CN112872358A - 一种精密治具及其制造方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于治具加工技术领域，提供了一种精密治具及其制造方法和应用，该治具的制造方法包括以下步骤：将金属粉末与粘结剂进行混炼处理和造粒处理，得到喂料颗粒；将喂料颗粒通过金属注射成型方法制成生坯；将生坯进行脱脂处理，以除去粘接剂后，再依次进行烧结处理、退火处理、粗加工处理、调质处理和精加工处理，得到所述治具。本发明实施例提供的制造方法可获得的治具的致密度较高，其不存在成分偏析，使得组织更加均匀，有助于提高治具的力学性能，延长治具的疲劳寿命。
Description
技术领域
本发明属于治具加工技术领域，尤其涉及一种精密治具及其制造方法和应用。
背景技术
现有技术中，精密治具的制造方法通常包括以下步骤：使用硬度达45HRC的金色块材作为原料，使用线切割的方式获得治具生坯，之后使用机加工的方式对生坯进行粗加工，然后通过调质处理提高治具生坯的强度硬度到设计值。使用机加工的方式对治具生坯进行精加工，获得治具成品。
然而，在此过程中，首先，线切割加工速度慢，且原料浪费极大；其次，由于原料硬度高，在粗加工时对刀具的损耗大。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种精密治具的制造方法，旨在解决背景技术中提出的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种精密治具的制造方法，其包括以下步骤：
将金属粉末与粘结剂进行混炼处理和造粒处理，得到喂料颗粒；
将喂料颗粒通过金属注射成型方法(MIM)制成生坯；
将生坯进行脱脂处理，以除去粘接剂后，再依次进行烧结处理、退火处理、粗加工处理、调质处理和精加工处理，得到所述治具。
其中，调质处理是用于提高治具生坯的强度硬度到设计值。
作为本发明实施例的一个优选方案，所述金属粉末与粘结剂的质量比为(85～95):(5～15)。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述金属粉末为420、S136、440C、SKD11中的任一种的钢材粉末；需要说明的是，适用于制造治具但未提及的其他材料也包含在内。另外，金属粉末可以是气雾化法、水雾化法、羰基法等制粉方法制得。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述粘结剂为聚甲醛(POM)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、硬脂酸(SA)、乙烯基双硬脂酰胺(EBS)和蜡中的至少一种。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述步骤中，混炼处理的温度为180～220℃，造粒处理的温度为140～180℃。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述步骤中，脱脂处理时，气氛为惰性气体，所采用的催化剂为发烟硝酸，处理温度为100～130℃。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述步骤中，烧结处理的温度为1200～1400℃。另外，退火处理可以在烧结处理降温时直接进行。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述步骤中，调质处理时，先将粗加工处理后的生坯升温至600～800℃进行热处理后，再升温至1000～1100℃进行热处理，然后油冷至60～80℃进行两次温度200～250℃的回火处理后，再空冷至20～30℃。
进一步，粗加工处理时，需要预留至少0.15％的加工余量应对热处理变形；调质处理前根据材料不同需要增加保温平台去除粗加工产生的应力。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述制造方法制得的治具。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的治具在3C零件加工中的应用。
本发明实施例提供的一种精密治具的制造方法，通过使用MIM工艺，在保留足够加工余量的基础上，可以通过一次成型获得拥有足够特征的治具；其复杂程度，相当于传统工艺中线切割和大部分粗加工的完成度。在批量生产时，可以极大的节约原材料和加工时间。另外，本发明实施例提供的制造方法可获得的治具的致密度较高，其不存在成分偏析，使得组织更加均匀，有助于提高治具的力学性能，延长治具的疲劳寿命。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
该实施例提供了一种精密治具的制造方法，其包括以下步骤：
S1、使用混炼造粒一体机将S136粉末和粘结剂按照91:9的质量比进行混合，并置于200℃的温度下进行混炼处理后，再置于160℃的温度下进行造粒处理，得到喂料颗粒。其中，粘结剂为聚甲醛(POM)。
S2、采用金属注射成型方法(MIM)，将喂料颗粒通过注射机注射入模具中，以制成生坯。其中，模具设计时，在保留工作部位效果不变的条件下，进行轻量化设计并用镂空结构控制烧结形变。
S3、将生坯置于脱脂炉中进行脱脂处理，以除去粘接剂。其中，脱脂处理时，脱脂气氛为氮气，使用发烟硝酸作为催化剂，并将生坯置于120℃下保温12小时。
S4、在氩气保护下，将脱脂处理后的生坯置于进行1340℃的温度下进行烧结处理4小时后，再进行退火处理去除烧结应力，同时降低生坯硬度以便于机加工。其中，退火处理是在烧结降温时进行，具体的，降温至780℃时，控制降温速度，2小时冷却至500℃，使用设备的强制冷却功能降温。
S5、使用机加工的方式对退火处理后的生坯进行粗加工处理，并预留至少0.15％的加工余量应对热处理变形。
S6、通过调质处理提高粗加工处理后的生坯的强度硬度到设计值。具体的，调质处理时，先将粗加工处理后的生坯升温至650℃进行热处理2小时，以消除粗加工产生的应力后，再升温至1050℃进行热处理30分钟，然后油冷至70℃进行两次温度250℃的回火处理2小时后，再空冷至25℃。
S7、使用机加工的方式对精加工处理后的生坯进行精加工处理，即可获得治具成品。
实施例2
该实施例提供了一种精密治具的制造方法，其包括以下步骤：
S1、使用混炼造粒一体机将SKD11粉末和粘结剂按照90:10的质量比进行混合，并置于210℃的温度下进行混炼处理后，再置于160℃的温度下进行造粒处理，得到喂料颗粒。其中，粘结剂为聚乙烯(PE)。
S2、采用金属注射成型方法(MIM)，将喂料颗粒通过注射机注射入模具中，以制成生坯。其中，模具设计时，在保留工作部位效果不变的条件下，进行轻量化设计并用镂空结构控制烧结形变。
S3、将生坯置于脱脂炉中进行脱脂处理，以除去粘接剂。其中，脱脂处理时，脱脂气氛为氮气，使用发烟硝酸作为催化剂，并将生坯置于110℃下保温18小时。
S4、在氩气保护下，将脱脂处理后的生坯置于进行1250℃的温度下进行烧结处理4小时后，再进行退火处理去除烧结应力，同时降低生坯硬度以便于机加工。其中，退火处理是在烧结降温时进行，具体的，降温至850℃时，控制降温速度，3小时冷却至600℃，使用设备的强制冷却功能降温。
S5、使用机加工的方式对退火处理后的生坯进行粗加工处理，并预留至少0.15％的加工余量应对热处理变形。
S6、通过调质处理提高粗加工处理后的生坯的强度硬度到设计值。具体的，调质处理时，先将粗加工处理后的生坯升温至700℃进行热处理2小时，以消除粗加工产生的应力后，再升温至1030℃进行热处理30分钟，然后油冷至70℃进行两次温度200℃的回火处理2小时后，再空冷至25℃。
S7、使用机加工的方式对精加工处理后的生坯进行精加工处理，即可获得治具成品。
实施例3
该实施例提供了一种精密治具的制造方法，其包括以下步骤：
S1、使用混炼造粒一体机将420粉末和粘结剂按照85:15的质量比进行混合，并置于180℃的温度下进行混炼处理后，再置于140℃的温度下进行造粒处理，得到喂料颗粒。其中，粘结剂为聚丙烯(PP)。
S2、采用金属注射成型方法(MIM)，将喂料颗粒通过注射机注射入模具中，以制成生坯。其中，模具设计时，在保留工作部位效果不变的条件下，进行轻量化设计并用镂空结构控制烧结形变。
S3、将生坯置于脱脂炉中进行脱脂处理，以除去粘接剂。其中，脱脂处理时，脱脂气氛为氮气，使用发烟硝酸作为催化剂，并将生坯置于100℃下保温12小时。
S4、在氩气保护下，将脱脂处理后的生坯置于进行1200℃的温度下进行烧结处理4小时后，再进行退火处理去除烧结应力，同时降低生坯硬度以便于机加工。其中，退火处理是在烧结降温时进行，具体的，降温至780℃时，控制降温速度，2小时冷却至500℃，使用设备的强制冷却功能降温。
S5、使用机加工的方式对退火处理后的生坯进行粗加工处理，并预留至少0.15％的加工余量应对热处理变形。
S6、通过调质处理提高粗加工处理后的生坯的强度硬度到设计值。具体的，调质处理时，先将粗加工处理后的生坯升温至600℃进行热处理后，再升温至1000℃进行热处理，然后油冷至60℃进行两次温度200℃的回火处理后，再空冷至20℃。
S7、使用机加工的方式对精加工处理后的生坯进行精加工处理，即可获得治具成品。
实施例4
该实施例提供了一种精密治具的制造方法，其包括以下步骤：
S1、使用混炼造粒一体机将440C粉末和粘结剂按照95:5的质量比进行混合，并置于220℃的温度下进行混炼处理后，再置于180℃的温度下进行造粒处理，得到喂料颗粒。其中，粘结剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、硬脂酸(SA)和蜡的等质量比混合物。
S2、采用金属注射成型方法(MIM)，将喂料颗粒通过注射机注射入模具中，以制成生坯。其中，模具设计时，在保留工作部位效果不变的条件下，进行轻量化设计并用镂空结构控制烧结形变。
S3、将生坯置于脱脂炉中进行脱脂处理，以除去粘接剂。其中，脱脂处理时，脱脂气氛为氮气，使用发烟硝酸作为催化剂，并将生坯置于130℃下保温12小时。
S4、在氩气保护下，将脱脂处理后的生坯置于进行1400℃的温度下进行烧结处理4小时后，再进行退火处理去除烧结应力，同时降低生坯硬度以便于机加工。其中，退火处理是在烧结降温时进行，具体的，降温至780℃时，控制降温速度，2小时冷却至500℃，使用设备的强制冷却功能降温。
S5、使用机加工的方式对退火处理后的生坯进行粗加工处理，并预留至少0.15％的加工余量应对热处理变形。
S6、通过调质处理提高粗加工处理后的生坯的强度硬度到设计值。具体的，调质处理时，先将粗加工处理后的生坯升温至800℃进行热处理后，再升温至1100℃进行热处理，然后油冷至80℃进行两次温度250℃的回火处理后，再空冷至30℃。
S7、使用机加工的方式对精加工处理后的生坯进行精加工处理，即可获得治具成品。
实施例5
该实施例提供了一种精密治具的制造方法，其包括以下步骤：
S1、使用混炼造粒一体机将SKD11粉末和粘结剂按照88:12的质量比进行混合，并置于190℃的温度下进行混炼处理后，再置于150℃的温度下进行造粒处理，得到喂料颗粒。其中，粘结剂为乙烯基双硬脂酰胺(EBS)和蜡的等质量比混合物。
S2、采用金属注射成型方法(MIM)，将喂料颗粒通过注射机注射入模具中，以制成生坯。其中，模具设计时，在保留工作部位效果不变的条件下，进行轻量化设计并用镂空结构控制烧结形变。
S3、将生坯置于脱脂炉中进行脱脂处理，以除去粘接剂。其中，脱脂处理时，脱脂气氛为氮气，使用发烟硝酸作为催化剂，并将生坯置于110℃下保温12小时。
S4、在氩气保护下，将脱脂处理后的生坯置于进行1300℃的温度下进行烧结处理4小时后，再进行退火处理去除烧结应力，同时降低生坯硬度以便于机加工。其中，退火处理是在烧结降温时进行，具体的，降温至780℃时，控制降温速度，2小时冷却至500℃，使用设备的强制冷却功能降温。
S5、使用机加工的方式对退火处理后的生坯进行粗加工处理，并预留至少0.15％的加工余量应对热处理变形。
S6、通过调质处理提高粗加工处理后的生坯的强度硬度到设计值。具体的，调质处理时，先将粗加工处理后的生坯升温至650℃进行热处理后，再升温至1080℃进行热处理，然后油冷至65℃进行两次温度220℃的回火处理后，再空冷至25℃。
S7、使用机加工的方式对精加工处理后的生坯进行精加工处理，即可获得治具成品。
实施例6
该实施例提供了一种精密治具的制造方法，其包括以下步骤：
S1、使用混炼造粒一体机将420粉末和粘结剂按照93:7的质量比进行混合，并置于210℃的温度下进行混炼处理后，再置于160℃的温度下进行造粒处理，得到喂料颗粒。其中，粘结剂为乙烯基双硬脂酰胺(EBS)。
S2、采用金属注射成型方法(MIM)，将喂料颗粒通过注射机注射入模具中，以制成生坯。其中，模具设计时，在保留工作部位效果不变的条件下，进行轻量化设计并用镂空结构控制烧结形变。
S3、将生坯置于脱脂炉中进行脱脂处理，以除去粘接剂。其中，脱脂处理时，脱脂气氛为氮气，使用发烟硝酸作为催化剂，并将生坯置于120℃下保温12小时。
S4、在氩气保护下，将脱脂处理后的生坯置于进行1250℃的温度下进行烧结处理4小时后，再进行退火处理去除烧结应力，同时降低生坯硬度以便于机加工。其中，退火处理是在烧结降温时进行，具体的，降温至780℃时，控制降温速度，2小时冷却至500℃，使用设备的强制冷却功能降温。
S5、使用机加工的方式对退火处理后的生坯进行粗加工处理，并预留至少0.15％的加工余量应对热处理变形。
S6、通过调质处理提高粗加工处理后的生坯的强度硬度到设计值。具体的，调质处理时，先将粗加工处理后的生坯升温至750℃进行热处理后，再升温至1050℃进行热处理，然后油冷至75℃进行两次温度230℃的回火处理后，再空冷至28℃。
S7、使用机加工的方式对精加工处理后的生坯进行精加工处理，即可获得治具成品。
实施例7
该实施例提供了一种精密治具的制造方法，其包括以下步骤：
S1、使用混炼造粒一体机将SKD11粉末和粘结剂按照92:8的质量比进行混合，并置于210℃的温度下进行混炼处理后，再置于150℃的温度下进行造粒处理，得到喂料颗粒。其中，粘结剂为聚甲醛(POM)、硬脂酸(SA)、乙烯基双硬脂酰胺(EBS)和蜡的等质量比混合物。
S2、采用金属注射成型方法(MIM)，将喂料颗粒通过注射机注射入模具中，以制成生坯。其中，模具设计时，在保留工作部位效果不变的条件下，进行轻量化设计并用镂空结构控制烧结形变。
S3、将生坯置于脱脂炉中进行脱脂处理，以除去粘接剂。其中，脱脂处理时，脱脂气氛为氮气，使用发烟硝酸作为催化剂，并将生坯置于115℃下保温12小时。
S4、在氩气保护下，将脱脂处理后的生坯置于进行1300℃的温度下进行烧结处理4小时后，再进行退火处理去除烧结应力，同时降低生坯硬度以便于机加工。其中，退火处理是在烧结降温时进行，具体的，降温至780℃时，控制降温速度，2小时冷却至500℃，使用设备的强制冷却功能降温。
S5、使用机加工的方式对退火处理后的生坯进行粗加工处理，并预留至少0.15％的加工余量应对热处理变形。
S6、通过调质处理提高粗加工处理后的生坯的强度硬度到设计值。具体的，调质处理时，先将粗加工处理后的生坯升温至700℃进行热处理后，再升温至1020℃进行热处理，然后油冷至70℃进行两次温度225℃的回火处理后，再空冷至25℃。
S7、使用机加工的方式对精加工处理后的生坯进行精加工处理，即可获得治具成品。
利用上述实施例1提供的制造方法制得180mm*80mm*12mm规格的治具，该治具烧结处理后的各指标检测结果如表1所示。
表1
| 指标 | 实施例1 |
| 烧结变形量 | 无 |
| 烧结变形量平面度 | ±0.08mm |
| 烧结变形量直线度 | ±0.05mm |
| 热处理变形量(HRC50) | ±0.03mm |
| 除应力退火 | 无应力 |
综上所述，本发明提供的制造方法可获得的治具的致密度较高，其不存在成分偏析，使得组织更加均匀，有助于提高治具的力学性能，延长治具的疲劳寿命。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种精密治具的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将金属粉末与粘结剂进行混炼处理和造粒处理，得到喂料颗粒；
将喂料颗粒通过金属注射成型方法制成生坯；
将生坯进行脱脂处理，以除去粘接剂后，再依次进行烧结处理、退火处理、粗加工处理、调质处理和精加工处理，得到所述治具。
2.根据权利要求1所述的一种精密治具的制造方法，其特征在于，所述金属粉末与粘结剂的质量比为(85~95):(5~15)。
3.根据权利要求1或2所述的一种精密治具的制造方法，其特征在于，所述金属粉末为420、S136、440C、SKD11中的任一种的钢材粉末。
4.根据权利要求1或2所述的一种精密治具的制造方法，其特征在于，所述粘结剂为聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸、乙烯基双硬脂酰胺和蜡中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种精密治具的制造方法，其特征在于，所述步骤中，混炼处理的温度为180~220℃，造粒处理的温度为140~180℃。
6.根据权利要求1所述的一种精密治具的制造方法，其特征在于，所述步骤中，脱脂处理时，气氛为惰性气体，所采用的催化剂为发烟硝酸，处理温度为100~130℃。
7.根据权利要求1所述的一种精密治具的制造方法，其特征在于，所述步骤中，烧结处理的温度为1200~1400℃。
8.根据权利要求1所述的一种精密治具的制造方法，其特征在于，所述步骤中，调质处理时，先将粗加工处理后的生坯升温至600~800℃进行热处理后，再升温至1000~1100℃进行热处理，然后油冷至60~80℃进行两次温度200~250℃的回火处理后，再空冷至20~30℃。
9.一种如权利要求1~8中任一项所述制造方法制得的治具。
10.一种如权利要求9所述的治具在3C零件加工中的应用。
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