CN106735170B - 一种大件金属件的注射成型方法 - Google Patents

一种大件金属件的注射成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大件金属件的注射(MIM)成型方法，该方法包括烧结原材料前处理、原材料包覆、喂料造粒、设计模具、注射成型、脱脂、拼接、烧结等步骤。本发明通过该方法解决了传统的MIM方法制造大件金属件时，由于脱脂不完全导致的鼓泡,开裂等问题，实现提高大件金属件的质量的同时避免生产安全隐患。

Description

一种大件金属件的注射成型方法
技术领域
本发明属于注射成型加工技术领域，具体涉及一种大件金属件的注射成型方法。
背景技术
金属注射成形（MIM）是将金属粉末与其粘结剂的增塑混合料注射于模型中的成形方法，是一种新型金属工业产品生产造型的方法；具体是先将所选粉末与粘结剂进行混合，然后将混合料进行制粒再注射成形所需要的形状。目前，在传统的MIM工艺中，当金属件较大时，容易因脱脂不完全，导致烧结过程中出现的鼓泡，开裂等问题，产品的质量无法保证。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种大件金属件的注射成型方法，解决传统的方法制造大件金属件时在由于脱脂不完全造成烧结不完全导致容易出现的鼓泡、开裂等问题，实现提高大件金属件的质量的同时避免生产安全隐患。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种大件金属件的注射成型方法，该方法包括以下步骤：
1）原材料前处理：将购买的金属粉末烘干去湿；
2）原材料包覆：经过步骤1）处理后的金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂加入到混炼机中进行密炼，完全混合均匀后得到膏状物；
3）喂料造粒：将步骤2）得到的膏状物经过挤出机挤出造粒，得到颗粒原料；
4）设计模具：设计用于制作带连接孔的金属件的模具和用于制作与连接孔相匹配的连接件的模具
5）注射金属件：将步骤3）得到的颗粒原料用注射机注射至步骤4）的模具中，得到带有连接孔的金属件半成品；
6）注射连接件：将步骤3）得到的颗粒原料用注射机注射至步骤4）的模具中，得到与步骤5）所述连接孔相匹配的连接件；
7）脱脂：将上述步骤5）得到的件金属件半成品和步骤6）得到的连接件放进脱脂炉中脱除POM；
8）拼接：将脱脂后所得到的两个以上的金属件通过连接件接形成完整的大件金属件半成品；
9）烧结：经过步骤8）所得到的大件金属件半成品转入到真空炉中烧结，得到成品。
作为进一步的方案，本发明的步骤2）中所述金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂的用量以质量百分数计分别为：
POM 3%-10%；
PE 4%-6%；
PP 2%-4%；
抗氧化剂 0.1%-1%；
金属粉末余量。
作为进一步的方案，本发明的步骤2）中采用混炼机的密炼的温度设置为160-200℃，密炼时间为1.5-2.5小时。
作为进一步的方案，本发明的步骤7）脱脂过程中，催化气体为HNO3，脱脂炉的温度设置为110-130℃，脱脂时间为4-12小时。
作为进一步的方案，本发明的所述的催化气体通入脱脂炉中的速率为0.01-0.05mL/min。
作为进一步的方案，本发明的步骤9）烧结的温度为1200-1400℃。
作为进一步的方案，本发明的所述金属粉末为铁合金粉末、不锈钢粉末、钛合金粉末、铝合金粉末、钛粉末中的一种。
作为进一步的方案，本发明的所述大件金属件的注射成型方法中还包括对步骤9）烧结后的大件金属件再次在HIP烧结炉中进行完全致密化处理。
作为进一步的方案，在致密化处过程中，烧结炉的温度为1200-1360℃。
作为进一步的方案，本发明的步骤8）拼接过程中，在连接件的两端涂覆硼粉。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1. 本发明所述的大件金属件的注射成型方法中通过实现对金属粉末的处理，提高了原材料的利用率，大大降低了对设备的要求，节约了制造成本；
2. 本发明所述的大件金属件的注射成型方法解决了传统的方法制造大件金属件时，由于脱脂过程不干净导致烧结不完全导致的鼓泡、开裂等问题，实现大件金属件量产的可行。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
本发明所述的大件金属件的注射成型方法，该方法包括以下步骤：
一种大件金属件的注射成型方法，该方法包括以下步骤：
1）原材料前处理：将购买的金属粉末烘干去湿；
2）原材料包覆：经过步骤1）处理后的金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂加入到混炼机中进行密炼，完全混合均匀后得到膏状物；
3）喂料造粒：将步骤2）得到的膏状物经过挤出机挤出造粒，得到颗粒原料；
4）设计模具：设计用于制作带连接孔的金属件的模具和用于制作与连接孔相匹配的连接件的模具
5）注射金属件：将步骤3）得到的颗粒原料用注射机注射至步骤4）的模具中，得到带有连接孔的金属件半成品；
6）注射连接件：将步骤3）得到的颗粒原料用注射机注射至步骤4）的模具中，得到与步骤5）所述连接孔相匹配的连接件；
7）脱脂：将上述步骤5）得到的件金属件半成品和步骤6）得到的连接件放进脱脂炉中脱除POM；
8）拼接：将脱脂后所得到的两个以上的金属件通过连接件接形成完整的大件金属件半成品；
9）烧结：经过步骤8）所得到的大件金属件半成品转入到真空炉中烧结，得到成品。
作为进一步的方案，本发明的步骤2）中所述金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂的用量以质量百分数计分别为：
POM 3%-10%；
PE 4%-6%；
PP 2%-4%；
抗氧化剂 0.1%-1%；
金属粉末余量。
在本发明中，“POM”是指聚甲醛，其在上述方案中用作粘合助剂，在对金属粉末的密炼包覆过程中起到流动和粘合的作用。“PE”即聚乙烯，在上述方案中，PE起到烧结前金属件半成品的保型作用；作为优选的，在本发明中，聚乙烯采用高密度聚乙烯。“PP”即聚丙烯，起到烧结前金属件半成品的保型作用。
作为进一步的方案，本发明的步骤2）中采用混炼机的密炼的温度设置为160-200℃，密炼时间为1.5-2.5小时。
在本发明的脱脂过程中，催化脱脂的原理是利用一种催化剂把有机载体分子解聚为较小的可挥发的分子，这些分子比其它脱脂过程中的有机载体分子有较高的蒸气压，能迅速地扩散出坯体。因此，脱脂率受脱脂温度的影响，由于聚甲醛在酸性作用下是由末端开始进行逐步分解，随着反应温度的增加，但是温度过高，使催化脱脂反应过快，坯体内产生有机小分子气压过大会造成坯体出现脱脂缺陷；另外温度过高，会造成坯体软化变形；而催化脱脂温度太低，脱脂速率也太小这种解聚反应的速度增加，导致脱脂速率增大。此外脱脂率受脱脂催化时间的影响，具体表现为随着催化脱脂时间增加，注射成形坯脱脂量增加，而且随着时间增加，脱脂量增加趋势变平稳。因此，作为优选的方案，本发明所述的步骤7）脱脂过程中，催化气体为HNO3，脱脂炉的温度设置为110-130℃，脱脂时间为4-12小时。
在本发明的脱脂过程中，HNO3气体流量增加使得催化气体中HNO3浓度增加，从而促进POM的解聚反应，但是HNO3气体的流量也不能太大，如果HNO3浓度太大催化气体具有一定的腐蚀性，会对粉末和设备造成危害。因此，作为优选的方案，本发明所述的催化气体通入脱脂炉中的速率为0.01-0.05mL/min。
作为进一步的方案，本发明所述的步骤9）烧结的温度为1200-1400℃。
作为进一步的方案，本发明所述的金属粉末为铁合金粉末、不锈钢粉末、钛合金粉末、铝合金粉末、钛粉末等中的一种。由于在注射成型前对金属粉末进行一系列的处理，因此在本发明中并不需对金属粉末的形貌、含氧量以及粒径做特殊的要求。
作为进一步的方案，本发明的步骤8）拼接过程中，在连接件的两端涂覆硼粉或同类金属粉末。在本发明中，涂覆硼粉或者同类金属粉末的作用是在烧结过程中可以是连接件和连接孔之间更加紧密通过硼粉粘结，使金属件之间的结合更加牢固。
在本发明中，用以连接金属件的连接件可以是插销也可以是与插销同等作用的其他结构形式的连接件。
以下是本发明具体的实施例，在下述实施案例中所采用的原料、设备等均可以通过商业渠道获得。
实施例1
一种大件金属件的注射成型方法，该方法包括以下步骤：
1）原材料前处理：将购买的铝合金粉末烘干去湿；
2）原材料包覆：经过步骤1）处理后的金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂加入到180℃的混炼机中进行密炼2.5小时，完全混合均匀后得到膏状物；其中所述金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂的用量以质量百分数计分别为：
POM 3%；
PE 4%；
PP 4%；
抗氧化剂 0.1%；
金属粉末余量；
3）喂料造粒：将步骤2）得到的膏状物经过挤出机挤出造粒，得到颗粒原料；
4）设计模具：设计用于制作带连接孔的金属件的模具和用于制作与连接孔相匹配的连接件的模具
5）注射金属件：将步骤3）得到的颗粒原料用注射机注射至步骤4）的模具中，得到带有连接孔的金属件半成品；
6）注射连接件：将步骤3）得到的颗粒原料用注射机注射至步骤4）的模具中，得到与步骤5）所述连接孔相匹配的连接件；
7）脱脂：将上述步骤5）得到的件金属件半成品和步骤6）得到的连接件放进脱脂炉中脱除POM；脱脂过程中催化气体为HNO3，HNO3气体通入脱脂乳中的速率为0.01mL/min，脱脂炉的温度设置为110℃，脱脂时间为4小时；
8）拼接：将脱脂后所得到的两个以上的金属件通过连接件接形成完整的大件金属件半成品；
9）烧结：经过步骤7）所得到的大件金属件半成品转入到真空炉中，在1200℃温度下烧结，得到成品。
在该实施例中，脱脂率为86.7%。
实施例2
一种大件金属件的注射成型方法，该方法包括以下步骤：
1）原材料前处理：将购买的铁合金末烘干去湿；
2）原材料包覆：经过步骤1）处理后的金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂加入到180℃的混炼机中进行密炼2小时，完全混合均匀后得到膏状物；其中所述金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂的用量以质量百分数计分别为：
POM 6%；
PE 6%；
PP 4%；
抗氧化剂 0.6%；
金属粉末余量；
3）喂料造粒：将步骤2）得到的膏状物经过挤出机挤出造粒，得到颗粒原料；
4）设计模具：设计用于制作带连接孔的金属件的模具和用于制作与连接孔相匹配的连接件的模具
5）注射金属件：将步骤3）得到的颗粒原料用注射机注射至步骤4）的模具中，得到带有连接孔的金属件半成品；
6）注射连接件：将步骤3）得到的颗粒原料用注射机注射至步骤4）的模具中，得到与步骤5）所述连接孔相匹配的连接件；
7）脱脂：将上述步骤5、6）得到的件金属件半成品放进脱脂炉中脱除POM；脱脂过程中催化气体为HNO3，HNO3气体通入脱脂乳中的速率为0.01mL/min，脱脂炉的温度设置为120℃，脱脂时间为10小时；
8）拼接：将脱脂后所得到的两个以上的金属件通过连接件接形成完整的大件金属件半成品；
9）烧结：经过步骤8）所得到的大件金属件半成品转入到真空炉中，在1250℃温度下烧结，得到成品。
在该实施例中，脱脂率为87.4%。
实施例3
一种大件金属件的注射成型方法，该方法包括以下步骤：
1）原材料前处理：将购买的不锈钢粉末烘干去湿；
2）原材料包覆：经过步骤1）处理后的金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂加入到200℃的混炼机中进行密炼1.5小时，完全混合均匀后得到膏状物；其中所述金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂的用量以质量百分数计分别为：
POM 8%；
PE 4%；
PP 2%；
抗氧化剂 0.8%；
金属粉末余量；
3）喂料造粒：将步骤2）得到的膏状物经过挤出机挤出造粒，得到颗粒原料；
4）设计模具：设计用于制作带连接孔的金属件的模具和用于制作与连接孔相匹配的连接件的模具
5）注射金属件：将步骤3）得到的颗粒原料用注射机注射至步骤4）的模具中，得到带有连接孔的金属件半成品；
6）注射连接件：将步骤3）得到的颗粒原料用注射机注射至步骤4）的模具中，得到与步骤5）所述连接孔相匹配的连接件；
7）脱脂：将上述步骤5、6）得到的件金属件半成品放进脱脂炉中脱除POM；将上述大件金属件半成品放进脱脂炉中脱除POM；脱脂过程中催化气体为HNO3，HNO3气体通入脱脂乳中的速率为0.01mL/min，脱脂炉的温度设置为125℃，脱脂时间为11小时；
8）拼接：将脱脂后所得到的两个以上的金属件通过连接件接形成完整的大件金属件半成品；
9）烧结：经过步骤8）所得到的大件金属件半成品转入到真空炉中，在1300℃温度下烧结，得到成品。
在该实施例中，脱脂率为88.3%。
实施例4
一种大件金属件的注射成型方法，该方法包括以下步骤：
1）原材料前处理：将购买的钛合金粉末烘干去湿；
2）原材料包覆：经过步骤1）处理后的金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂加入到180℃的混炼机中进行密炼2小时，完全混合均匀后得到膏状物；其中所述金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂的用量以质量百分数计分别为：
POM 10%；
PE 5%；
PP 3%；
抗氧化剂 1%；
金属粉末余量；
3）喂料造粒：将步骤2）得到的膏状物经过挤出机挤出造粒，得到颗粒原料；
4）设计模具：设计用于制作带连接孔的金属件的模具和用于制作与连接孔相匹配的连接件的模具
5）注射金属件：将步骤3）得到的颗粒原料用注射机注射至步骤4）的模具中，得到带有连接孔的金属件半成品；
6）注射连接件：将步骤3）得到的颗粒原料用注射机注射至步骤4）的模具中，得到与步骤5）所述连接孔相匹配的连接件；
7）脱脂：将上述步骤5、6）得到的件金属件半成品放进脱脂炉中脱除POM；脱脂过程中催化气体为HNO3，HNO3气体通入脱脂乳中的速率为0.01mL/min，脱脂炉的温度设置为130℃，脱脂时间为4—12小时；
8）拼接：将脱脂后所得到的两个以上的金属件通过连接件接形成完整的大件金属件半成品；
9）烧结：经过步骤8）所得到的大件金属件半成品转入到真空炉中，在1400℃温度下烧结，得到成品。
在该实施例中，脱脂率为88.9%。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种大件金属件的注射成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)原材料前处理：将购买的金属粉末烘干去湿；
2)原材料包覆：经过步骤1)处理后的金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂加入到混炼机中进行密炼，完全混合均匀后得到膏状物，
所述金属粉末与POM、PE、PP以及抗氧化剂的用量以质量百分数计分别为：
POM 3％-10％；
PE 4％-6％；
PP 2％-4％；
抗氧化剂 0.1％-1％；
金属粉末余量；
3)喂料造粒：将步骤2)得到的膏状物经过挤出机挤出造粒，得到颗粒原料；
4)设计模具：设计用于制作带连接孔的金属件的模具和用于制作与连接孔相匹配的连接件的模具；
5)注射金属件：将步骤3)得到的颗粒原料用注射机注射至步骤4)的模具中，得到带有连接孔的金属件半成品；
6)注射连接件：将步骤3)得到的颗粒原料用注射机注射至步骤4)的模具中，得到与步骤5)所述连接孔相匹配的连接件；
7)脱脂：将上述步骤5)得到的金属件半成品和步骤6)得到的连接件放进脱脂炉中脱除POM；
8)拼接：将脱脂后所得到的两个以上的金属件通过连接件连接形成完整的大件金属件半成品；
9)烧结：经过步骤8)所得到的大件金属件半成品转入到真空炉中烧结，得到成品。
2.根据权利要求1所述的大件金属件的注射成型方法，其特征在于，步骤2)中采用混炼机的密炼的温度设置为160-200℃，密炼时间为1.5-2.5小时。
3.根据权利要求1所述的大件金属件的注射成型方法，其特征在于，步骤7)脱脂过程中，催化气体为HNO3，脱脂炉的温度设置为110-130℃，脱脂时间为4-12小时。
4.根据权利要求3所述的大件金属件的注射成型方法，其特征在于，催化气体通入脱脂炉中的速率为0.01-0.05mL/min。
5.根据权利要求1所述的大件金属件的注射成型方法，其特征在于，步骤9)烧结的温度为1200-1400℃。
6.根据权利要求1所述的大件金属件的注射成型方法，其特征在于，所述金属粉末为铁合金粉末、不锈钢粉末、钛合金粉末、铝合金粉末、钛粉末中的一种。
7.根据权利要求6所述的大件金属件的注射成型方法，其特征在于，步骤8)拼接过程中，在连接件的表面涂覆硼。
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