CN112427640A - 一种金属粉末注射成型设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种金属粉末注射成型设备和方法，该设备包括注射机，所述注射机包括熔料管和设置在所述熔料管内用于推料的螺杆，所述螺杆具有螺杆止逆环，在所述熔料管的位于所述螺杆止逆环前方的预注射区域处设置有排气口和排气阀，所述排气口连接抽气装置。在熔料管前端的预注射区域处设置排气孔，可以通过抽气装置有效地排出混炼预注射区域喂料产生的气体，避免气体影响注射成型工艺，提高成型坯体的质量，且排气孔的位置不影响产品型腔，不会影响到制品表面的平整性，而且也不需要针对每一套模具再去做型腔排气孔，通用性强，成本低。

Description

一种金属粉末注射成型设备和方法

技术领域

本发明涉及一种金属粉末注射成型设备和方法。

背景技术

粉末冶金注射成型工艺由于其诸多优点，行业发展迅速，其技术已被广泛应用于军事、交通、机械、电子、航空、航天等领域。

金属粉末注射成型(MIM)技术，为近年发展较快的制备金属零件的技术方法。注射成型工艺，生产效率高，产品一致性好，产品复杂程度高。可实现大批量，高良率的稳定生产。

MIM金属喂料，主要为金属粉与热塑性材料的混合体，两者在一定工艺温度条件下，混炼而成。热塑性材料统称为成型剂，让金属粉料在一定温度下具有流动性，便于注射成型。成型剂大致又可为为以下几大类，成型剂、保形剂、润滑剂等等，因每类的功能不同，材料也不同，塑化与热分解温度也不一样。因金属材料与成型剂在塑化成喂料过程中，材料易产生与分解气体，对注射成型工艺有较大影响，不利于产品充填，影响成型坯体的制备。

传统注射成型工艺，在设计和制造过程中，因使用的喂料为单一型热塑性或热固性喂料，相对来说均在同一塑化温度条件下，既可达到一个较好的熔融状态，可简单充入模具型腔，获取到产品。金属粉与不同热塑性材料的混合体，其热塑性组分、熔融与分解温度也有一些差异，需要一定的时间才可达到一个较好的熔融状态，在这个过程中，将产生大量气体。CN109202085A公开在填充区域型腔对应的模具处设置排气孔，模具型腔位置的排气孔，为在产品型腔内设置的活动排气孔，该设置会影响到制品表面的平整性，且还需要针对每一套模具再去做型腔排气孔，成本高。CN111098440A公开了在料筒与炮筒的接处设有的排气接口，注射螺杆的有效注射段为止逆环前端，螺杆止逆环类于单向阀，喂料可以从料筒端通过止逆环至射嘴端，但是不能从射嘴端，通过止逆环到料筒端。也就是说，在料筒与炮筒连接处设置排气口，无法解决螺杆止逆环前，预注射区域喂料的排气问题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种金属粉末注射成型设备和方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金属粉末注射成型设备，包括注射机，所述注射机包括熔料管和设置在所述熔料管内用于推料的螺杆，所述螺杆具有螺杆止逆环，在所述熔料管的位于所述螺杆止逆环前方的预注射区域处设置有排气口和排气阀，所述排气口连接抽气装置。

进一步地：

所述熔料管前端设置有炮筒法兰，所述排气口设置在所述炮筒法兰上。

所述排气口为排气孔，所述排气阀为设置在所述排气孔上的气动针阀。

所述炮筒法兰包括中央贯通的凸缘和连通所述凸缘并突出于所述凸缘前方的前端管，所述前端管连接所述注射机的射嘴，所述排气口设置在所述前端管上。

所述排气口包括贯通所述前端管的管壁的多个排气孔。

所述多个排气孔在所述前端管的侧壁上沿周向间隔分布。

还包括控制单元和设置在所述熔料管内的压力传感器，所述控制单元与所述压力传感器、所述抽气装置及所述排气阀相连，所述控制单元用于根据所述压力传感器检测到所述熔料管内的气压控制所述排气阀打开或关闭，并控制所述抽气装置进行抽气或停止抽气。

所述抽气装置包括抽气泵。

一种金属粉末注射成型方法，使用所述金属粉末注射成型设备进行金属粉末注射成型。

所述方法具体包括合模、注射、保压、冷却、储料、射退、抽气、开模以及顶出步骤，其中，在抽气步骤，打开所述排气阀，控制所述抽气装置通过所述排气口将所述熔料管内产生的气体吸走，抽气完成后关闭所述排气阀。

本发明具有如下有益效果：

在进行注射成型工艺时，当螺杆装好料往后退时，在喂料的注射储存区处会形成一个空腔，而喂料较易分解产生气体，且螺杆旋转储料时剪切喂料也会促使喂料产生气体。本发明通过在熔料管的位于螺杆止逆环前方预注射区域处设置排气孔，并通过抽气装置抽气，可以有效地排出气体，避免气体影响注射成型工艺，提高成型坯体的质量。并且，由于本发明在注射成型金属材料产品时可将熔料管内产生的气体及时吸走，注射需求压力低，机台损耗小，设备寿命长，制品稳定性高。

本发明将排气口设置在预注射区域，螺杆止逆环前，可以很好地将螺杆头混炼预注射区域喂料产生的气体排出。且本发明在注射机上所设置的排气孔的位置不影响产品型腔，不会影响到制品表面的平整性，而且也不需要针对每一套模具再去做型腔排气孔，通用性强，成本低。

附图说明

图1为本发明一种实施例金属粉末注射成型设备的注射机的结构示意图。

图2a至图2c分别为本发明一种实施例的炮筒法兰的多个视角的结构示意图。

图3为本发明一种实施例的金属粉末注射成型工艺流程图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1至图2c，本发明实施例提供一种金属粉末注射成型设备，包括注射机，所述注射机包括带有料筒2的熔料管3，以及设置在所述熔料管3内用于推料的螺杆1，所述螺杆1具有螺杆止逆环(未示出)，在所述熔料管3的位于所述螺杆止逆环前方的预注射区域6处设置有排气口和排气阀(未示出)，所述排气口连接抽气装置(未示出)。在进行注射成型工艺时，当螺杆装好料往后退时，在喂料的注射储存区6处会形成一个空腔，而喂料较易分解产生气体，且螺杆旋转储料时剪切喂料也会促使喂料产生气体。本发明实施例通过在该处设置排气孔4，通过抽气装置抽气，可以有效地排出气体，避免气体影响注射成型工艺，提高成型坯体的质量。

在优选的实施例中，所述熔料管3前端设置有炮筒法兰5，所述排气口设置在所述炮筒法兰5上。

在优选的实施例中，所述排气口为排气孔4，所述排气阀为设置在所述排气孔4上的气动针阀。

在优选的实施例中，所述炮筒法兰5包括中央贯通的凸缘51和连通所述凸缘51并突出于所述凸缘51前方的前端管52，所述前端管52连接所述注射机的射嘴7，所述排气口设置在所述前端管52上。

在优选的实施例中，所述排气口包括贯通所述前端管的管壁的多个排气孔4。

在优选的实施例中，所述多个排气孔4在所述前端管的侧壁上沿周向间隔分布。

在优选的实施例中，所述金属粉末注射成型设备还包括控制单元和设置在所述熔料管3内的压力传感器(未示出)，所述控制单元与所述压力传感器、所述抽气装置及所述排气阀相连，所述控制单元用于根据所述压力传感器检测到所述熔料管3内的气压控制所述排气阀打开或关闭，并控制所述抽气装置进行抽气或停止抽气。

本实施例的所述抽气装置包括抽气泵。

在另一种实施例中，一种金属粉末注射成型方法，使用所述金属粉末注射成型设备进行金属粉末注射成型。

在一些实施例中，所述方法具体包括合模、注射、保压、冷却、储料、射退、抽气、开模以及顶出步骤，其中，在抽气步骤，打开所述排气阀，控制所述抽气装置通过所述排气口将所述熔料管3内产生的气体吸走，抽气完成后关闭所述排气阀。

本发明实施例在熔料管前端的预注射区域处设置排气孔，可以通过抽气装置有效地排出混炼预注射区域喂料产生的气体，避免气体影响注射成型工艺，提高成型坯体的质量，且排气孔的位置不影响产品型腔，不会影响到制品表面的平整性，而且也不需要针对每一套模具再去做型腔排气孔，通用性强，成本低。

以下进一步描述本发明具体实施例的注射成型设备及工艺方法。

金属粉末注射成型设备包括注射机和抽气系统，抽气系统包括排气口、排气阀、压力检测装置、抽气泵以及控制电路，其中，排气阀用于开启与关闭排气口。螺杆1旋转时剪切喂料产生气体，在射退完成后，在熔炼腔产生一定的压力。压力检测装置用于检测射退完成后熔料管内熔炼腔的压力，同时也用于抽气时的压力检测，以检测抽气是否完成。控制电路实现排气阀气缸开启/关闭控制、真空泵开启/关闭控制电路以及熔料管内的压力检测。

排气孔4为注射机熔料管3前端的炮筒法兰5上的贯通孔，其从炮筒法兰5的外壳贯通至炮筒法兰5的内部空腔，用于排出炮筒法兰5内部由注射机的螺杆1旋转时喂料产生的气体。排气孔4可以包括2-3个由气动针阀控制的排气口，排气口通过软管连接上真空泵，真空泵和排气口气动针阀的动作均由控制电路控制。装料完成，螺杆1射退后，炮筒法兰5内部形成一个空腔，而空腔所处位置正好在排气孔4的位置。排气孔4通过排气管连接抽气泵。当注射机的螺杆1射退后，控制电路打开气动针阀，启动抽气泵抽气，抽气完成后关闭气动针阀。

在一个实施例中，排气孔4为2mm直径。排气孔4与5mm的气管密封连接，气管另一端接上旋式真空泵。抽气泵采用旋式真空泵，抽气速率10cm³/min,通过金属管与注射机熔料管熔炼腔相连接。压力检测采用压力检测表。排气孔4处在螺杆1最前端的前方位置。配合注射机的射退工艺，螺杆1整体往后退掉5-10mm,刚好在炮筒法兰5设置的排气口位置，会形成一个相对空腔，通过抽气将这个空腔里面的分解气体抽掉。

如图3所示，一种金属粉末注射成型工艺方法，包括合模、注射、保压、冷却、储料、射退、抽气、开模以及顶出步骤，其中，抽气步骤将熔料管内产生的气体及时吸走。

一个实施例的具体工艺过程如下：

注射与保压：炮筒内螺杆1往前推料，并且执行保压，使喂料填满整个型腔；

冷却：型腔内产品停留在模具内一定时间，降温冷却；

储料和射退：螺杆1旋转装料完成后，螺杆1不旋转后退3mm；

抽气：控制系统检测到储料完成，螺杆1射退到位确认信号后，启动真空泵，同时打开气动针阀，开始抽气。当压力表指示为负压时95-98KPa，关闭针阀，停止抽气；在注射成型时，金属喂料熔炼产生的气体，通过真空泵及时吸走，让熔料管内无过多废气存在，便于注射充填；

开模：机台模具前后模打开；

顶出：模具顶出产品。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (9)

1.一种金属粉末注射成型设备，包括注射机，所述注射机包括熔料管和设置在所述熔料管内用于推料的螺杆，所述螺杆具有螺杆止逆环，其特征在于，在所述熔料管的位于所述螺杆止逆环前方的预注射区域处设置有排气口和排气阀，所述排气口连接抽气装置。

2.如权利要求1所述的金属粉末注射成型设备，其特征在于，所述熔料管前端设置有炮筒法兰，所述排气口设置在所述炮筒法兰上。

3.如权利要求2所述的金属粉末注射成型设备，其特征在于，所述炮筒法兰包括中央贯通的凸缘和连通所述凸缘并突出于所述凸缘前方的前端管，所述前端管连接所述注射机的射嘴，所述排气口设置在所述前端管上。

4.如权利要求3所述的金属粉末注射成型设备，其特征在于，所述排气口包括贯通所述前端管的管壁的多个排气孔。

5.如权利要求1至4任一项所述的金属粉末注射成型设备，其特征在于，所述多个排气孔在所述前端管的侧壁上沿周向间隔分布。

6.如权利要求1至5任一项所述的金属粉末注射成型设备，其特征在于，还包括控制单元和设置在所述熔料管内的压力传感器，所述控制单元与所述压力传感器、所述抽气装置及所述排气阀相连，所述控制单元用于根据所述压力传感器检测到所述熔料管内的气压控制所述排气阀打开或关闭，并控制所述抽气装置进行抽气或停止抽气。

7.如权利要求1至6任一项所述的金属粉末注射成型设备，其特征在于，所述抽气装置包括抽气泵。

8.一种金属粉末注射成型方法，其特征在于，使用如权利要求1至7任一项所述金属粉末注射成型设备进行金属粉末注射成型。

9.如权利要求8所述的金属粉末注射成型方法，其特征在于，包括合模、注射、保压、冷却、储料、射退、抽气、开模以及顶出步骤，其中，在抽气步骤，打开所述排气阀，控制所述抽气装置通过所述排气口将所述熔料管内产生的气体吸走，抽气完成后关闭所述排气阀。

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