金属粉末注射成型论文.doc

金属粉末注射成型 金属粉末注射成型的概念和原理 粉末冶金不仅是一种材料制造技术, 而且其本身包含着材料的加工和处理, 它以少无切削的特点越来越受到重视, 并逐步形成了自身的材料制备工艺理论和材料性能理论的完整体系。现代粉末冶金技术不仅保持和大大发展了其原有的传统特点(如少无切削、少无偏析、均匀细晶、低耗、节能、节材、金属－非金属及金属高分子复合等) , 而且已发展成为制取各种高性能结构材料、特种功能材料和极限条件下工作材料、各种形状复杂的异型件的有效途径。近年来, 粉末冶金技术最引人注目的进展, 莫过于粉末注射成型(MIM )迅速实现产业化, 并取得突破性进展。[1] 金属注射成型（Metal Injection Molding）,简称MIM，是传统的粉末冶金工艺与塑料成型工艺相结合的新工艺，是集塑料成型工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科交叉的产物,是粉末冶金和精密陶瓷成型加工领域中的新技术，利用模具可注射成型, 快速制造高密度、高精度、复杂形状的结构零件, 能够快速准确地将设计思想转变为为具有一定结构、功能特性的制品, 并可直接批量生产出零件,是制造技术行业一次新的变革[2]。 其注射机理为:通过注射机将金属粉末与粘接剂的混合物以一定的温度，速度和压力注人充满模腔，经冷却定型出模得到一定形状、尺寸的预制件，再脱出预制件中的粘接剂并进行烧结，可得到具有一定机械性能的制件 。其成型工艺工艺流程如下：金属粉末，有机粘接剂→混料→成型→脱脂→烧结→后处理→成品。 金属粉末注射成型的工艺流程[3] 2.1金属粉末的选择 首先根据产品的技术要求和使用条件选择粉末的种类，然后决定粉末颗粒尺寸。金属粉末注射成型所用的粉末颗粒尺寸一般在0.5～20μｍ；从理论上讲，粉末颗粒越细，比表面积也越大，颗粒之间的内聚力也越大，易于成型和烧结。而传统的粉末冶金工艺则采用大于40μｍ的较粗的粉末。 2.2有机粘接剂的选择 由于有机粘接剂的作用是粘接金属粉末颗粒，使混合料具有流变性和润滑性，因此粘接剂的选择是整个粉末注射成型的关键。对于粘接剂的要求： 用量少，即用较少的粘接剂能使混合料产生较好的流变性 不反应，在去处粘接剂的过程中与粉末不起任何化学反应 易去除，在制品内不残留过多的碳。通常有机粘接剂由热塑性树脂、增塑剂及润滑剂等组成。 2.3混料 就是把有机粘接剂均匀掺混在一起，使各种原料成为注射成型用混合料。混料是关键的工序，混合料的均匀程度直接影响其流动性，因而影响注射成型工艺参数乃至最终材料的密度及其他性能。粘接剂的体积占有量高达40％－70％，粉末颗粒必须被有机粘接剂均匀包覆，并均匀分散开，混料才具有良好的流变性，注射成型坯的密度在微观上均匀一致，从而使制品在烧结过程中均匀收缩。 2.4注射成型 在注射成型过程中，注射机料筒内的混合料被加热成具有流变性的增塑熔胶，在螺杆形成的压力下，产生高的剪切速率，其粘度随温度的升高而急剧下降，因此首先选择适当的模具温度及料筒温度以调节流动性。还要选择最佳的注射压力、保压时间、冷却时间等工艺参数。粉末注射成型所用模具的主浇道、分浇道、浇口比塑料模具的大，设计顶出系统应考虑到顶出面积。 2.5脱脂 成型坯在烧结前必须去除体内所含有的粘接剂，该过程称为脱脂。脱脂工艺必须保证粘接剂从坯块的不同部位沿着颗粒之间的微小通道逐渐地排出，而不损害成型坯的高强度。粘接剂的排除速率一般遵循一个扩散方程。如果粘接剂的排除速率过快，就会导致成型坯起泡、裂纹等缺陷。所以颗粒系统的粘接能必须大于粘接剂去除过程的破裂能。 2.6烧结 烧结能使多孔的脱脂坯成为具有一定组织和性能的制品。尽管制品的性能与烧结前的许多工艺因素有关，但在许多情况下，烧结工艺还是对最终制品的金相组织和性能有着很大、甚至决定性的影响。 三.工艺特点[4] 3.1自身特点 (1)零部件几何形状的自由度高、制件各部分密度均匀、尺寸精度高，适用于制造几何形状复杂、精密及具有特殊要求的小型零件（0.2g-200g）(2)合金化灵活性好，对于过硬、过脆、难以切削的材料或原料铸造时有偏析或污染的零件，可降低制造成本。 (3)产品质量稳定、性能可靠，制作的相对密度可达95%-98%，可进行渗碳、淬火、回火等处理。(4)加工零件的典型公差为±0.06mm/mm；批内公差可达±0.04mm/mm；二次加工可达±0.02mm/mm (5)制造工艺简单、生产效率高，易于实现大批量、规模化生产。 3.2与其他加工工艺的对比 MIM使用的原料粉末粒度直径为0.5～20μｍ，而传统粉末冶金的原料粉末粒度为50—100μｍ。MIM工艺的成品密度高，原因是使用微细粉末。MIM工艺具有传统粉末冶金工艺的优点，但是形状自由度是传统粉末冶金所不能达到。 传统的精密铸造工