CN204912766U - 一种粉末注射成型模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种粉末注射成型模具，包括动模模仁和定模模仁，所述动模模仁上设置有内腔，所述定模模仁的外形与动模模仁的内腔相适配，其特征在于，动模模仁与定模模仁之间设有间隙，动模模仁内腔的内壁上设置有台阶，定模模仁的外壁上设置有与动模模仁内壁台阶相适配的台阶。使用该模具制备粉末冶金脱脂烧结前的产品，可大幅提升其致密度。

Description

一种粉末注射成型模具

技术领域

本发明涉及一种粉末注射成型的模具，特别是涉及一种制备致密成型件的粉末注射模具。

背景技术

粉末注射成形技术（Powderinjectionmolding，简称PIM）是一种将金属粉末与有机黏结剂混合，在加热状态下用注射成形机将其注入模腔内成形，再用化学溶剂或加热分解的方法去掉黏结剂，最终烧结成致密产品的新型合金生产技术。近年来，随着制造复杂形状的金属或陶瓷烧结体方法工艺的发展，PIM技术应用到越来越多的领域中，尤其是MIM（MetalInjectionMolding，金属注射成型）和CIM（CeramicInjectionMolding陶瓷注射成型）应用于各类结构件、异形件的成型工艺中。随着PIM技术的发展，各领域对产品的尺寸精度、组织均匀性、力学性能、生产成本等提出越来越高的要求，这就要求脱脂烧结前的生胚产品有高的密度和组织均匀性，以达到对产品的越来越高的性能要求。

现有技术中，为了提升生胚产品的致密程度，往往采用粒径极小的粉末原料进行压制，同时严格控制粉末原料粒度的均一性，如常规粉末冶金原料粒度为50-100μm，一旦将粉末原料的平均粒度控制为10μm左右，则MIM产品的致密程度可提升20%-30%。但是，对原料粉末的粒度进行控制会带来原料粉末成本的成倍增长，同时在目前的技术条件下，粉末粒度的减小程度也极为有限。

也有许多技术对制备工艺中所用到的模具进行了改进，如申请号为200510138082.7的名为《用于制造致密的粉末金属零件的方法和组合模》的中国专利，提供了一种包含有从打开位置到闭合位置相对于彼此可运动的上模和下模的模具，还包括至少一个与所述上模相联的上冲头以及至少一个与所述下模相联的下冲头，该方法利用上下模与上下冲头做相对移动来压实型腔中的粉末以获得致密产品。该方法步骤较为繁琐，对于粉末成型产品的致密程度改进也有限。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种制备致密成型件的粉末注射模具及应用该模具制备成型产品的方法，通过对模具的改进，并利用改进的模具进行一个注射成型循环周期内的两次合模，可在其他条件都不发生变化的情况下，对粉末材料的生胚产品进行二次压实，使粉末成型产品的致密度大幅提升。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

一种粉末注射成型模具，包括动模模仁和定模模仁，所述动模模仁上设置有内腔，所述定模模仁的外形与动模模仁的内腔相适配，其特征在于，动模模仁与定模模仁之间设有间隙，动模模仁内腔的内壁上设置有台阶，定模模仁的外壁上设置有与动模模仁内壁台阶相适配的台阶。

现有模具技术中，分体式模具一般由动模和定模组成，动模模仁和定模模仁是动模和定模上必要的组成部分，动模部分除动模模仁外还可包含动模前板、顶针、顶针板组件、动模底板等组件；定模部分除了定模模仁外，还可包含有定模模板、进料嘴等组件。本发明方案中的动模模仁和定模模仁可装载于任何现有技术中的模具中。

分体式模具中动模模仁上所设内腔与定模模仁的外形相适配是模具能够使用的必要条件。在本发明的方案中，动模模仁与定模模仁之间设有间隙，一方面是为了在压制粉末原料时让原料中的气体有通道可以排出，另一方面设置该间隙与顶针方向呈现一定的角度会让动模模仁与定模模仁在装载配合时更为顺畅，压制产品时，压力能够顺着间隙的方向更为均匀的施加于成型样品上，同时在初次合模及注射保压过程中能够为模腔中的原料提供更为充足的空间使粉末原料中的粘结剂熔化的更为均匀，进而使后续成型产品烧结得更加均匀。动模模仁和定模模仁在装载配合时会有一定的形位公差，合理设置二者之间的间隙大小还能适当避免模仁在加工过程中出现的少许偏差带来的对成型产品尺寸的影响。本发明的发明人通过大量实验得出，动模模仁与定模模仁之间所设间隙厚度为0.1-0.5mm为宜，该间隙与顶针方向所呈角度为1-15°为宜。

同时，动模模仁内腔的内壁上设置有台阶，定模模仁的外壁上设置有与动模模仁内壁台阶相适配的台阶，使动模模仁与定模模仁有效形成封闭的腔体。普通的模具中，动模模仁与定模模仁在装载配合时难免会产生一定的形差位错，设置台阶不仅能够有效避免该情况的产生而导致出现粉末原料外漏（即“跑料”）的情况，而且为后续第二次的密压合模步骤提供了继续压实粉末原料成型胚体的路径。动模模仁内腔的内壁上所设台阶可为一级或多级，对应的定模模仁外壁上预制相适配的台阶也可为一级或多级。如果对模具成型腔体的封闭性有更高的要求，则可按照需求将台阶设置为两级或多级，台阶形状也可按照具体需求进行调整。

动模模仁内腔的内壁上所设台阶长度为注射成型产品厚度的3-15%，即从理论上讲，通过二次密压合模步骤中的压实过程中可将产品致密度提升3-15%。然而从发明人的实践经验中得出，在普通合模机构的加工条件下，并非能够无限制的一直对粉末原料进行压实，一旦二次密压合模过程中所使用的压力过高，型腔中会出现较为严重的原料外漏（即“跑料”）的情况。本发明的发明人通过实验发现，根据粉末原料的粒度及与粘结剂的混合比例将动模模仁内腔内壁上上所设台阶长度定为注射成型产品厚度的3-15%为较优的设置。若原料粒度较大，且粘结剂对原料粉体的润湿性一般，则可调整上述台阶长度为8-15%；若原料粒度较小，粘结剂对分离润湿性好，则可调整上述台阶长度为5-10%；若原料和粘结剂本身的致密性就比较优异，则调整上述台阶长度为3-5%即可，针对不同的粉体和粘结剂的体系做出适当调整不仅可以最大化对粉末原料的利用率，而且在批量化生产过程中能够保证成型产品致密度提升的稳定性。本发明的发明人通过大量实验发现，对平均粒度为10μm-50μm范围内的原料粉体进行压制时，设置动模模仁内腔的内壁上台阶长度为注射成型产品厚度的10%，在最佳条件下可将注射成型的产品致密度提升近10%。

定模模仁外壁上所设与动模模仁内腔的内壁上相适配的台阶长度可与动模模仁内腔的内壁上台阶长度保持一致。进一步优选，定模模仁外壁上所设台阶长度可比动模模仁内腔的内壁上所设台阶长度短，以便更为有效的使动模模仁与定模模仁形成封闭腔体。

一种利用上述粉末注射成型模具制备成型产品的方法，包括如下步骤：

（1）初次合模：通过合模机构将动模模仁向定模模仁第一次移动，将动模与定模闭合，使动模模仁与定模模仁形成封闭腔体，动模与定模之间保持一段预留距离；

步骤（1）为第一次合模，目的是初步将粉末原料压实，使模腔温度和压力达到所需值，排出粉末原料中的气体，让产品初步成型。上述合模机构可选择为任何合适的市售注塑机或压力机，若需要加热，压力机可配套加热***使用。

（2）注射保压：通过注射进料机构，将粉末原料通过进料嘴注射至模具型腔内，待模具型腔内充满原料后保持进料压力。注射进料***可选择现有技术中的进料***，如注塑机螺杆进料***。保持进料压力可进一步促使排气，并有效使产品均匀。

（3）密压合模：步骤（2）完成后，通过合模机构将动模模仁向定模模仁第二次移动，直至动模与定模的分型面完全合起，即完全去除动模与定模之间预留距离，使型腔内产品进一步压实。

此步骤为模具的第二次压实操作，即在模腔已达到合适的温度和压力的前提条件下再一次压实产品。动模与定模之间的预留距离不大于定模模仁外壁上与动模模仁内腔的内壁上所设台阶相适配的台阶长度。对应的，动模与定模之间的预留距离为注射形成产品厚度的3-15%，进一步可优选为注射成型产品厚度的10%。这样的长度设置，既可保证步骤（1）中动模模仁与定模模仁腔体的封闭性，也可为步骤（3）中第二次合模压实的过程提供了动模可移动的路径，二次压实操作完成后可有效提升型腔内产品的致密度。

（4）开模取件：通过模具的冷却***冷却模具，移开进料机构，打开动模，通过模具中的顶针组件将产品顶出。模具的冷却***可使用行业内通用的冷水机。

本发明具有如下有益效果：

1、有效提升粉末冶金中脱脂烧结前成型产品的致密程度，最优可使产品致密度提升10%，从而有效提升烧结后成品的致密度。

2、不需要过分的依赖减小原料粉末粒度及控制粒度均匀性来提高产品的密度及致密性，由此可以降低产品的成本，提高竞争力。

附图说明

图1为本发明所述粉末注射成型模具制备成型产品的方法流程示意图。

图2为本发明所述粉末注射成型模具初次合模步骤示意图。

图3为本发明所述粉末注射成型模具密压合模步骤示意图。

图4为本发明所述粉末注射成型模具开模取件步骤示意图。

图中标号说明：

1-动模模仁2-顶针3-动模底板4-顶针板导向柱5-顶针板组件

6-动模前板7-定模模仁8-进料嘴9-定模模板10-推杆

11-产品12-动模模仁与定模模仁之间的间隙13-台阶（椭圆框标识处）14-分型面111-动模112-定模

A处距离为初次合模步骤中，动模与定模之间所保持的预留距离。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

本实施例中利用粉末冶金行业内常用的注塑机及配套***，选用的粉末原料粒度平均为10μm，将模具安装于注塑机台上。此部分为现有技术，即行业内常用技术，在此不多加赘述。

如附图所示，模具包括动模111和定模112。动模111包括动模模仁1、顶针2、动模底板3、顶针板导向柱4、顶针板组件5、动模前板6。定模112包括定模模仁7、进料嘴8、定模模板9。其中动模111与定模112通过推杆10相连接，并且动模111沿着推杆10运动。动模前板6固定支承动模模仁1，顶针板组件5固定顶针2，顶针板导向柱4顺次连接动模前板6、顶针板组件5和动模底板3。定模112中，定模模板9固定支承定模模仁7，在定模模仁7不与动模模仁1相接的另一侧设有与定模模仁7相匹配的进料嘴8。

上述模具组件为现有技术中的模具常见的实施方法，需要说明的是，本发明中的模具虽适用于本实施例中的方法，却不仅限于在本实施例中的模具上使用，例如，虽然本发明实施例中使用的模具为卧式结构，本发明中的模具和方法同样适用于立式结构的模具。

动模模仁1与定模模仁7之间设有间隙12，动模模仁1内腔内壁上设有台阶13，台阶长度为成型产品厚度的10%，定模模仁7的外壁上设置有与之相适配的台阶。定模模仁7外壁上的台阶比动模模仁1内墙内壁上的台阶略短。设定动模模仁1与定模模仁7之间的间隙12厚度为0.1mm，间隙12与顶针方向所呈角度为5°。

利用上述粉末注射成型模具制备成型产品的方法，步骤如下：

（1）初次合模

如图2所示，通过设备的合模机构将动模模仁1向定模模仁7第一次移动，使动模111与定模112闭合，形成封闭腔体，动模111与定模112之间保留一段预留距离（如图2中A处所示）该预留距离的长度为注射成型产品厚度的10%。将粉末原料压实，使模腔温度和压力达到所需值，排出粉末原料中的气体，让产品11初步成型。

（2）注射保压

通过设备的注射进料机构，将粉末原料通过进料嘴8注射至模具型腔内，待模具型腔内充满原料后保持进料压力。

（3）密压合模

步骤（2）完成后，设备的合模机构将动模模仁1向定模模仁7第二次移动，进一步挤压模具型腔内的产品，直至动模111与定模112的分型面14完全合起，即完全去除动模111与定模112之间的预留距离（如图2中A处所示），使型腔内产品进一步压实。

（4）开模取件

通过模具的冷却***冷却模具，移开进料机构，打开动模111，通过模具中的顶针组件将产品顶出。

由于有二次密压的过程，通过上述步骤得到压实后的成型产品比常规方法得到的产品更为密实，致密度提升近10%。通过这种方式得到的产品在烧结后，产品的致密性和力学性能能够得到大幅度的提升。

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 (6)

1.一种粉末注射成型模具，包括动模模仁和定模模仁，所述动模模仁上设置有内腔，所述定模模仁的外形与动模模仁的内腔相适配，其特征在于：动模模仁与定模模仁之间设有间隙，动模模仁内腔的内壁上设置有台阶，定模模仁的外壁上设置有与动模模仁内壁台阶相适配的台阶。

2.根据权利要求1所述粉末注射成型模具，其特征在于：动模模仁与定模模仁之间的间隙厚度为0.1-0.5mm。

3.根据权利要求1所述粉末注射成型模具，其特征在于：动模模仁与定模模仁之间的间隙与顶针方向呈1-15度角。

4.根据权利要求1所述粉末注射成型模具，其特征在于：动模模仁内腔的内壁上所设台阶长度为注射成型产品厚度的3-15%。

5.根据权利要求1所述粉末注射成型模具，其特征在于：动模模仁内腔的内壁上所设台阶可为一级或多级。

6.根据权利要求1所述粉末注射成型模具，其特征在于：定模模仁外壁上所设台阶长度比动模模仁内腔的内壁上所设台阶长度短。