CN110976879A - 一种槽铣刀头毛坯的注射成型模具及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种槽铣刀头毛坯的注射成型模具及制备工艺，槽铣刀头毛坯的注射成型模具包括成型组件和模架组件，成型组件装设在模架组件上，模架组件上设有浇注通道，成型组件包括用于成型槽铣刀头毛坯定位部分和顶面的上模、成型槽铣刀头毛坯侧面的下模、与上模配合成型槽铣刀头毛坯中心孔的下模镶针以及成型槽铣刀头毛坯底面的顶出杆，顶出杆套设在下模镶针上并可沿下模镶针滑动，上模成型槽铣刀头毛坯中心孔顶面的位置处设有与浇注通道相通的浇注口，上模上还设有用于成型槽铣刀头毛坯定位槽的上模镶块，成型质量好、可降低成型难度；槽铣刀头毛坯的注射成型制备工艺可采用本发明的槽铣刀头毛坯的注射成型模具，成型质量好、生产难度低。

Description

一种槽铣刀头毛坯的注射成型模具及制备工艺

技术领域

本发明涉及金属切削加工领域，尤其涉及一种槽铣刀头毛坯的注射成型模具及制备工艺。

背景技术

槽铣刀头由于结构复杂，产品精度要求高，通过现有的粉末冶金压制成型技术难以制出符合要求的槽铣刀头毛坯。

粉末冶金注射成型技术是将粒度较小的硬质合金粉末与粘接剂相混合，通过注射的方式输入到模具中，经过粉末冶金工艺制备得到相应的合金。通过注射成型得到的合金材料具有较好的强度、硬度以及耐热性等优良的性能，现有技术中已将粉末冶金注射成型技术应用于槽铣刀头毛坯等复杂结构硬质合金刀片毛坯的制备。

但槽铣刀毛坯采用常规的注射成型技术得到的毛坯存在密度不均匀、中心孔圆度较差、有裂纹以及刀尖强度低等问题。而且，粘接剂在喂料中的比例较高，产品脱脂烧结后收缩较大，容易导致产品的精度低、缩水过大、烧结坯体不致密。同时由于数控铣刀中心孔的直径较大，且中心孔周围侧壁的尺寸有较大差异，产品在烧结后存在缩水不均匀、变形的情况发生。因此，槽铣刀注射成型过程中粘接剂的配制和工艺配制对产品的性能、使用寿命等具有较大的影响。

同时，常规的注射成型进料方式一般采用从槽铣刀的侧面或者顶面进料，模具设计制作简单方便。但是，槽铣刀具有一个较大的中心孔，如果采用侧面或者顶面进料，在注射过程中熔融喂料进入型腔后会分成两股或者多股料流，然后在入料口对面的位置附近汇合，容易在汇合处位置产生熔接痕。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成型质量好、可降低成型难度的槽铣刀头毛坯的注射成型模具及成型质量好、生产难度低的槽铣刀头毛坯的的注射成型制备工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种槽铣刀头毛坯的注射成型模具，包括成型组件和模架组件，所述成型组件装设在所述模架组件上，所述模架组件上设有浇注通道，所述成型组件包括用于成型槽铣刀头毛坯定位部分和顶面的上模、成型槽铣刀头毛坯侧面的下模、与上模配合成型槽铣刀头毛坯中心孔的下模镶针以及成型槽铣刀头毛坯底面的顶出杆，所述顶出杆套设在所述下模镶针上并可沿所述下模镶针滑动，所述上模成型槽铣刀头毛坯中心孔顶面的位置处设有与所述浇注通道相通的浇注口，所述上模上还设有用于成型槽铣刀头毛坯定位槽的上模镶块。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述浇注口位于所述浇注通道的终端，所述浇注口的截面直径D小于所述浇注通道的任一截面直径，且满足：0.6mm≤D≤2.0mm。

所述浇注口与所述槽铣刀头毛坯中心孔顶面之间设置有外周截面尺寸大于槽铣刀头毛坯中心孔顶面直径0.5mm～1.0mm的料垫，所述料垫的厚度为H，需满足0.2mm≤H≤1.0mm。

所述上模镶块与上模配合的凹槽处设有排气槽，所述排气槽的长度为L，槽宽为B，需满足0.5mm≤L≤1.0mm，0.02mm≤B≤0.05mm。

所述下模镶针成型所述槽铣刀头毛坯中心孔顶部处的两侧设有台阶面，所述台阶面与所述下模镶针的轴线方向之间存在夹角α，满足0.5°≤α≤3°。

所述顶出杆顶部设有成型所述槽铣刀头毛坯底面的凸起型槽，所述所述顶出杆上端截面的直径小于槽铣刀头毛坯底部最大截面直径0.005mm～0.03mm。

所述上模上设有上冷却回路，所述下模上设有下冷却回路，所述上冷却回路与下冷却回路相互独立，所述上冷却回路、下冷却回路与型腔及浇注通道之间的距离均为5mm-8mm。

一种采用上述槽铣刀头毛坯的注射成型模具的槽铣刀头毛坯的注射成型制备工艺，包括以下步骤：

S1、按比例称取硬质合金粉末、乙醇和含工业石蜡的粘接剂；

S2、将上述硬质合金粉末、乙醇和粘接剂中的部分工业石蜡混合球磨，然后过筛、干燥得到混合物一；

S3将剩余粘接剂熔融，并与上述混合物一混合均匀得到混合物二；

S4、将上述混合物二进行充分密炼，挤出冷却后破碎、制粒，得到所需喂料；

S5、将所需喂料在注射温度120℃～145℃、注射压力20MPa～50MPa、上模温度5℃～10℃、下模温度55℃～80℃的条件下通过浇注通道注射进入模具型腔内，形成注射坯；

S6、在溶剂中脱除注射坯中部分粘接剂，真空干燥后再加工脱除剩余粘接剂得到脱脂毛坯；

S7、将上述脱脂毛坯在真空条件下加压烧结，获得致密化的槽铣刀头毛坯。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述硬质合金粉末和粘接剂质量百分比如下：硬质合金粉末94.5%-97%，粘接剂3%-5.5%；所述粘接剂由切片石蜡、巴西棕榈蜡、工业石蜡、聚丙烯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和硬脂酸、油酸混合组成，各组分的质量百分比如下：切片石蜡30%-40%、巴西棕榈蜡10%-15%、工业石蜡10%-20%、聚丙烯10%-20%、聚乙烯8%-12%、乙烯-醋酸乙烯共聚物3%-10%和硬脂酸1%-5%、油酸1%-10%。

所述粘接剂各组分的质量百分比为：切片石蜡38%、巴西棕榈蜡10%、工业石蜡18%、聚丙烯15%、聚乙烯10%、乙烯-醋酸乙烯共聚物5%和硬脂酸1%、油酸3%。

在所述步骤S5中，在上冷却回路中通冷水，水温5℃～10℃，在下冷却回路中通热水，水温55℃～80℃。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明的槽铣刀头毛坯的注射成型模具，通过在成型槽铣刀头毛坯中心孔顶面的上模位置设置浇注口，可以消除由于中心孔的存在导致的熔接痕对产品强度的影响，注射过程中喂料可以同时达到槽铣刀头毛坯六个齿的末端，避免形成熔接痕，保证了产品的整体结构的一致性和强度，减少烧结变形，提高了成型质量，同时，由于槽铣刀头毛坯的定位槽末端为最后填充区域，采用整体结构容易导致模具困气，出现烧焦、注不满等现象，在上模内部设置成型定位槽的上模镶块，消除注射过程中困气、烧焦、注不满等现象，扩大参数设置范围，降低生产难度，提高毛坯质量。

（2）本发明的槽铣刀头毛坯的注射成型制备工艺，采用上述注射成型模具，所得到的槽铣刀头毛坯结构一致性好、强度稳定，成型质量好。

附图说明

图1是槽铣刀头毛坯的立体结构图。

图2是槽铣刀头毛坯另一视角的立体结构图。

图3是本发明槽铣刀头毛坯的注射成型模具的立体图。

图4是本发明槽铣刀头毛坯的注射成型模具的俯视图。

图5是图4的A-A视图。

图6是本发明槽铣刀头毛坯的注射成型模具的成型组件的立体图。

图7是本发明槽铣刀头毛坯的注射成型模具的浇注通道与槽铣刀头毛坯的立体图。

图8是本发明槽铣刀头毛坯的注射成型模具的浇注通道与料垫的立体图。

图9是本发明图8中B处放大图。

图10是本发明槽铣刀头毛坯的注射成型模具的上模和上模镶块的立体图。

图11是图10中C处放大图。

图12是本发明槽铣刀头毛坯的注射成型模具的下模镶针的结构示意图。

图13是图12中D处放大图。

图14是本发明槽铣刀头毛坯的注射成型模具的下模和顶出杆的结构示意图。

图15是图14中的E-E视图。

图16是本发明槽铣刀头毛坯的注射成型模具的上冷却回路的示意图。

图17是本发明槽铣刀头毛坯的注射成型模具的下冷却回路的示意图。

图中各标号表示：

100、槽铣刀头毛坯；101、槽铣刀头毛坯定位部分；102、槽铣刀头毛坯顶面；103、槽铣刀头毛坯侧面；104、槽铣刀头毛坯中心孔；105、槽铣刀头毛坯底面；106、槽铣刀头毛坯定位槽；1、成型组件；11、上模；12、下模；13、下模镶针；14、顶出杆；15、上模镶块；2、模架组件；3、浇注通道；4、浇注口；5、料垫；6、排气槽；71、上冷却回路；72、下冷却回路。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图3至图17示出了本发明槽铣刀头毛坯的注射成型模具的一种实施例，该槽铣刀头毛坯的注射成型模具包括成型组件1和模架组件2，成型组件1装设在模架组件2上，模架组件2上设有浇注通道3，成型组件1包括用于成型槽铣刀头毛坯定位部分101和顶面102的上模11、成型槽铣刀头毛坯侧面103的下模12、与上模11配合成型槽铣刀头毛坯中心孔104的下模镶针13以及成型槽铣刀头毛坯底面105的顶出杆14，顶出杆14套设在下模镶针13上并可沿下模镶针13滑动，上模11成型槽铣刀头毛坯中心孔104顶面的位置处设有与浇注通道3相通的浇注口4，上模11上还设有用于成型槽铣刀头毛坯定位槽106的上模镶块15，通过在成型槽铣刀头毛坯中心孔104顶面的上模11位置设置浇注口4，可以消除由于中心孔的存在导致的熔接痕对产品强度的影响，注射过程中喂料可以同时达到槽铣刀头毛坯六个齿的末端，避免形成熔接痕，保证了产品的整体结构的一致性和强度，减少烧结变形，提高了成型质量，同时，由于槽铣刀头毛坯定位槽106末端为最后填充区域，采用整体结构容易导致模具困气，出现烧焦、注不满等现象，在上模11内部设置成型定位槽106的上模镶块15，消除注射过程中困气、烧焦、注不满等现象，扩大参数设置范围，降低生产难度，提高毛坯质量。

浇注口4位于浇注通道3的终端，为了降低模具制造难度，并保证开模过程中浇口可以顺利拉断，浇注口4的截面直径D小于浇注通道3的任一截面直径，且满足：0.6mm≤D≤2.0mm，本实施例中，D=1.0mm。

浇注口4与槽铣刀头毛坯中心孔104顶面之间设置料垫5，料垫5的厚度为H，料垫5外周截面尺寸即为模具实际浇注口尺寸，为了满足产品的注射成型要求，需满足，料垫5外周截面尺寸大于槽铣刀头毛坯中心孔104顶面直径0.5mm～1.0mm，0.2mm≤H≤1.0mm，本实施例中，H=0.5mm。

本实施例中，上模镶块15与上模12配合的凹槽处设有排气槽6，可避免出现困气现象，及时排出气体，提高成型质量，排气槽6的长度为L，槽宽为B，为保证在及时排气的同时，降低对成型质量的影响，需满足0.5mm≤L≤1.0mm，0.02mm≤B≤0.05mm，例如：L=0.6mm，B=0.04mm。

为了便于下模镶针13脱模且不影响槽铣刀头毛坯中心孔104的成型，下模镶针13成型槽铣刀头毛坯中心孔104顶部处的两侧设有台阶面131，台阶面131与下模镶针13的轴线方向之间存在夹角α，满足0.5°≤α≤3°，本实施例中，α=2°。

本实施例中，顶出杆14顶部设有成型槽铣刀头毛坯底面105的凸起型槽，顶出杆14上端截面的直径小于槽铣刀头毛坯100底部最大截面直径0.005mm～0.03mm，便于顶出杆14顺利将成型后的槽铣刀头毛坯100顶出。

本实施例中，上模11上设有上冷却回路71，下模12上设有下冷却回路72，上冷却回路71与下冷却回路72相互独立，上冷却回路71、下冷却回路72与型腔及浇注通道3之间的距离均为5mm-8mm，以保证型腔内温度偏差小于0.5℃。

本发明的槽铣刀头毛坯注射成型制备工艺，包括以下步骤：

S1、按比例称取硬质合金粉末、乙醇和含工业石蜡的粘接剂；

S2、将上述硬质合金粉末、乙醇和粘接剂中的部分工业石蜡混合球磨，然后过筛、干燥得到混合物一；

S3将剩余粘接剂熔融，并与上述混合物一混合均匀得到混合物二；

S4、将上述混合物二进行充分密炼，挤出冷却后破碎、制粒，得到所需喂料；

S5、将所需喂料在注射温度120℃~145℃、注射压力20MPa~50MPa、上模温度5℃~10℃、下模温度55℃~80℃的条件下通过浇注通道3注射进入模具型腔内，形成注射坯；

S6、在溶剂中脱除注射坯中部分粘接剂，真空干燥后再加工脱除剩余粘接剂得到脱脂毛坯；

S7、将上述脱脂毛坯在真空条件下加压烧结，获得致密化的槽铣刀头毛坯。

本发明的槽铣刀头毛坯注射成型制备工艺，采用本发明的槽铣刀头毛坯的注射成型模具进行注射成型，具体包括：

S1、配料，称取硬质合金粉末、乙醇和含工业石蜡的粘接剂，本实施例中，硬质合金粉末包括碳化钨粉末、球形钴粉末以及其他微量元素；

S2、将称量好的硬质合金粉末倒入球磨机的罐体内，并加入乙醇和粘接剂中的部分工业石蜡，对硬质合金粉末进行球磨；其中，乙醇与硬质合金粉末的固液比为300-600ml/kg，工业石蜡占全部粘接剂中工业石蜡的40%~70%，球磨罐的研磨球与金属粉末的重量比为(3~8)：1；本实施例中，无水乙醇与金属粉末的固液比为320m1/kg，工业石蜡占全部粘接剂中工业石蜡的60%，球磨罐的研磨球与金属粉末的重量比为4：1。

S3、将球磨、筛选、干燥、封装后的硬质合金粉末30kg(装载率为50%一56%)与剩余粘接剂(共1583g)中的各固态组分(包括切片石蜡、巴西棕榈蜡、工业石蜡、聚丙烯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和硬脂酸)在料盘中人工混合均匀，并将混匀后的混合物分次加入到转矩流变仪中进行混炼，混炼温度为185℃，转动速率为20r/min，大约90min后混合物加满并全部呈熔融态，然后降温至120℃，并加快转速至60r/min以利于快速混匀；后期再慢慢加入上述粘接剂中的液态增塑剂油酸，直至转矩流变仪的空腔中充满制得的喂料，且转矩保持平稳；总混炼时间大约为200min。

S4、待上述制得的喂料冷却后将其破碎成3mm一10mm的喂料颗粒，然后将该喂料颗粒装入注射机的螺杆腔中，重新加热塑化混炼并注射到料盘中，再次冷却、破碎；重复本步骤2~5次直至获得成分均匀一致的喂料小颗粒；此时注射机料筒加热塑化时温度控制在130℃士10 ℃；

S5、将上述的所需喂料在注射温度120℃~145℃、注射压力20MPa~50MPa、上模温度5℃~10℃、下模温度55℃~80℃的条件下浇注通道3注射进入模具型腔内，所需喂料可以同时达到槽铣刀头毛坯六个齿的末端，避免形成熔接痕，保证了产品的整体结构的一致性和强度，减少烧结变形，提高了成型质量；

S6、采用两步脱脂法进行脱脂，即先采用溶剂脱脂法脱除上述成形所得坯体中的工业石蜡，溶剂脱脂法的脱脂溶剂为正庚烷（汽油），溶剂脱脂温度控制在15℃~36℃，溶剂脱脂的时间在10h左右，将其中的工业石蜡大部分脱出使坯体形成连通孔隙，然后经过真空干燥后装入氧化锆(或石墨舟皿)中，入炉升温，再采用加热脱脂法脱除坯体中粘接剂的剩余组分，脱脂温度320℃~520℃，保温时间为2h~4h。

S7、将上述脱脂后的坯体继续进行高温烧结，高温烧结是在80bar±5bar的氩气气氛中进行，以15℃/min的速度直接升到烧结温度，烧结温度控制在1410℃~1520℃，保温时间控制在40min，制得硬质合金槽铣刀头毛坯。

硬质合金粉末和粘接剂质量百分比如下即可满足成型要求：硬质合金粉末94.5%-97%，粘接剂3%-5.5%；所述粘接剂由切片石蜡、巴西棕榈蜡、工业石蜡、聚丙烯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和硬脂酸、油酸混合组成，各组分的质量百分比如下：切片石蜡30%-40%、巴西棕榈蜡10%-15%、工业石蜡10%-20%、聚丙烯10%-20%、聚乙烯8%-12%、乙烯-醋酸乙烯共聚物3%-10%和硬脂酸1%-5%、油酸1%-10%。

具体而言，硬质合金粉末和粘接剂质量百分比如下：切片石蜡38%、巴西棕榈蜡10%、工业石蜡18%、聚丙烯15%、聚乙烯10%、乙烯-醋酸乙烯共聚物5%和硬脂酸1%、油酸3%。

在步骤S5中，在上冷却回路71中通冷水，水温5℃~10℃，以满足浇注通道3内料头充分冷却，并产生适当的冷却收缩，实现料头顺利脱模，在下冷却回路72中通热水，水温55℃~80℃，即能满足注射坯均匀填充的要求，并能顺利脱模。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种槽铣刀头毛坯的注射成型模具，包括成型组件（1）和模架组件（2），所述成型组件（1）装设在所述模架组件（2）上，所述模架组件（2）上设有浇注通道（3），所述成型组件（1）包括用于成型槽铣刀头毛坯定位部分（101）和顶面（102）的上模（11）、成型槽铣刀头毛坯侧面（103）的下模（12）、与上模（11）配合成型槽铣刀头毛坯中心孔（104）的下模镶针（13）以及成型槽铣刀头毛坯底面（105）的顶出杆（14），所述顶出杆（14）套设在所述下模镶针（13）上并可沿所述下模镶针（13）滑动，其特征在于：所述上模（11）成型槽铣刀头毛坯中心孔（104）顶面的位置处设有与所述浇注通道（3）相通的浇注口（4），所述上模（11）上还设有用于成型槽铣刀头毛坯定位槽（106）的上模镶块（15）。

2.根据权利要求1所述的槽铣刀头毛坯的注射成型模具，其特征在于：所述浇注口（4）位于所述浇注通道（3）的终端，所述浇注口（4）的截面直径D小于所述浇注通道（3）的任一截面直径，且满足：0.6mm≤D≤2.0mm。

3.根据权利要求1所述的槽铣刀头毛坯的注射成型模具，其特征在于：所述浇注口（2）与所述槽铣刀头毛坯中心孔（104）顶面之间设置有外周截面尺寸大于槽铣刀头毛坯中心孔（104）顶面直径0.5mm~1.0mm的料垫（5），所述料垫（5）的厚度为H，需满足0.2mm≤H≤1.0mm。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的槽铣刀头毛坯的注射成型模具，其特征在于：所述上模镶块（15）与上模（11）配合的凹槽处设有排气槽（6），所述排气槽（6）的长度为L，槽宽为B，需满足0.5mm≤L≤1.0mm，0.02mm≤B≤0.05mm。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的槽铣刀头毛坯的注射成型模具，其特征在于：所述下模镶针（13）成型所述槽铣刀头毛坯中心孔（104）顶部处的两侧设有台阶面（131），所述台阶面（131）与所述下模镶针（13）的轴线方向之间存在夹角α，满足0.5°≤α≤3°。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的槽铣刀头毛坯的注射成型模具，其特征在于：所述顶出杆（14）顶部设有成型所述槽铣刀头毛坯底面（105）的凸起型槽，所述顶出杆（14）上端截面的直径小于槽铣刀头毛坯底部最大截面直径0.005mm~0.03mm。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的槽铣刀头毛坯的注射成型模具，其特征在于：所述上模（11）上设有上冷却回路（71），所述下模（12）上设有下冷却回路（72），所述上冷却回路（71）与下冷却回路（72）相互独立，所述上冷却回路（71）、下冷却回路（72）与型腔及浇注通道（3）之间的距离均为5mm-8mm。

8.一种采用权利要求1至7中任一项所述槽铣刀头毛坯的注射成型模具的槽铣刀头毛坯的注射成型制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按比例称取硬质合金粉末、乙醇和含工业石蜡的粘接剂；

S2、将上述硬质合金粉末、乙醇和粘接剂中的部分工业石蜡混合球磨，然后过筛、干燥得到混合物一；

S3将剩余粘接剂熔融，并与上述混合物一混合均匀得到混合物二；

S4、将上述混合物二进行充分密炼，挤出冷却后破碎、制粒，得到所需喂料；

S5、将所需喂料在注射温度120℃~145℃、注射压力20MPa~50MPa、上模温度5℃~10℃、下模温度55℃~80℃的条件下通过浇注通道注射进入模具型腔内，形成注射坯；

S6、在溶剂中脱除注射坯中部分粘接剂，真空干燥后再加工脱除剩余粘接剂得到脱脂毛坯；

S7、将上述脱脂毛坯在真空条件下加压烧结，获得致密化的槽铣刀头毛坯。

9.根据权利要求8所述的槽铣刀头毛坯的注射成型制备工艺，其特征在于：所述硬质合金粉末和粘接剂质量百分比如下：硬质合金粉末94.5%-97%，粘接剂3%-5.5%；所述粘接剂由切片石蜡、巴西棕榈蜡、工业石蜡、聚丙烯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和硬脂酸、油酸混合组成，各组分的质量百分比如下：切片石蜡30%-40%、巴西棕榈蜡10%-15%、工业石蜡10%-20%、聚丙烯10%-20%、聚乙烯8%-12%、乙烯-醋酸乙烯共聚物3%-10%和硬脂酸1%-5%、油酸1%-10%。

10.根据权利要求9所述的槽铣刀头毛坯的注射成型制备工艺，其特征在于：所述粘接剂各组分的质量百分比为：切片石蜡38%、巴西棕榈蜡10%、工业石蜡18%、聚丙烯15%、聚乙烯10%、乙烯-醋酸乙烯共聚物5%和硬脂酸1%、油酸3%。

11.根据权利要求8所述的槽铣刀头毛坯的注射成型制备工艺，其特征在于：在所述步骤S5中，在上冷却回路（71）中通冷水，水温5℃~10℃，在下冷却回路（72）中通热水，水温55℃~80℃。

Images