CN103846445A - 一种高长径比、高精度薄壁零件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种利用粉末注射成形技术制备高长径比、高精度薄壁零件的制备方法。与现有技术相比，采用粉末注射成形技术生产的薄壁零件，具有一次成形复杂形状制品、产品尺寸精度高、无需机械加工或只需微量加工、易于实现生产自动化和产品性能优异的特点，加工效率高，加工成本也大大降低，能很好的满足客户的需求。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械制备领域，涉及一种薄壁零件的制备方法，尤其是涉及一种高长径比、高精度薄壁零件。
背景技术
胃镜活检钳上用的拉杆是一种高长径比、高精度的薄壁零件，是连接取样钳头和手柄的一个微小的薄壁零件，该零件长径比大（约8：1），壁薄（薄壁处只有0.15mm），尺寸精度高等特点。传统的方法制备这样或者类似这样的高长径比、高精度薄壁零件是采用机械加工的方法制造，但由于工序繁多，加工效率低，成品率低，加工的成本高，因而急需寻求一种新的加工方法替代。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的不足，采用粉末注射成形（Powder Injection Molding,简称PIM）技术来制备薄壁零件，尤其是制备高长径比，高精度的薄壁零件。采用该技术具有一次成形复杂形状制品、产品尺寸精度高、无需机械加工或只需微量加工、易于实现生产自动化且生产出来的最终产品性能优异的特点。采用粉末注射成形生产的拉杆，能很好的满足客户的需求，加工效率高，加工成本也大大降低。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于粉末注射成形原理，通过控制各个工序达到顺利成形，控制变形的目的，从而生产出符合需要的高质量的薄壁零件，具体的制备步骤如下：
1）制备粘结剂：根据产品长径比较大，壁厚薄的特点，优化选用了流动性好且强度高的粘结剂。它由石蜡、高密度聚乙烯，以及乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、表面活性剂组成，其中各组份的重量百分比为：石蜡65－74％，高密度聚乙烯4－12％，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物15－25％，表面活性剂1－3％；首先将4－12％高密度聚乙烯，15－25％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物加入密炼机，升温至180－190℃，混炼20－30分钟；降低混炼温度到160－170℃，再将65－74％石蜡、1－3％表面活性剂加入密炼机，混炼20－30分钟，制得粘结剂。其优选配方（重量百分比）是：石蜡74％、高密度聚乙烯5％、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20％、表面活性剂1％。其中所述的表面活性剂为硬脂酸锌、油酸、吐温、硬脂酸中的任一种。
2）制备喂料：首先将重量比7－9％的粘结剂和91-93%的不锈钢粉末加入三维旋转器中干混，基于产品需要较高的综合机械性能及耐腐蚀性能，优选17-4PH不锈钢材料进行加工。干混后得到均匀的粉末和粘结剂的混合物；然后将上述均匀的混合物加入密炼机，升温至180－190℃，混炼20－30分钟；降低混炼温度到160－170℃，混炼20－30分钟，制得喂料。
3）注射成形：
将前述制备好的喂料加入锁模力为90吨的注射机进行注射，对产品注射参数进行调整，其适宜的参数范围如下：注射温度：155±5℃，注射压力：50~90bar，注射速度50~85%，注射时间0.6~2.0s，冷却时间8~12s，动模温度30~40℃，定模温度6~15℃。其优选参数是注射温度：155℃，注射压力：75bar，注射速度：60%，注射时间：1.0秒，冷却时间：10秒，动模温度：35℃，定模温度：8℃。
4）脱脂：脱脂首先采用溶剂脱脂，然后进行热脱脂的两步脱脂法；
溶剂脱脂：先将95%的乙醇加入溶剂脱脂槽进行加热至40~70℃，然后将注射好的坯件泡在溶剂中1~4小时进行脱脂，后将坯件取出置于干燥箱中干燥30分钟；
热脱脂：将溶剂脱脂好的坯件置于真空脱脂炉中进行热脱脂，热脱脂采用分段升温程序，保证溶剂脱脂后的残余粘结剂能顺利彻底的脱除，分别采用在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和高密度聚乙烯的快速分解温度350℃和550℃设置保温平台，然后在850℃以上进行预烧结。
5）烧结：
烧结采用真空烧结炉进行烧结，为了达到材料达到最佳的机械性能，控制烧结温度在1310~1370℃,最佳烧结温度为1330℃，为了避免不锈钢材料中铜及铬的挥发，控制烧结真空度在100-300Pa，最佳真空度在200Pa，控制烧结时间在60-150分钟，最佳烧结时间为120分钟。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1：
1）制备粘结剂：所述粘结剂各组份的重量百分比为：石蜡65%，高密度聚乙烯12％，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20％，表面活性剂采用吐温3％。首先将12％高密度聚乙烯，20％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物加入密炼机，升温至180℃，混炼20分钟；降低混炼温度到160℃，再将65％石蜡、3％的吐温加入密炼机，混炼20分钟，制得粘结剂。
2）制备喂料：首先将重量比7%的粘结剂和93%的17-4PH不锈钢粉末加入三维旋转器中干混。干混后得到均匀的粉末和粘结剂的混合物；然后将上述均匀的混合物加入密炼机，升温至180℃，混炼20分钟；降低混炼温度到160℃，混炼20分钟，制得喂料。
3）注射成形：将前述制备好的喂料加入锁模力为90吨的注射机进行注射，根据产品的特征，对产品注射参数进行调整，其适宜的参数范围如下：注射温度150℃，注射压力：50bar，注射速度：50毫米/秒，注射时间：0.6秒，冷却时间：8秒，动模温度：30℃，定模温度：6℃。
4）脱脂：脱脂首先采用溶剂脱脂，然后进行热脱脂的两步脱脂法；
溶剂脱脂：先将95%的乙醇加入溶剂脱脂槽进行加热至40℃，然后将注射好的坯件泡在溶剂中4小时进行脱脂，后将坯件取出置于干燥箱中干燥30分钟；
热脱脂：将溶剂脱脂好的坯件置于真空脱脂炉中进行热脱脂，热脱脂采用分段升温程序，保证溶剂脱脂后的残余粘结剂能顺利彻底的脱除，分别采用在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和高密度聚乙烯的快速分解温度350℃和550℃设置保温平台，然后在850℃以上进行预烧结。
５）烧结：采用真空烧结炉进行烧结，控制烧结温度在1310℃，控制烧结真空度在100Pa，烧结60分钟后，得到最终的产品。
实施例2：
1）制备粘结剂：所述粘结剂各组份的重量百分比为：石蜡74％，高密度聚乙烯10％，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物15％，表面活性剂采用硬脂酸锌1％；首先将10％高密度聚乙烯，15％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物加入密炼机，升温至180－190℃，混炼30分钟；降低混炼温度到170℃，再将74％石蜡、1％硬脂酸锌加入密炼机，混炼30分钟，制得粘结剂。
2）制备喂料：首先将重量百分比9％的粘结剂和91%的不锈钢粉末加入三维旋转器，干混后得到均匀的粉末和粘结剂的混合物；然后将上述均匀的混合物加入密炼机，升温至190℃，混炼30分钟；降低混炼温度到170℃，混炼30分钟，制得喂料。
3）注射成形：将前述制备好的喂料加入锁模力为90吨的注射机进行注射，根据产品的特征，对产品注射参数进行调整，其适宜的参数范围如下：注射温度160℃，注射压力：90bar，注射速度：70毫米/秒，注射时间：2.0秒，冷却时间：12秒，动模温度：40℃，定模温度：15℃。
4）脱脂：脱脂首先采用溶剂脱脂，然后进行热脱脂的两步脱脂法；
溶剂脱脂：先将95%的乙醇加入溶剂脱脂槽进行加热至70℃，然后将注射好的坯件泡在溶剂中1小时进行脱脂，后将坯件取出置于干燥箱中干燥30分钟；
热脱脂：将溶剂脱脂好的坯件置于真空脱脂炉中进行热脱脂，热脱脂采用分段升温程序，保证溶剂脱脂后的残余粘结剂能顺利彻底的脱除，分别采用在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和高密度聚乙烯的快速分解温度350℃和550℃设置保温平台，然后在850℃以上进行预烧结。
５）烧结：采用真空烧结炉进行烧结，控制烧结温度在1370℃，控制烧结真空度在300Pa，控制烧结时间在150分钟得到最终的产品。
实施例3：
１）制备粘结剂：所述的粘结剂的各组份重量百分比为：石蜡74％，高密度聚乙烯5％，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20％，表面活性剂采用油酸1％；首先将5％高密度聚乙烯，20％乙烯-醋酸乙烯酯共 聚物加入密炼机，升温至180－190℃，混炼25分钟；降低混炼温度到165℃，再将74％石蜡、1％油酸加入密炼机，混炼25分钟，制得粘结剂。
2）制备喂料：首先将重量百分比8％的粘结剂和92%的不锈钢粉末加入三维旋转器，干混后得到均匀的粉末和粘结剂的混合物；然后将上述均匀的混合物加入密炼机，升温至185℃，混炼25分钟；降低混炼温度到165℃，混炼25分钟，制得喂料。
３）注射成形：将前述制备好的喂料加入锁模力为90吨的注射机进行注射，根据产品的特征，对产品注射参数进行调整，其适宜的参数范围如下：注射温度155℃，注射压力：75bar，注射速度：60毫米/秒，注射时间：1.0秒，冷却时间：10秒，动模温度：35℃，定模温度：8℃。
4）脱脂：脱脂首先采用溶剂脱脂，然后进行热脱脂的两步脱脂法；
溶剂脱脂：先将95%的乙醇加入溶剂脱脂槽进行加热至60℃，然后将注射好的坯件泡在溶剂中2小时进行脱脂，后将坯件取出置于干燥箱中干燥30分钟；
热脱脂：将溶剂脱脂好的坯件置于真空脱脂炉中进行热脱脂，热脱脂采用分段升温程序，保证溶剂脱脂后的残余粘结剂能顺利彻底的脱除，分别采用在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和高密度聚乙烯的快速分解温度350℃和550℃设置保温平台，然后在850℃以上进行预烧结。
５）烧结：采用真空烧结炉进行烧结，控制烧结温度在1330℃，控制烧结真空度在200Pa，控制烧结时间在120分钟得到最终产品。
实施例4：
1）制备粘结剂：所述粘结剂各组份的重量百分比为：石蜡69％，高密度聚乙烯4％，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物25％，表面活性剂采用硬脂酸2％；首先将4％高密度聚乙烯，25％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物加入密炼机，升温至185℃，混炼25分钟；降低混炼温度到165℃，再将69％石蜡、2％硬脂酸加入密炼机，混炼25分钟，制得粘结剂。
2）制备喂料：首先将重量百分比8％的粘结剂和92%的不锈钢粉末加入三维旋转器，干混后得到均匀的粉末和粘结剂的混合物；然后将上述均匀的混合物加入密炼机，升温至185℃，混炼25分钟；降低混炼温度到165℃，混炼25分钟，制得喂料。
3）注射成形：将前述制备好的喂料加入锁模力为90吨的注射机进行注射，根据产品的特征，对产品注射参数进行调整，其适宜的参数范围如下：注射温度156℃，注射压力：70bar，注射速度：55毫米/秒，注射时间：1.2秒，冷却时间：11秒，动模温度：33℃，定模温度：12℃。
4）脱脂：脱脂首先采用溶剂脱脂，然后进行热脱脂的两步脱脂法；
溶剂脱脂：先将95%的乙醇加入溶剂脱脂槽进行加热至55℃，然后将注射好的坯件泡在溶剂中1~4小时进行脱脂，后将坯件取出置于干燥箱中干燥30分钟；
热脱脂：将溶剂脱脂好的坯件置于真空脱脂炉中进行热脱脂，热脱脂采用分段升温程序，保证溶剂脱脂后的残余粘结剂能顺利彻底的脱除，分别采用在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和高密度聚乙烯的快速分解温度350℃和550℃设置保温平台，然后在850℃以上进行预烧结。
５）烧结：采用真空烧结炉进行烧结，控制烧结温度在1330℃，控制烧结真空度在100Pa，控制烧结时间在80分钟得到最终产品。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的几种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种高长径比、高精度薄壁零件的制备方法的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）制备粘结剂：所述粘结剂由石蜡、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、表面活性剂组成，其中各组份的重量百分比为：石蜡65－74％，高密度聚乙烯4－12％，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物15－25％，表面活性剂1－3％；首先将4－12％高密度聚乙烯，15－25％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物加入密炼机，升温至180－190℃，混炼20－30分钟；降低混炼温度到160－170℃，再将65－74％石蜡、1－3％表面活性剂加入密炼机，混炼20－30分钟，制得粘结剂。
2）制备喂料：首先将重量百分比7－9％的粘结剂和91-93%的不锈钢粉末加入三维旋转器，干混后得到均匀的粉末和粘结剂的混合物；然后将上述均匀的混合物加入密炼机，升温至180－190℃，混炼20－30分钟；降低混炼温度到160－170℃，混炼20－30分钟，制得喂料。
3）注射成形：将前述制备好的喂料加入锁模力为90吨的注射机进行注射，根据产品的特征，对产品注射参数进行调整，其适宜的参数范围如下：注射温度155±5℃，注射压力：50~90bar，注射速度：50~70毫米/秒，注射时间：0.6~2.0秒，冷却时间：8~12秒，动模温度：30~40℃，定模温度：6~15℃。
4）脱脂：脱脂首先采用溶剂脱脂，然后进行热脱脂的两步脱脂法；
溶剂脱脂：先将95%的乙醇加入溶剂脱脂槽进行加热至40~70℃，然后将注射好的坯件泡在溶剂中1~4小时进行脱脂，后将坯件取出置于干燥箱中干燥30分钟；
热脱脂：将溶剂脱脂好的坯件置于真空脱脂炉中进行热脱脂，热脱脂采用分段升温程序，保证溶剂脱脂后的残余粘结剂能顺利彻底的脱除，分别采用在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和高密度聚乙烯的快速分解温度350℃和550℃设置保温平台，然后在850℃以上进行预烧结。
５）烧结：采用真空烧结炉进行烧结，控制烧结温度在1310~1370℃，控制烧结真空度在100-300Pa，控制烧结时间在60-150分钟。
2.根据权利要求１所述的一种高长径比、高精度薄壁零件的制备方法的制备方法，其特征在于：步骤１）所述的粘结剂的各组份体积百分比为：石蜡74％，高密度聚乙烯5％，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20％，表面活性剂1％。
3.根据权利要求１所述的一种高长径比、高精度薄壁零件的制备方法的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为硬脂酸锌、油酸、吐温、硬脂酸中的任一种。
4.根据权利要求１所述的一种高长径比、高精度薄壁零件的制备方法的制备方法，其特征在于：步骤2）所述的不锈钢粉为17-4PH不锈钢粉。
5.根据权利要求１所述的一种高长径比、高精度薄壁零件的制备方法的制备方法，其特征在于：步骤３）所述的注射温度为155℃，注射压力为75bar，注射速度为60毫米/秒，注射时间为1.0秒,冷却时间为10秒，动模温度为35℃，定模温度为8℃。
6.根据权利要求１所述的一种高长径比、高精度薄壁零件的制备方法的制备方法，其特征在于：所述脱脂温度为60℃，所述脱脂时间为2小时。
7.根据权利要求１所述的一种高长径比、高精度薄壁零件的制备方法的制备方法，其特征在于：步骤5）所述的最佳烧结温度为1330℃，真空度为200Pa，烧结时间为120分钟。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140611 |