粉末注射成型(PIM)联合了注射成型的工艺上风和金属、陶瓷的出众物理性能,正在敏捷成为一种陶瓷和粉末金属的新型生产技巧,用于需要高产量、高性能、低本钱和复杂外形的场合。
粉末注射工艺中,按配方断定的金属或陶瓷粉末与聚合物粘结剂混杂,注射到模具里,形成所需外形(生坯)。与传统注射成型和高压模铸类似。成型后,粘结剂被脱除,得到的成坯经过烧结,使粉末颗粒之间产生冶金联合,赋予终极制品所需的机械和物理性能。
各种粉末注射成型工艺得到的零件
混料
常用粉末有不锈钢、氧化铝、铁、硅酸盐、氧化锆和氮化硅。粘结剂通常以热塑性树脂为基础,如蜡或聚乙烯,但纤维素、冻胶、硅烷、水和各种无机基质也经常应用。粘结剂通常包含两、三种组分:热塑性树脂,用于润滑、粘度把持、增加浸润和脱出的添加剂。
成型
与传统聚合物注射成型基础类似,但成型尺寸要超过设计尺寸,以补偿烧结压缩。成型时,粒料加热到150到200℃,注进模具中,根据制品尺寸和实际配方不同,注射压力在35到140MPa之间,注射周期为30到60秒。模具既可以加热以把持混杂物粘度,也可以保持为室温以利于冷却。成型结束阶段,成型的生坯有石墨状较高的坚实度,适于通过顶出杆或脱模环从模具中主动顶出。
除粘结剂
请求在最短的时间内将粘结剂脱除,且对压块的影响最小。该步工艺是粉末注射工艺中最关键的一步。脱除方法有三种:热脱除、催化型粘结剂脱除剂、或溶剂抽提。脱除工艺中,有大约30到98%的粘结剂被除往,这一过程需时较长。脱除后,所得压块称为“成坯”。
烧结
工艺的最后一个步骤是烧结,经过该热处理过程使颗粒联合成为实体。烧结过程中,成型制品内的颗粒间隙打消,导致明显压缩(通常在10到20%数目级)。同时,成品密度可达到大约97%,这时其机械性能与用其他方法生产的制品相比,即使有差别,也非常小。
工艺长处
◆和传统金属和陶瓷加工方法相比,下降生产本钱20到40%
◆是一种尺寸公差把持良好,基础不需要二次加工的干净成型工艺
◆能生产复杂外形和几何特点的制品
◆通过应用注射成型和主动化生产技巧获得高生产效率
◆制品机械性能与铸造材料几乎相当
工艺毛病
◆制品尺寸和厚度受到限制
制品越大,昂贵的原材料在总本钱中所占比例越大。截面越厚,粘结剂脱除所需时间越长,使工艺本钱变高。目前壁厚的限制大约是30mm。
◆体积压缩和厚度均匀性难于把持
“生坯”中含有大批体积分数的粘结剂(多达50%),导致烧结过程中压缩明显。把持压缩过程是对烧结工艺的重要请求。壁厚的变更会造成烧结中压缩不均匀,增加了尺寸把持的难度。均匀的壁厚对于避免变形、内应力、空洞、裂纹和凹痕是至关重要的。
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