粉末冶金工艺浅析

黄辉

【摘 要】：本文针对粉末冶金的加工工艺，从生产工序，生产设备，作业条件等几个方面做阐述。

【主题词】：混料，注射，脱脂，烧结

引言

金属粉末注射成型技术是塑料成型工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科渗透与交叉的产物。MIM技术适合大批量生产形状复杂、高精度、高性能要求的小型金属零部件。

1粉末冶金（MIM）定义及工艺流程图

1.1定义

MIM为金属粉末注射成型（MetalInjection Molded）的简称，是一种将传统粉末冶金与塑料注射成型工艺相结合的高新近净成形技术。

1.2加工流程图

混料注射脱脂烧结后处理

2分工序简介

2.1混料

把金属粉末与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。

（1）金属粉末

MIM工艺所用的金属粉末颗粒尺寸一般在0.5～20μm。从理论上讲，颗粒越细，比表面积也越大，越易于成型和烧结。而传统的粉末冶金工艺则采用大于40μm的较粗粉末。

（2）有机粘结剂

有机粘结剂的作用是粘结金属粉末颗粒，使混合料在注射机料筒中加热后具有流变性和润滑性，即粘结剂是带动粉末流动的载体。

2.2注射成型

在注射成型过程中，混合料在注射机料桶内被加热成具有流变性的塑性物料，并在适当的注射压力下注入模具中，成型成毛坯。

2.2.1注射机组成系统

注射机是注射成型的主要设备，主要由注射系统，合模系统，液压系统，电气系统  4大系统组成，另外还包括加热冷却系统，润滑系统、安全及监测系统

合模系统主要包括锁模装置，调模装置及其制品顶出装置等。

锁模系统的主要作用有：

（1）保证模具能快速、准确、安全地实现闭合、开启及制品顶出;

（2）模具闭合能提供足够的锁模力，抵抗注射熔体产生的模腔压力，防止模具涨开

注射系统主要包括预塑装置及注射装置。其主要作用：

（1）均匀加热，并在规定时间内将一定数量的熔融塑料塑化;

（2）在一定的压力和速度下，将定量的熔体注射到模具型腔内;

（3）在注射结束后，对模腔内的熔体进行保压

注塑机的液压控制系统主要由各种液压元件、回路、液压辅助元件组成。其主要作用有：保证注塑机能够按照预定的工艺条件及动作程序.

电气控制系统主要由各种电气和电子元件、仪表、加热器、传感器等组成。

加热冷却系统主要用于料筒及喷嘴的加热，冷却系统主要用于模具、液压油、料筒的加料段的冷却;

润滑系统是为了注射机有相对运动的部位，提供润滑条件的回路;

注射机的安全保护装置，主要由安全门、行程阀、机械保护杆等组成。主要作用是保护操作工人的人身安全及设备的运行运行安全;

2.2.2注射机参数介绍

注塑工艺参数包括：

温度：包括烘料温度，料筒温度，模具温度以及机台油温

压力：包括锁模压力，开模压力，注射压力，保压压力，座进座退压力，顶进顶退压力，倒索压力，背压

速度：包括锁模速度，开模速度，注射速度，保压速度，座进座退速度，顶进顶退速度，倒索速度

时间：注射时间，保压时间，烤料时间，成型周期

位置：注射相关位置，开模相关位置，合模的相关位置，倒索位置

1.温度

油温产生的热能，它是由冷却水来控制，在开机时要确认油温在45℃左右，若油温过高或过低均会影响壓力的传递。

料筒温度是指料筒表面的加热温度。

喷嘴温度是具有加速熔体流动、调整熔体温度及物料均化的作用。喷嘴温度一般要低于料筒的最高温度，一方面是防止溢流，另一方面，是塑料发生分解，影响制品质量。

模具温度是指与制品、浇口、流道接触的模腔的表面温度。模具温度通常是靠调整模温机的温来控制的。模温机是辅助设备，它不是注塑机的一部分，具有独立的升降温系统和使媒体循环 的装置。

热流道温度它分为保温型和加热型。能降低塑料的原材料消耗 和成型中的能耗，缩短了成型周期。

2.速度

开合模的速度设定，开合模的设定一般是按慢—快—慢的原理，这样设定主要考虑机器、模具、周期去考虑。

顶出设定：可根据产品的结构来设定，结构复杂的最好用慢速顶出一些再用快速脱模，缩短周期。

射速：根据产品的大小，结构去设定，若结构复杂较为壁薄的可快速，若结构简单壁厚的可用慢速，还要根据材料的性能，由慢到快设定。

3.压力

注射溶体是通过射出压力从喷嘴流入模具主浇口经过分流道浇口而进入模腔。

当高温溶体充满模腔后就进入保压补缩阶段，一直持续到浇口封冻为止。以补偿溶体由于温度下降而引起的体积收缩。

溶胶背压是控制料管内溶体密度的一个辅助压力。调整背压能有效地排料管内计量段内原料的气体，能使有颜色的原料颜色混合均匀，还能直接影响到制品的收缩，尺寸精度等。

锁模力是指注塑机合模机构对模具所能施加的最大夹紧力，也叫合模力。注塑机在注射时，熔料经料管，喷嘴、浇口后进入模腔，其注射压力一部分损失在喷嘴和浇 口，其余的为模腔内熔体压力，通常称模腔压力。

4.时间

是指螺杆向前推进，熔料向模腔填充这一动作过程的时间。根据制品的大小、厚薄和直接观察制品的外观来判断设定射胶时间的长短。注塑机射胶时间设置装置，不管是多段还是一段射出，只能设置一个时间。

充模后要继续推进融体补缩，维持补缩流动阶段，一直持续到浇口封冻为止，以便获取致密制品。注塑机保压时间，是每一段必需设置一个时间。

是指从浇口凝固开始至脱模的冷却阶段，可使模内刚好成型的制品具有一定钢性和强度，防止脱模时顶出变形，这时融体无法再进入模腔内，制品的重量无法再改变。冷却时间与熔胶（蓄料）大多是同步进行，一般是要长于是熔胶时间。

5.位置

可根据开合模速度对应来设定，关键要把低压保护的起始位置时定好，即低压的开始位置应是最可能保护模具，又不影响周期的点，终止位置应为在慢速合模时模具前后模所接触的位置。

此位置能满足产品完全脱模即可，首先由小到大递增来设定，注意装模时一定要把回退位置设为“0”，否则易损坏模具。

根据产品大小和螺杆大小算出其料量，再设定出相应的位置。

2.3脱脂（萃取）、

成型毛坯在烧结前必须去除毛坯内所含有的有机粘结剂，该过程称为脱脂或萃取。脱脂工艺必须保证粘结剂从毛坯的不同部位沿着颗粒之间的微小通道逐渐的排出，而不降低毛坯的强度。

2.4烧结

能使多孔的脱脂毛坯收缩至密化成为具有一定组织和性能的制品。烧结过程分为四个阶段：1，脱除成形剂及预烧阶段;2，固相烧结阶段;3，液相烧结阶段;4，冷却阶段。

2.5后处理 （钝化）

钝化的步骤如下

除油 过水 活化 过水 钝化 过水 中和 过水 纯水 烘干

1.加工前必须除油除锈

2.过水是为了把除油剂清洗干净，普通的自来水（自来水1～3分钟）

3.活化夜KM0206（3分钟），凡有经过焊接、轧制或热处理等机加工艺的零件钝化前应进行酸洗主要把氧化皮除净漏出金屬机体（200系列，303除外）

4.过水洗净工件表面的活化夜

5.钝化液是不锈钢钝化液ID3000，原液常温浸泡30分钟以上，建议60分钟，严禁缩短时间。时间越长，防锈效果越好。

6.过水是把残留在工件表面的钝化液冲洗干净（流动自来水1～3分钟）

7.由于钝化液为酸性用水很难彻底清洗干净，我们用5%的片碱（碳酸钠或氢氧化钠）来中和（5分钟）

8.过水是把残留在工件表面的中和液清洗干净（流动自来水1～3分钟）

9.由于普通自来水里面含有杂质，用纯净水可以去除杂质和水痕（1～3分钟）

10.用低于180°的烤箱烘干或晾干（时间看工件大小与结果）

参考文献：

[1] 韩凤麟 <粉末冶金技术手册（精）> 2009

[2] 黄培云 <粉末冶金原理> 1997