CN112589955A - 一种超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法，包括如下步骤：喂料制备：将金属粉末或陶瓷粉末与粘结剂、润滑剂混合密炼，密炼后经造粒机挤出造粒，得到喂料颗粒；注射成型，获得具有超薄壁的蜂窝状产品零件生坯；其中，蜂窝状产品零件生坯包括多孔蜂窝状结构和平板状导流部；导流部位于多孔蜂窝状结构的一端，且平板状导流部垂直于蜂窝状结构的孔；脱脂烧结；所述蜂窝状产品零件生坯在脱脂烧结过程中，平板状导流部作为烧结支撑部；去除平板状导流部。通过本申请的方法，可以实现超薄壁蜂窝状产品或类似结构的产品。

Description

一种超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法

技术领域

本发明涉及粉末注射成形技术领域，具体涉及一种超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法。

背景技术

超薄壁蜂窝状及类似产品目前需求越来越广，目前不仅要求产品轻薄化，且在超薄的基础上对高强度性能要求也有进一步的提升。传统蜂窝状产品是利用冲压拼接的方式，可靠性和强度极差，在制备超薄壁产品时，良率很低。而采用传统的铝合金挤压技术，对于壁厚厚一些的产品还可以挤出，而对于超薄壁的产品，如壁厚低于0.5mm的就很有难度，而且采用传统的铝合金挤压技术制备得到的铝合金产品性能较差。

发明内容

为了解决现有的技术问题，本发明提供一种超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法。

本申请提供的一种超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法，包括如下步骤：

S1，喂料制备：将金属粉末或陶瓷粉末与粘结剂、润滑剂按一定的比例混合密炼，密炼后经造粒机挤出造粒，得到喂料颗粒；

S2，注射成型：将喂料颗粒在注射成型设备中加热至熔融状态，然后将喂料挤入产品模具型腔中，待其冷却之后取出，获得具有超薄壁的蜂窝状产品零件生坯；

所述蜂窝状产品零件生坯包括多孔蜂窝状结构和平板状导流部；所述导流部位于多孔蜂窝状结构的一端，且平板状导流部垂直于蜂窝状结构的孔；

S3，脱脂烧结：将蜂窝状产品零件生坯去除注胶口后，进行脱脂烧结；

所述蜂窝状产品零件生坯在脱脂烧结过程中，平板状导流部作为烧结支撑部；

S4，去除平板状导流部。

作为进一步改善的方案，在步骤S2注射成型时，模具为多点进胶结构，进胶口位于平板状导流部上。

作为进一步改善的方案，所述模具在对应于蜂窝状结构的孔的位置具有多个模芯；所述模芯固定在后模，模芯依次穿过蜂窝状结构的孔、平板状导流部后，模芯前端部抵在前模。

作为进一步改善的方案，在步骤S3中，零件生坯经过酸脱后，在1350℃-1380℃保温烧结，然后固溶。

作为进一步改善的方案，在步骤S1中，所述粘结剂为热塑性塑料，在混合密炼过程中，还加入有润滑剂。

作为进一步改善的方案，在步骤S1中，先将金属粉末或陶瓷粉末先置于密炼机内加热，待温度升高至一定温度时，再投入粘结剂与润滑剂，在密炼机中剪切搅拌使其充分混合，之后再进行造粒。

作为进一步改善的方案，所述金属粉末包括M300粉末。

作为进一步改善的方案，所述热塑性塑料包括聚甲醛，低密度聚乙烯，和聚丙烯。

作为进一步改善的方案，所述超薄壁蜂窝状产品的壁厚为0.2-0.5mm。

作为进一步改善的方案， 所述平板状导流部的厚度为0.5-5mm。

本发明具有如下有益效果：

通过本申请的方法，可以实现超薄壁蜂窝状产品或类似结构的产品；

本申请，通过粉末注射成形技术来制备超薄壁蜂窝状产品，不仅可以制备超薄异形零件，在三维复杂形状零件的大批量生产方面有着极高的成本优势，且其产品质量稳定，尺寸精度高，在各个领域都有着广泛的应用；

本申请，在注射成型时，先制备得到包括多孔蜂窝状结构和平板状导流部的蜂窝状产品零件生坯；通过在注射成型时引入导流平面，注塑成型阻力较小；产品零件生坯放置在催化脱脂炉时，平板状导流部作为烧结支撑部，避免产品零件生坯烧结过程中发生较大变形；最后再去除平板状导流部。

附图说明

图1为本申请的一种超薄壁蜂窝状产品的结构示意图；

图2为超薄壁蜂窝状产品的模具俯视图；

图3为图2中A-A处的剖视图；

图4为图3中B处的局部放大图；

图5为注射成型后获得的超薄壁蜂窝状产品零件生坯剖视图；

图6为去除平板状导流部后的超薄壁蜂窝状产品剖视图。

附图标注：

蜂窝状产品10、多孔蜂窝状结构11、平板状导流部12、上模20、下模30、模芯40、进胶口50。

具体实施方式

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

如无特殊说明，本说明书中的术语的含义与本领域技术人员一般理解的含义相同，但如有冲突，则以本说明书中的定义为准。

本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“由…组成”和“基本上由…组成”。本发明的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组分、步骤或限制项组成。

在说明书和权利要求书中使用的涉及组分量、工艺条件等的所有数值或表述在所有情形中均应理解被“约”修饰。涉及相同组分或性质的所有范围均包括端点，该端点可独立地组合。由于这些范围是连续的，因此它们包括在最小值与最大值之间的每一数值。还应理解的是，本申请引用的任何数值范围预期包括该范围内的所有子范围。

本发明提供了一种超薄壁蜂窝状产品10的粉末注射成型方法。

超薄壁蜂窝状产品10的横截面呈多孔状，壁厚较薄。如图1所示的一种超薄壁蜂窝状产品10，孔的横截面呈蜂窝状。但可以理解的，超薄壁蜂窝状产品10并不限于孔的横截面只能呈六边形结构，也可以是类似结构的产品，例如具有均匀的二维截面，孔的横截面为五边形或者不规则的多边形结构的多孔状产品。

本申请的一种超薄壁蜂窝状产品10的粉末注射成型方法包括如下步骤：

S1，喂料制备：将金属粉末或陶瓷粉末与粘结剂、润滑剂按一定的比例混合密炼，密炼后经造粒机挤出造粒，得到喂料颗粒；

S2，注射成型，获得具有超薄壁的蜂窝状产品10零件生坯；

S3，脱脂烧结；

本申请，通过粉末注射成形技术来制备超薄壁蜂窝状产品10，粉末注射成形技术是融合了塑料注塑成型与金属或陶瓷粉末冶金技术而发展起来的一门技术，突破了传统粉末冶金的成形限制，与冲压拼接的方式和传统的铝合金挤压方式相比较，不仅可以制备超薄异形零件，在三维复杂形状零件的大批量生产方面有着极高的成本优势，可以制备异形零件，且其产品质量稳定，尺寸精度高，在各个领域都有着广泛的应用。

本申请具体实施例，在步骤S2注射成型时，通过模具设计，模具如图2-图3所示，使得制备得到的蜂窝状产品10零件生坯包括多孔蜂窝状结构11和平板状导流部12，如图4、图5所示。其中，导流部位于多孔蜂窝状结构11的一端，且平板状导流部12垂直于蜂窝状结构的孔。

由于蜂窝状产品10的壁厚很薄，为0.2-0.5mm，因此在注塑成型过程中，阻力较大。而本申请通过图5所示的引入平板状导流部12，在注塑成型过程中，熔融喂料先流经模具中平板状导流部12所对应的腔体，再流入模具中的产品薄壁腔，平板状导流部12所对应的腔体作为导流平面，其截面积较大，因此阻力较小；可避免部分蜂窝状产品10零件生坯的部分壁体无法完全填充，并避免为了使得填充更好而增大注塑压力、导致对于注塑机台和注塑模具的过高要求。

在步骤S3中，蜂窝状产品10零件生坯在脱脂烧结时，由于超薄壁蜂窝状产品10的壁厚很薄，因此在烧结过程中，容易发生较大变形，特别是品零件生坯的支撑部更加容易发生变性。本申请中，将平板状导流部12作为支撑部。通过使用平板状导流部12作为烧结支撑部，可避免超薄壁蜂窝状产品10在烧结过程中发生较大变形。

本申请的一种超薄壁蜂窝状产品10的粉末注射成型方法还包括步骤S4：去除平板状导流部12。

在步骤S4中，对产品进行整形后，再去除平板状导流部12，去除平板状导流部12后，蜂窝状产品10如图6所示 。

在步骤S1制备得到的喂料，包括粘结剂。本申请具体实施例的粘结剂为热塑性塑料，熔融流动性好，可增加喂料的流动性。在混合密炼过程中，还加入有润滑剂。

在喂料制备中，可先将金属粉末或陶瓷粉末先置于密炼机内加热，待温度升高至一定温度时，再投入粘结剂与润滑剂，在密炼机中剪切搅拌使其充分混合，之后再进行造粒。

在喂料方面，可以对原料的比例进行调整，以调整收缩比，可增加粘结剂比例，增加喂料的流动性。

粘结剂包括聚甲醛，低密度聚乙烯，和聚丙烯，粘结剂可由这几种材料混合而成。

喂料制备时可采用金属粉末，也可以采用陶瓷粉末。

金属粉末可以选用高强度性能的高强不锈钢粉末材料如M300粉末，可以保证整个蜂窝状制品的强度。M300粉末在喂料中的质量百分比为80-90%。

如使用陶瓷粉末进行喂料制备，可用于超薄壁蜂窝状陶瓷产品，陶瓷粉末在喂料中的质量百分比为75-85%。

在注射成型时，利用注射成型设备在一定温度和压力下将喂料射进产品模具的型腔中，注射成型设备例如为注塑机。

模具设计为多点进胶结构，进胶口50位于平板状导流部12上，使熔融喂料先流经模具中平板状导流部12所对应的腔体，再流入模具中的产品薄壁腔，平板状导流部12所对应的腔体作为导流平面，可促进进胶平衡和减少注塑压力。平板状导流部12的厚度优选为0.5-5mm。

模具包括上模20、下模30。模具在对应于蜂窝状结构的孔的位置还具有多个模芯40。模芯40在注射成型过程中用于形成蜂窝状产品10零件的孔。

本申请中，模芯40固定在后模，模芯40依次穿过蜂窝状结构的孔、平板状导流部12后，模芯40前端部抵在前模。模芯40两端分别固定在厚模和前模，可以进一步提高模具的强度。

脱脂烧结；由于生坯中含有一定比例的塑胶，为了获得接近致密化的金属或陶瓷制品，需要将塑胶去除，此过程称为脱脂。按照加入的塑胶不同，脱脂的方法也不一。通过脱脂处理后可脱除大部分塑胶，仅残留少量塑胶用于保持生坯的形状。脱脂后的生坯转移至烧结炉中，通过加热的方法激活粉末之间的原子实现扩散与迁移，使得粉末之间达到冶金结合的水平，从而使产品获得所需要的性能。

具体的，可将蜂窝状产品10零件生坯去除注胶口后，再放入催化脱脂炉中进行催化脱脂。

脱脂烧结时，零件生坯经过酸脱后，再高温保温烧结，然后固溶。

进一步的，对产品进行整形并去除平板状导流部12后，还进行时效处理以获得高强度蜂窝状产品10。

实施例1

本实施例的一种超薄壁蜂窝状产品10的粉末注射成型方法，包括如下步骤：

S1，喂料制备： 将M300粉末置于密炼机内加热，待温度升高至200℃时，投入聚甲醛（POM）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚丙烯（PP）和少量的润滑剂；在密炼机中剪切搅拌2个小时使其充分均匀化；之后在造粒机上进行挤出造粒，获得所需喂料；

S2，注射成型：将上述步骤所得的喂料加入注射成型设备的料斗，设定模具温度135℃，喂料温度210℃；注射压力250Mpa，喂料颗粒在注射成型设备中加热至熔融状态，然后通过柱塞或螺杆挤入产品模具型腔中，待其冷却之后取出，获得具有超薄壁的蜂窝状产品10零件生坯；

蜂窝状产品10零件生坯包括多孔蜂窝状结构11和平板状导流部12。

S3，脱脂烧结：去除产品零件生坯的胶口并修平后，将平板状导流部12的平面放置到陶瓷板上，经过酸脱后，1350℃-1380℃保温6H，然后固溶后获得蜂窝状件。

S4，整形：对产品进行整形后，再去除平板状导流部12；最后再进行时效处理。

通过上述方法可以得到超薄高强度M300蜂窝状产品10。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法，包括如下步骤：

S1，喂料制备：将金属粉末或陶瓷粉末与粘结剂、润滑剂混合密炼，密炼后经造粒机挤出造粒，得到喂料颗粒；

S2，注射成型，获得具有超薄壁的蜂窝状产品零件生坯；

所述蜂窝状产品零件生坯包括多孔蜂窝状结构和平板状导流部；所述导流部位于多孔蜂窝状结构的一端，且平板状导流部垂直于蜂窝状结构的孔；

S3，脱脂烧结；

所述蜂窝状产品零件生坯在脱脂烧结过程中，平板状导流部作为烧结支撑部；

S4，去除平板状导流部。

2.根据权利要求1所述的超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法，其特征在于，在步骤S2注射成型时，模具为多点进胶结构，进胶口位于平板状导流部上。

3.根据权利要求2所述的超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法，其特征在于，所述模具在对应于蜂窝状结构的孔的位置具有多个模芯；所述模芯固定在后模，模芯依次穿过蜂窝状结构的孔、平板状导流部后，模芯前端部抵在前模。

4.根据权利要求1所述的超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法，其特征在于，在步骤S3中，零件生坯经过酸脱后，在1350℃-1380℃保温烧结，然后固溶。

5.根据权利要求1所述的超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法，其特征在于，在步骤S1中，所述粘结剂为热塑性塑料，在混合密炼过程中，还加入有润滑剂。

6.根据权利要求4所述的超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法，其特征在于，在步骤S1中，先将金属粉末或陶瓷粉末先置于密炼机内加热，待温度升高至一定温度时，再投入粘结剂与润滑剂，在密炼机中剪切搅拌使其充分混合，之后再进行造粒。

7.根据权利要求1所述的超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法，其特征在于，所述金属粉末包括高强不锈钢粉末。

8.根据权利要求5所述的超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法，其特征在于，所述热塑性塑料包括聚甲醛，低密度聚乙烯，和聚丙烯。

9.根据权利要求1所述的超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法，其特征在于， 所述超薄壁蜂窝状产品的壁厚为0.2-0.5mm。

10.根据权利要求1所述的超薄壁蜂窝状产品的粉末注射成型方法，其特征在于， 所述平板状导流部的厚度为0.5-5 mm。

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