉末体积装载率为57％。该方法具体包括如下步骤：

(1)混炼：将氢化脱氢粉末与粘结剂于混炼机内160℃共混2h。

(2)注射成型：将混炼得到的喂料经注射机注入所述注射成型模具的喷嘴8中，喂料经喷嘴8进入上模9、下模11合模形成的型腔10中，进行注射成型，其中，注射温度160℃，注射压力110MPa，注射模具温度50℃，得到成型坯件；

(3)脱脂、烧结：将步骤(2)所得成型坯件采用溶剂脱脂法和热脱脂法结合，在50～60℃下采用三氯乙烯溶液脱脂4h，热脱脂与烧结采用真空脱脂烧结一体炉，在1250℃真空条件下烧结，最终得到成品。

实施例1与对比例1是对不规则金属粉末钛粉末进行成形加工，将实施例1与对比例1相比，实施例1的粉末注射成形过程中，混炼温度、混炼时间、注射温度、注射压力均降低，经步骤(1)混炼所得喂料无明显团聚现象，所得成品的抗拉强度提高。

对比例2

本实施例利用常规方法制备不锈钢成型件，原料为316L不锈钢粉末、粘结剂采用石蜡(PW)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、高密度聚乙烯(HDPE)、硬脂酸(SA)，粉末体积装载率为58％。该方法具体包括如下步骤：

(1)混炼：将不锈钢粉末置于密炼装置的密炼腔室20中，加热温度140℃、时间120min；再将乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、高密度聚乙烯(HDPE)加入密炼腔室20中，压紧压砣19，启动电机，带动转子18转动，转速20r/min，时间10min；再开启压砣19，向密炼腔室20中加入石蜡(PW)，压紧压砣19，调高转速至50r/min，时间20min，左右扭矩稳定；最后再向密炼腔室20中加入硬脂酸(SA)，转速80r/min，时间90min，左右扭矩稳定，得到基本均匀的喂料，该喂料中部分位置有团聚现象。

(2)注射成型：将混炼得到的喂料经注射机注入所述注射成型模具的喷嘴8中，喂料经喷嘴8进入上模9、下模11合模形成的型腔10中，进行注射成型，其中，注射温度160℃，注射压力20MPa，注射模具温度50℃，得到成型坯件；

(3)脱脂、烧结：将步骤(2)所得成型坯件放入脱脂烧结炉在500℃条件下进行热脱脂，脱脂时间2h。将脱脂后的坯件在在N₂+H₂还原气氛下烧结，烧结温度曲线如图4所示，以5℃/min速度升温至500℃，烧结1小时；再以10℃/min的速度升温至1350℃，烧结1小时，再在常温下冷却，最终得到成品。

将实施例2与对比例2相比，实施例2的粉末注射成形过程中，混炼温度、混炼时间、注射温度、注射压力均降低，且经步骤(1)混炼所得喂料更加均匀、无明显团聚现象，所得成品的密度更加均匀、抗拉强度提高。

在本发明中，所述粉末体积装载率指粉末体积占喂料体积的百分含量。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种超声辅助粉末注射成型装置，包括：

密炼装置，所述密炼装置的壳体内部设有密炼腔室，壳体表面设有与所述密炼腔室相通的料口；在所述密炼装置的密炼腔室内设置有转子，在所述料口处设置有压砣，所述压砣适宜于对所述料口进行密封；

注射成型装置，所述装置包括螺杆注射机、注射成型模具，所述密炼装置密炼所得喂料经所述螺杆注射机注入所述注射成型模具；

其特征在于：

与所述密炼装置连接设置有第一换能器，与所述注射成型模具连接设置有第二换能器；所述第一换能器和所述第二换能器分别与超声波发生器连接设置，适宜于分别带动所述密炼装置和所述注射成型模具进行超声振动。

2.根据权利要求1所述的超声辅助粉末注射成型装置，其特征在于，还设置有脱脂烧结设备，适宜于对所述注射成型模具制成的坯件进行脱脂、烧结。

3.根据权利要求1或2所述的超声辅助粉末注射成型装置，其特征在于，在所述密炼装置的壳体上，距离所述密炼腔室2～10mm处设有第一换能器。

4.根据权利要求3所述的超声辅助粉末注射成型装置，其特征在于，所述第一换能器设置有多个。

5.根据权利要求4所述的超声辅助粉末注射成型装置，其特征在于，所述第一换能器设置有三个，分别位于所述密炼腔室的下方和相互对称的左、右方。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的超声辅助粉末注射成型装置，其特征在于，所述注射成型模具包括：

定模装置，包括由上到下依次固定连接的定模板座、定模板和上模；

动模装置，包括下模、动模板和动模板座，所述下膜位于所述上模的正下方且固定安装在所述动模板上，所述动模板座设置在所述动模板的下方，在所述动模板座和所述动模板之间设置有弹性件，所述动模板适宜于在所述弹性件的形变配合下带动所述下模进行竖直方向的往复运动；在所述上膜的下表面和下膜的上表面的贴合面上成型有型腔；

推杆，与所述动模板座固定连接，贯穿所述动模板和下膜设置有推杆通道，所述推杆嵌套设置在所述推杆通道内且适宜于沿所述推杆通道进行往复运动，所述推杆通道的顶端与所述型腔的底端相连通；

拉料杆，贯穿所述动模板和下膜还设置有拉料杆通道，所述拉料嵌套设置在所述拉料杆通道内且适宜于沿所述拉料杆通道进行往复运动，与所述拉料杆的底端连接设置有气缸；

喷嘴，所述喷嘴贯穿所述定模板座、定模扳和上模设置，所述喷嘴的出口与所述型腔相连通；

所述上模和/或下模上设置有与超声波发生器连接设置的第二换能器。

7.根据权利要求6所述的超声辅助粉末注射成型装置，其特征在于，在所述上模内距离所述喷嘴10～30mm处和在所述下模内距离所述型腔边缘2～10mm处分别设置有第二换能器。

8.一种基于权利要求1所述超声辅助粉末注射成型装置的超声辅助粉末注射成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)混炼：将粉末原料和粘结剂置于所述密炼装置的密炼腔室内进行混炼，在混炼过程中，超声波发生器驱动所述第一换能器带动所述密炼装置进行超声振动；

(2)注射成型：将混炼得到的喂料经螺杆注射机注入所述注射成型模具，进行注射成型，得到成型坯件；在所述注射成型过程中，超声波发生器驱动所述第二换能器带动所述注射成型模具进行超声振动。

9.根据权利要求8所述的超声辅助粉末注射成型方法，其特征在于，还设置有步骤(3)：将所述成型坯件放入脱脂烧结装备进行脱脂、烧结，得到成品。

10.根据权利要求8或9所述的超声辅助粉末注射成型方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中所述超声波发生器的信号频率为每秒20～40KHZ。

11.根据权利要求8或9所述的超声辅助粉末注射成型方法，其特征在于，步骤(2)中所述的注射成型过程包括合模、注射、保压、冷却、开模工序。

12.根据权利要求8-11任意一项所述的超声辅助粉末注射成型方法，其特征在于，所述粉末为金属粉末或陶瓷粉末。