CN105414549A - 一种带有倒扣结构产品的金属粉末注射成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及粉末注射成形技术领域，具体公开了一种带有倒扣结构产品的金属粉末注射成形方法。所述方法包含混炼造粒、注射成形、脱脂、烧结和后处理步骤，在注射成形步骤中首先将由塑料制成的倒扣结构仿形支架放到产品模具中，然后将经混炼造粒后得到的喂料注射到产品模具中进行模内注塑得到带有倒扣结构仿形支架的产品生坯；再通过脱脂步骤脱除产品生坯中倒扣结构仿形支架；最后经烧结和后处理步骤得到带有倒扣结构产品。该方法与现有方法相比，工序简单，节约了生产时间，提高了加工效率，同时杜绝了生产材料的大量浪费，大大的减少了制造成本。并且进一步扩大了粉末注射成型的复杂性，可以实现内部复杂的腔体结构。
Description
技术领域
本发明涉及粉末注射成形技术领域，具体涉及一种带有倒扣结构产品的金属粉末注射成形方法。
背景技术
金属粉末注射成形是使用金属粉末与非金属粉末的混合粉末作为原料，经过注塑成形和脱脂烧结过程制取金属材料制品的工业技术。金属粉末注射成形技术已被广泛地应用于国民经济的各个领域。它是一种“绿色”的制造技术，能够按照产品的最终形状一次成形或近似成形，从而避免了原材料的浪费。它的“绿色”还体现在制备一些难熔金属或合金的时候能够在较低的温度烧结成形，节省了能源的消耗。在制备形状复杂的制品时，粉末冶金技术尤其有优势，成本远较机械加工等传统加工方法低，而制品仍然能保持良好的力学性能，所以越来越受到更多领域的青睐。
然而，在金属粉末注塑成形领域，有些产品具有一些特殊的结构（如带有倒扣结构产品），这些结构不利于注塑过程中模具脱模，即使采用行位或斜顶也无法实现顺利脱模。对于这种结构，目前普遍采用的方法是将这些特殊的结构先改成利于脱模的结构，在后续机加工（减料法）将其加工成所需要的结构及尺寸。虽然后续采用机加工的方法也可以得到最终的形状，但是机加工费用较高，这势必提高制造成本。而且对于某些价格昂贵的金属，采用机加工的方法也会大大的提高制造成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，为了克服现有技术在制备带有倒扣结构产品生产成本高的技术问题，提供一种带有倒扣结构产品的金属粉末注射成形方法。
本发明所要解决的上述技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种带有倒扣结构产品的金属粉末注射成形方法，混炼造粒、注射成形、脱脂、烧结和后处理步骤，在注射成形步骤中首先将由塑料制成的倒扣结构仿形支架放到产品模具中，然后将经混炼造粒后得到的喂料注射到产品模具中进行模内注塑得到带有倒扣结构仿形支架的产品生坯；再通过脱脂步骤脱除产品生坯中倒扣结构仿形支架；最后经烧结和后处理步骤得到带有倒扣结构产品。
制备带有倒扣结构产品一直是本领域的一个技术难题。现有的金属粉末注塑成形技术虽然适合制备具有特殊结构的产品，但是，由于带有倒扣结构产品需要制备倒扣结构，而目前的技术在注塑过程中无法使模具顺利脱模。本领域技术人员一直不断的在改进工艺，都无法实现模具顺利脱模，使得产品不能一次成形，制备过程中存在加工定位较难，时间较长，材料浪费比较严重等问题，导致生产成本高一直很高，且一直无法得到解决。基于上述问题，本发明发明人通过不断的研究发现，通过在注射成形步骤中引入塑料制成的倒扣结构仿形支架，该塑料倒扣结构仿形支架在脱脂阶段可以同粘结剂一起通过脱脂步骤除去，从而使得带有倒扣结构产品能够顺利脱模。该方法与现有方法相比，工序简单，生产过程中简化了模具结构，节约了生产时间，提高了加工效率，同时，杜绝了生产材料的大量浪费，大大的减少了制造成本，并且生产出来的带有倒扣结构产品的精度进一步提高。
优选地，所述的金属粉末注射成形方法，具体包含如下步骤：
S1.混炼造粒：将金属、陶瓷或预合金粉末和添加剂粉末混合后加热，然后加入粘结剂混炼均匀，再通过造粒机造成粒状喂料；
S2.注射成形：首先将由塑料制成的倒扣结构仿形支架放到产品模具中，然后将经混炼造粒后得到的喂料注射到产品模具中进行模内注塑得到带有倒扣结构仿形支架的产品生坯；
S3.脱脂：脱除产品生坯中倒扣结构仿形支架以及粘结剂，得带有倒扣结构产品的多孔生坯；
S4.烧结：将带有倒扣结构产品的多孔生坯进行烧结，得带有倒扣结构产品；
S5.后处理：通过后处理，获得最终带有倒扣结构产品。
优选地，步骤S1.所述的喂料中粘结剂的体积百分比为30%~50%；
当喂料选自塑基喂料时，粘结剂中含质量分数为60%~90%的聚甲醛（POM），其余为聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、石蜡（PW）、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)和硬脂酸（SA）中的一种或几种的混合；
当喂料选自蜡基喂料时，粘结剂中各组员元含质量分数为45%~60%的石蜡（PW），其余的为聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)和硬脂酸（SA）中的一种或几种的混合。
最优选地，当喂料选自塑基喂料时，粘结剂质量百分比组成为，85%聚甲醛（POM）、6%聚乙烯（PE）、6%石蜡（PW）、3%硬脂酸（SA）；
当喂料选自蜡基喂料时，粘结剂质量百分比组成为，50%石蜡（PW）、47%
聚乙烯（PE）、3%硬脂酸（SA）。
优选地，当喂料选自塑基喂料时，所述倒扣结构仿形支架的原料组成为：含质量分数为80%~100%的聚甲醛（POM）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、石蜡（PW）、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)和硬脂酸（SA）中的一种或几种的混合。
最优选地，当喂料选自塑基喂料时，所述倒扣结构仿形支架的原料组成为
100%的聚甲醛（POM）。
优选地，当喂料选自塑基喂料时，所述的脱脂方法为：在110℃~130℃的温度下通入酸溶液脱脂，通酸量为4~4.5ml/min，脱脂时间为2.3~3h。优选地，所述的酸溶液为硝酸溶液。更优选地，所述的酸溶液为体积分数为98%硝酸溶液。
优选地，当喂料选自蜡基喂料时，所述倒扣结构仿形支架的原料组成为：含80%~100%的聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）或/和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
更优选地，当喂料选自蜡基喂料时，所述倒扣结构仿形支架的原料组成为100%的聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。
优选地，当喂料选自蜡基喂料时，所述的脱脂方法为：先在40~60℃的溶剂中脱脂15~24h；然后转入烧结炉中进行热脱脂，所述的热脱脂的条件为：2~4℃/min升温到350~420℃，保温20~60min，然后以4~8℃/min升到500~600℃，保温20~60min。优选地，所述的溶剂为正己烷。
以上所述的倒扣结构仿形支架根据需要使用常规的方法制备得到。倒扣结构仿形支架在上述原料组成下并在上述相应的脱脂方法下，能够在脱脂阶段可以同粘结剂一起通过脱脂步骤全部除去，成功且高效解决了金属粉末注塑成形技术无法实现倒扣结构或倒扣很难成形的问题。
有益效果：（1）本发明提供了一种全新的制备带有倒扣结构产品，成功解决了金属粉末注塑成形技术无法实现倒扣结构或倒扣很难成形的问题；并且进一步扩大了粉末注射成型的复杂性，可以实现内部复杂的腔体结构。（2）该方法与现有方法相比，工序简单，生产过程中简化了模具结构，节约了生产时间，提高了加工效率，同时，杜绝了生产材料的大量浪费，大大的减少了制造成本，并且生产出来的带有倒扣结构产品的精度进一步提高。
附图说明
图1为实施中所述的带有倒扣结构产品图。
图2为实施例中所述的倒扣结构仿形支架图。
图3为本发明所述的带有倒扣结构产品的金属粉末注射成形方法工艺流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
实施例1
S1.混炼造粒：将金属、陶瓷或预合金粉末和添加剂粉末混合后加热，然后加入粘结剂（粘结剂的质量组成为85%POM、6%PE、6%PW、3%SA）混炼均匀，再通过造粒机造成粒状喂料（喂料中粘结剂的体积占比为45%）；
S2.注射成形：将聚甲醛塑料（POM）注射成倒扣结构仿形支架（如图2所示），然后放到产品模具中，将经混炼造粒后得到的喂料注射到产品模具中进行模内注塑得到带有倒扣结构仿形支架的产品生坯；
S3.脱脂：在120℃的温度下通入体积分数为98%硝酸溶液进行脱脂，通酸量为4.5ml/min，脱脂时间为2.5h，脱除产品生坯中倒扣结构仿形支架以及粘结剂，得带有倒扣结构产品的多孔生坯；
S4.烧结：将带有倒扣结构产品的多孔生坯进行烧结，得带有倒扣结构产品；
S5.后处理：通过后处理，获得最终带有倒扣结构产品（如图1所示）。
实施例2
S1.混炼造粒：将金属、陶瓷或预合金粉末和添加剂粉末混合后加热，然后加入粘结剂（粘结剂的质量组成为85%POM、6%PE、6%PW、3%SA）混炼均匀，再通过造粒机造成粒状喂料（喂料中粘结剂的体积占比为45%）；
S2.注射成形：将95%POM、5%PE组成的塑料原料注射成倒扣结构仿形支架（如图2所示），然后放到产品模具中，将经混炼造粒后得到的喂料注射到产品模具中进行模内注塑得到带有倒扣结构仿形支架的产品生坯；
S3.脱脂：在130℃的温度下通入体积分数为98%硝酸溶液进行脱脂，通酸量为4ml/min，脱脂时间为2.3h，脱除产品生坯中倒扣结构仿形支架以及粘结剂，得带有倒扣结构产品的多孔生坯；
S4.烧结：将带有倒扣结构产品的多孔生坯进行烧结，得带有倒扣结构产品；
S5.后处理：通过后处理，获得最终带有倒扣结构产品（如图1所示）。
实施例3
S1.混炼造粒：将金属、陶瓷或预合金粉末和添加剂粉末混合后加热，然后加入粘结剂（粘结剂的质量组成为：50%PW、47%PE、3%SA）混炼均匀，再通过造粒机造成粒状喂料（喂料中粘结剂的体积占比为45%）；
S2.注射成形：将PE塑料注射成倒扣结构仿形支架（如图2所示），然后放到产品模具中，将经混炼造粒后得到的喂料注射到产品模具中进行模内注塑得到带有倒扣结构仿形支架的产品生坯；
S3.脱脂：先在60℃的正己烷中脱脂24h；然后转入烧结炉中进行热脱脂，所述的热脱脂的条件为：2℃/min升温到420℃，保温30min，然后以4℃/min升到600℃，保温30min，脱除产品生坯中倒扣结构仿形支架以及粘结剂，得带有倒扣结构产品的多孔生坯；
S4.烧结：将带有倒扣结构产品的多孔生坯进行烧结，得带有倒扣结构产品；
S5.后处理：通过后处理，获得最终带有倒扣结构产品（如图1所示）。
实施例4
S1.混炼造粒：将金属、陶瓷或预合金粉末和添加剂粉末混合后加热，然后加入粘结剂（粘结剂的质量组成为：50%PW、47%PE、3%SA）混炼均匀，再通过造粒机造成粒状喂料（喂料中粘结剂的体积占比为45%）；
S2.注射成形：将又质量百分比为90%PP、10%PE组成的塑料注射成倒扣结构仿形支架（如图2所示），然后放到产品模具中，将经混炼造粒后得到的喂料注射到产品模具中进行模内注塑得到带有倒扣结构仿形支架的产品生坯；
S3.脱脂：先在50℃的正己烷中脱脂24h；然后转入烧结炉中进行热脱脂，所述的热脱脂的条件为：2℃/min升温到420℃，保温30min，然后以4℃/min升到600℃，保温30min，脱除产品生坯中倒扣结构仿形支架以及粘结剂，得带有倒扣结构产品的多孔生坯；
S4.烧结：将带有倒扣结构产品的多孔生坯进行烧结，得带有倒扣结构产品；
S5.后处理：通过后处理，获得最终带有倒扣结构产品（如图1所示）。
Claims (10)
1.一种带有倒扣结构产品的金属粉末注射成形方法，混炼造粒、注射成形、脱脂、烧结和后处理步骤，其特征在于，在注射成形步骤中首先将由塑料制成的倒扣结构仿形支架放到产品模具中，然后将经混炼造粒后得到的喂料注射到产品模具中进行模内注塑得到带有倒扣结构仿形支架的产品生坯；再通过脱脂步骤脱除产品生坯中倒扣结构仿形支架；最后经烧结和后处理步骤得到带有倒扣结构产品。
2.根据权利要求1所述的金属粉末注射成形方法，其特征在于，具体包含如下步骤：
S1.混炼造粒：将金属、陶瓷或预合金粉末和添加剂粉末混合后加热，然后加入粘结剂混炼均匀，再通过造粒机造成粒状喂料；
S2.注射成形：首先将由塑料制成的倒扣结构仿形支架放到产品模具中，然后将经混炼造粒后得到的喂料注射到产品模具中进行模内注塑得到带有倒扣结构仿形支架的产品生坯；
S3.脱脂：脱除产品生坯中倒扣结构仿形支架以及粘结剂，得带有倒扣结构产品的多孔生坯；
S4.烧结：将带有倒扣结构产品的多孔生坯进行烧结，得带有倒扣结构产品；
S5.后处理：通过后处理，获得最终带有倒扣结构产品。
3.根据权利要求1所述的金属粉末注射成形方法，其特征在于，步骤S1.所述的喂料中粘结剂的体积百分比为30%~50%；
当喂料选自塑基喂料时，粘结剂中含质量分数为60%~90%的聚甲醛，其余为聚乙烯、聚丙烯、石蜡、乙烯-乙酸乙烯共聚物和硬脂酸中的一种或几种的混合；
当喂料选自蜡基喂料时，粘结剂中各组员元含质量分数为45%~60%的石蜡，其余的为聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-乙酸乙烯共聚物和硬脂酸中的一种或几种的混合。
4.根据权利要求3所述的金属粉末注射成形方法，其特征在于，
当喂料选自塑基喂料时，粘结剂质量百分比组成为，85%聚甲醛、6%聚乙烯、6%石蜡、3%硬脂酸；
当喂料选自蜡基喂料时，粘结剂质量百分比组成为，50%石蜡、47%聚乙烯、
3%硬脂酸。
5.根据权利要求3所述的金属粉末注射成形方法，其特征在于，当喂料选
自塑基喂料时，所述倒扣结构仿形支架的原料组成为：含质量分数为80%~100%的聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯、石蜡、乙烯-乙酸乙烯共聚物和硬脂酸中的一种或几种的混合。
6.根据权利要求5所述的金属粉末注射成形方法，其特征在于，当喂料选
自塑基喂料时，所述倒扣结构仿形支架的原料组成为100%的聚甲醛。
7.根据权利要求5所述的金属粉末注射成形方法，其特征在于，所述的脱脂方法为：在110℃~130℃的温度下通入酸溶液脱脂，通酸量为4~4.5ml/min，脱脂时间为2.3~3h；优选地，所述的酸溶液为硝酸溶液；更优选地，所述的酸溶液为体积分数为98%硝酸溶液。
8.根据权利要求3所述的金属粉末注射成形方法，其特征在于，当喂料选自蜡基喂料时，所述倒扣结构仿形支架的原料组成为：含80%~100%的聚乙烯、聚丙烯或/和聚甲基丙烯酸甲酯。
9.根据权利要求3所述的金属粉末注射成形方法，其特征在于，当喂料选自蜡基喂料时，所述倒扣结构仿形支架的原料组成为100%的聚乙烯、聚丙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。
10.根据权利要求6所述的金属粉末注射成形方法，其特征在于，所述的脱脂方法为：先在40~60℃的溶剂中脱脂15~24h；然后转入烧结炉中进行热脱脂，所述的热脱脂的条件为：2~4℃/min升温到350~420℃，保温20~60min，然后以4~8℃/min升到500~600℃，保温20~60min。
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