CN109676141B - 异形复杂金属制品的制造方法及异形复杂金属制品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种异形复杂金属制品的制造方法，其包括如下步骤：S1.混炼造粒：提供粉末及粘结剂，将上述粉末及粘结剂混合后混炼均匀，再通过造粒机造成喂料；S2.注射成型：将喂料加热，然后通过注射机将喂料分别注射到第一异形零件模具及第二异形零件模具中，形成第一生胚及第二生胚；S3.将第一生胚及第二生胚焊接在一起形成组合式胚体；S4.对所述组合式胚体进行脱脂；及S5.提供烧结炉，在所述烧结炉中对脱脂后的所述组合式胚体进行烧结及冷却，即得最终金属制品。

Description

异形复杂金属制品的制造方法及异形复杂金属制品
技术领域
本发明涉及粉末注射成形技术领域，尤其涉及一种异形复杂金属制品的制造方法及由此方法制作形成的异形复杂金属制品。
背景技术
粉末注射成形技术结合了粉末冶金与塑料注射成形两大技术的优点，突破了传统金属粉末模压成形工艺在产品形状上的限制，同时利用了塑料注射成形技术能大批量、高效率成形具有复杂形状的金属制品的特点，成为现代制造高质量精密金属制品的一项近净成形技术，具有常规粉末冶金、机加工和精密铸造等加工方法无法比拟的优势，目前在国防、通信、机械、汽车、医疗等行业得到广泛应用。
该工艺采用金属、陶瓷或预合金粉末、以及粘结剂按照一定比例混合，通过混炼、造粒制成喂料，然后经过脱脂、烧结制成产品。受限于注射成型的限制，当产品需要形成中空腔或无法脱模形成所需产品时，就必需先烧结出成品后，再进行焊接加工，将两个金属件结合在一起，以解决具有中空腔或无法脱模得到产品的技术问题。但是这样的产品制程，有以下问题：
(1)焊接的动作发生在金属状态，须要极高的温度才能实现焊接的动作，如此会造成能源上的浪费；
(2)焊接高温会产生金属融熔区、基材热影响区等，不利于最后形成的产品的品质掌控；
(3)在焊接时，融接组织易产生裂纹、变形等冶金缺陷。
因此，有必要提供一种异形复杂金属制品的制造方法以克服以上技术问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能够解决上述技术问题的异形复杂金属制品的制造方法及由此制造形成的异形复杂金属制品。
一种异形复杂金属制品的制造方法，其包括如下步骤：
S1.混炼造粒：提供粉末及粘结剂，将上述粉末及粘结剂混合后混炼均匀，再通过造粒机造成喂料；
S2.注射成型：将喂料加热，然后通过注射机将喂料分别注射到第一异形零件模具及第二异形零件模具中，形成第一生胚及第二生胚；
S3.将第一生胚及第二生胚焊接在一起形成组合式胚体；
S4.对所述组合式胚体进行脱脂；及
S5.提供烧结炉，在所述烧结炉中对脱脂后的所述组合式胚体进行烧结及冷却，即得最终金属制品。
在一个优选实施例中，将第一生胚及第二生胚焊接在一起形成预制品的方法包括超声波焊接、摩擦加压焊接或者加热加压焊接。
在一个优选实施例中，所述粉末是金属、陶瓷或预合金粉末。
在一个优选实施例中，注射成型形成的第一生胚及第二生胚的结构相同或者不相同。
在一个优选实施例中，所述烧结炉中的烧结条件为1100-1350℃，持温0.5-5小时，冷却速率为3-30℃/分。
在一个优选实施例中，其特征在于，烧结后还包括热处理步骤，热处理是为一低温回火热处理，回火温度为150-400℃，回火时间为0.5至5小时。
在一个优选实施例中，所述的异形复杂金属制品为不能直接注射成形脱模后烧结获得的金属制品。
在一个优选实施例中，所述的异形复杂金属制品包括有内空腔。
在一个优选实施例中，所述第一生胚包括第一结合面以及由第一结合面环绕的第一腔穴，第一结合面包括有第一结合部；第二生胚包括第二结合面以及由第二结合面环绕的第二腔穴，第二结合面包括有第二结合部；第一结合部与所述第二结合对准结合，所述第一腔穴与所述第二腔穴第一结合部与第二结合共同形成内空腔。
在一个优选实施例中，所述第一生胚为包括有底板以及沿所述底板上表面凸出支撑轴的基座，第二生胚为倒扣件，所述第二生胚包括有与所述支撑轴配合的插孔，所述第一生胚与所述第二生胚通过支撑轴与插孔配合以形成组合式胚体。
本发明还提供一种金属注射成型的异形复杂金属制品，其采用上述方法制得。
与现有技术相比，在脱脂与烧结前，先以生胚态焊接第一生胚及第二生胚形成组合式胚体，而后再对组合式胚体进行脱脂与烧结制程形成金属制品，由于本案的焊接动作是发生在生胚阶段，所以，不会需要很高的温度，从而可以节省焊接能量，进而也不会产生金属融熔区、基材热影响区，有利于最后形成的产品的品质掌控，在焊接时，焊接的工作是发生在生胚阶段，从而，融接组织不会产生裂纹、变形等冶金缺陷。也即本发明是将原本需要高温结合的金属制程，调整在形成生胚之后、脱脂之前，更能一体化地生产中空或者无法直接脱模即可获得的最终产品。
附图说明
图1是本发明提供的异形复杂金属制品的制造方法的流程图。
图2A是利用本发明第以实施方式中提供的第一生胚及第二生胚的剖面示意图。
图2B是将图2A中的第一生胚及第二生胚组装在一起的剖面示意图。
图2C是图2A中的第一生胚及第二生胚焊接后形成组合式胚体的剖面示意图。
图3是图2B的第一生胚及第二生胚在焊接前的部分放大图。
图4A是本发明第二实施方式中提供的第一生胚及第二生胚的剖面示意图。
图4B是将图4A中的第一生胚及第二生胚组装在一起并且提供加热加压装置的剖面示意图。
图4C是利用加热加压装置对组装后的生胚进行焊接的剖面示意图。
图4D是焊接后形成组合式胚体的剖面示意图。
主要元件符号说明
Figure BDA0001497294050000071
Figure BDA0001497294050000081
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面结合将结合附图及实施例，对本发明提供的异形复杂金属制品的制造方法及由此制造形成的异形复杂金属制品作进一步的详细说明。
请参阅图1，第一步S1，混炼造粒：提供粉末及粘结剂，将上述粉末及粘结剂混合后混炼均匀，再通过造粒机造成喂料。
所述粉末是金属、陶瓷或预合金粉末。所述粉末的直径优选地介于0.1-50μm。但也不限于此。
粘结剂选用蜡基粘结剂或者塑基粘结剂。
第二步S2，注射成型：将喂料加热，然后通过注射机将喂料分别注射到第一异形零件模具及第二异形零件模具中，形成第一生胚及第二生胚。第一异形零件模具及第一异形零件模具的结构可以相同，也可以不同。
第三步S3，将第一生胚及第二生胚焊接在一起形成组合式胚体。在生胚的阶段，通过焊接的方式将第一生胚及第二生胚焊接在一起，两个对焊的胚体材料上有熔融，材料会相互扩散，相互焊接的两个生胚中的铁粉有更大的接触机会或者接触面积，使第一生胚及第二生胚的接着更致密，也即焊接增加了第一生胚及第二生胚后续形成的异形复杂金属制品的可靠程度，防止产品在跌落时分离。将第一生胚及第二生胚焊接在一起形成预制品的方法包括超声波焊接(ultrasonic welding)、摩擦加压焊接或者加热加压焊接。这些焊接方式也是本技术领域习知的，在此不再赘述。
第四步S4，对所述组合式胚体进行脱脂。如果是蜡基粘结剂，在脱脂时先进行溶剂脱脂，再进行热脱脂。如果是塑基粘结剂，是进行催化脱脂。
第五步S5，提供烧结炉，在所述烧结炉中对脱脂后的所述组合式胚体进行烧结及冷却，即得最终金属制品。所述烧结炉中的烧结条件为1100-1350℃，持温0.5-5小时，冷却速率为3-30℃/分。
第六步S6，对烧结后的组合式胚体进行热处理，热处理是为一低温回火热处理，回火温度为150-400℃，回火时间为0.5至5小时。
本案提供的异形复杂金属制品的制造方法可以用于制作五金零件，3C产品中的零部件，工业机械零部件等。本案以两个不同的实施例为例来说明本发明。
第一实施例
请参阅图2A～2C，第一实施例为一种利用上述的注射成形技术制备异形复杂金属制品的制造方法制作形成的金属制品100。所述金属制品100是由第一生胚10的边缘以及第二生胚20的边缘经过焊接、脱脂剂烧结后形成具有内空腔的金属制品。
所述内空腔可以为密封腔，类似乒乓球形状，还可以为非密封的内空腔，类似茶壶这种形状。具有如此中空腔的金属制品一般不能直接注射成形脱模后烧结即可获得的金属制品。本实施例是以类似乒乓球形状的内空腔为例来说明。其它形状的产品，包括具中心对称的、或者中心不对称的均可以以此类推形成。
具体地，请参阅图2A，第一生胚10包括第一结合面12以及由第一结合面环绕的第一腔穴14，第一结合面包括有第一结合部120；第二生胚20包括第二结合面22以及由第二结合面环绕的第二腔穴24，第二结合面22包括有第二结合部220。第一结合部120与第二结合部220用于使第一生胚10及第二生胚20精准对位，方便焊接。
在本实施方式中，第一结合部120的剖面为三角形，第二结合部220为方形凹槽，请参阅图2B，从而第一结合部120与第二结合部220为点接触，在利用超声波焊接时，请参阅图3，第一结合部120与第二结合部220配合后的放大示意图，第一结合部120与第二结合部220有干涉的部分，在超声波的作用下，其表面将微微熔融而密着，最后第一结合面12与第二结合面22通过第一结合部120及第二结合部220无缝对接，请参阅图2C，第一腔穴14与所述第二腔穴24对准后共同形成所述内空腔101，所述内空腔101可以为球形、椭球型等任何形状。后续再进行脱脂及烧结的步骤，以形成包括有内空腔的金属制品100。
第二实施例
请参阅图4A～4D，第二实施例为一种利用上述的注射成形技术制备异形复杂金属制品的制造方法制作形成的金属制品200，这种异形复杂金属制品200，也是由第一生胚30及第二生胚40经装配、焊接、脱脂及烧结形成，只是第一生胚30及第二生胚30焊接的部位是位于第一生胚30及第二生胚40的非边缘位置，譬如，本案是在第一生胚30及第二生胚40的中间位置焊接，边缘位置是相间隔的。这种异形复杂金属制品200也不能直接注射成形且经过脱模后烧结获得。
图4(A)为注射成形形成的第一生胚30及第二生胚40。所述第一生胚30为包括有底板32以及沿所述底板32上表面凸出有支撑轴34；所述支撑轴34的顶部为一阶梯形状，第二生胚40为倒扣件，所述第二生胚40包括有与所述支撑轴34配合的插孔42。
图4(B)为将第一生胚30及第二生胚40组合在一起。所述第一生胚30的支撑轴34与所述第二生胚40插孔42配合，且所述支撑轴34突出于所述插孔42。
图4(C)为提供加热加压装置50，利用加热加压装置50对其进行焊接，具体地，加热加压装置50是施压于所述支撑轴34。在加压时，加压的压力能使第一生胚30及第二生胚40的金属粉末接触致密，防止两者在跌落时分离。
图4(D)为移除加热加压装置50，以形成组合式胚体45，再通过脱脂及烧结步骤包括有倒扣件的得到金属制品200。
也即，本案提供的异形复杂金属制品的制造方法，在脱脂与烧结前，先以生胚态焊接第一生胚及第二生胚形成组合式胚体，而后再进行脱脂与烧结制程形成金属制品，由于，本案的焊接动作是发生在生胚阶段，所以，可以节省焊接能量，由于焊接的工作是发生在生胚阶段，所以，不会需要很高的温度，进而不会产生金属融熔区、基材热影响区，有利于最后形成的产品的品质掌控，在焊接时，焊接的工作是发生在生胚阶段，从而，融接组织不会产生裂纹、变形等冶金缺陷。从而，本发明是将原本需要高温结合的金属制程，调整在形成生胚之后、脱脂之前，更能一体化地生产中空或者无法直接脱模即可获得的最终产品。
可以理解的是，以上实施例仅用来说明本发明，并非用作对本发明的限定。对于本领域的普通技术人员来说，根据本发明的技术构思做出的其它各种相应的改变与变形，都落在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种异形复杂金属制品的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
S1.混炼造粒：提供粉末及粘结剂，将上述粉末及粘结剂混合后混炼均匀，再通过造粒机造成喂料；
S2.注射成型：将喂料加热，然后通过注射机将喂料分别注射到第一异形零件模具及第二异形零件模具中，形成第一生胚及第二生胚，所述第一生胚包括第一结合面以及由第一结合面环绕的第一腔穴，第一结合面设有第一结合部；第二生胚包括第二结合面以及由第二结合面环绕的第二腔穴，第二结合面设有第二结合部；
S3.将所述第一结合面与第二结合面承靠且所述第一结合部与所述第二结合为凸凹配合形成点接触后再将第一生胚及第二生胚焊接在一起形成组合式胚体，所述第一腔穴与所述第二腔穴共同形成内空腔，所述第一生胚包括凸出设置的支撑轴，所述第二生胚包括有与所述支撑轴配合的插孔，所述第一生胚与所述第二生胚组合时，所述支撑轴突出于所述插孔，提供加热加压装置施压于所述支撑轴伸出所述插孔的一端，通过加热加压焊接的方式连接所述第一生胚与所述第二生胚；
S4.对所述组合式胚体进行脱脂；及
S5.提供烧结炉，在所述烧结炉中对脱脂后的所述组合式胚体进行烧结及冷却，即得最终金属制品，其中，烧结炉中的烧结温度为1100-1350℃，持温为0.5-5小时。
2.如权利要求1所述的异形复杂金属制品的制造方法，其特征在于，所述粉末是金属、陶瓷或预合金粉末。
3.如权利要求1所述的异形复杂金属制品的制造方法，其特征在于，注射成型形成的第一生胚及第二生胚的结构相同或者不相同。
4.如权利要求1-3任意一项所述的异形复杂金属制品的制造方法，其特征在于，进一步包括步骤：
S6，对烧结后的组合式胚体进行一低温回火热处理，回火温度为150-400℃，回火时间为0.5至5小时。
5.一种异形复杂金属制品，其采用如权利要求1～3中任一方法制得。
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