CN115007862B

CN115007862B - 一种金属注射成形生产游标卡尺尺身的方法

Info

Publication number: CN115007862B
Application number: CN202210568532.XA
Authority: CN
Inventors: 杜朝晖; 杨勇; 车俊骏; 孙思颖
Original assignee: Anhui Haofang Electromechanics Co Ltd
Current assignee: Anhui Haofang Electromechanics Co Ltd
Priority date: 2022-05-24
Filing date: 2022-05-24
Publication date: 2023-05-26
Anticipated expiration: 2042-05-24
Also published as: CN115007862A

Abstract

本发明提供一种金属注射成形生产游标卡尺尺身的方法，它包括物料组份和物料的制备方法，其中物料组份包括各元素按重量百分比如下：420不锈钢粉料中，再加入铬，进行混合形成原料粉，再在原料粉内加入粘接剂经过密炼、造粒制备成用于金属注射成形卡尺零件的注射料。使用的该注射料进行金属注射成形生产卡尺零件，采用了MIM新工艺和配方提高了生产效率、提高了产品的精度和产品的使用寿命。

Description

一种金属注射成形生产游标卡尺尺身的方法

技术领域：

本申请涉及金属粉末注射成形（MIM）技术领域，具体地说就是一种金属注射成形生产游标卡尺尺身的方法。

背景技术：

卡尺是一种量具，主要类型有游标卡尺，带表卡尺和数显卡尺。几款卡尺主要的零件有尺身和尺框。由于尺身和尺框形状外形异性复杂，尺寸要求较高。所以加工效率低，成本大。由于卡尺每年需求量很大，所以迫切需要一种既能满足品质要求，加工效率高和成本低的加工工艺。

目前卡尺主要的原材料是碳钢，使用过程中会发生生锈影响卡尺测量精度的情况。而不锈钢材料的卡尺由于不锈钢不易加工的特性，尺身和尺框外形较大的特征会导致加工量很大，极易发生零件变形尺寸不符合要求的情况，从而影响卡尺精度和使用寿命。

金属注射成形工艺作为一种近净成形工艺，可以较大程度的实现一次成形出产品的要求，获得的产品只需少量机加工即可满足产品需求，因而可大大节约原材料及生产成本，非常符合卡尺零件尺身和尺框的加工制造需求。

由于金属注射成型技术的原料可以根据产品特性量身配置，所以金属粉末注射成型技术的材料更符合特定产品使用需求，而目前金属粉末注射成型技术中现有的材料耐腐蚀性较差，成分繁杂，配料不便等问题。

发明内容：

本发明就是为了克服现有技术中的不足，提供一种金属注射成形卡尺零件的物料及其制备方法。

本申请提供以下技术方案：

一种金属注射成形生产游标卡尺尺身的方法，它包括420不锈钢粉料，420不锈钢粉料由以下常规成分元素组成，C 0.6-0.65%、 Mn0.5-1.00%、Si0.5-1.00、Cr12.0-14.0%、Ni0.25-0.75%、P0.04%、S0.01-0.03%、其余金属粉末为Fe，其特征在于：它包括以下步骤：1）原料粉的制备，在上述420不锈钢粉料中再次加入3wt%-10wt%的金属铬粉末，并进行混合后得到原料粉；

2）称取粘结剂、所述粘结剂包括以下组份：占粘接剂总重量的86wt%的聚甲醛（POM）7520、占粘接剂总重量0.5wt%的聚乙烯6098，占粘接剂总重量的8.0wt%的聚乙烯7200，占粘接剂总重量1wt%的巴西蜡T3，占粘接剂总重量4.5wt%的切片石蜡；

3）制料，它包括依次进行的加料阶段、保温阶段、继续密炼阶段和造粒阶段，加料阶段将密炼机的温度提升到130℃±10℃加入原料粉和粘结剂中的巴西蜡T3和切片石蜡组份，而后随着温度的加热分别向密炼机内加入所述粘接剂的其它组份，待所有组份都加入后进入保温阶段时长20-40分钟，而后进入继续密炼阶段时长20-30分钟后开始机器造粒功能开始造粒，得到用于金属注射成形卡尺零件的注射料；

4）注射成形：设定注射机喷嘴温度为200℃，模具温度为120℃，将所述喂料加入注射机中并注射到模具中形成载板治具的注射胚；

修边：采用人工去毛边或喷砂的方式去除注射胚的毛边，喷砂所用砂子为棕刚玉砂；

脱脂：采用浓度为98%的浓硝酸或纯度为99.8%的草酸在脱脂炉中对修边后的注射胚进行脱脂，脱脂温度为110-130℃，脱脂时间14-16小时；

烧结：将脱脂后的产品放入烧结炉中烧结，烧结温度1360℃-1380℃，最高温保温时间2-3小时，得到烧结胚；

整形：将整形工装置于200T油压机的工作台上，将烧结胚放置于整形工装内，启动200T油压机并通过整形工装对烧结胚进行整形处理；通过整形保证烧结胚上表面1以及下表面2平面度及平面度0.05-0.1mm；

矫直：将整形后烧结坯用矫直机进行全面矫直，矫直后平面度及平行度0.05-0.1mm；

双面磨：将矫直后的烧结胚上表面和下表面进行双面平磨处理，得到成品；

所述整形工装包括：

与油压机输出端连接的上模和油压机工作台连接的下模，上模包括连接在一起的上模板固定板和上模板，下模包括下模板固定板，在下模固定板上连接有下模块，其特征在于：在上模板上来连接有一组凸台，在凸台上设有定位柱，在上模板上连接有一组上模镶件和一组铲基镶件，所述一组上模镶件的分布与卡尺尺身相对应；在模块上连接有与定位柱对应分布的导套，在模块上设有下模镶件放置孔，在下模镶件放置孔内放置有一组下模镶件，在下模镶件上设有与卡尺尺身相对应的卡尺尺身放置槽,在放置孔上设有两个缺口，在每个缺口内均设有一个滑动座，在滑动座两侧的缺口内连接有与滑动座对应配合的滑动座压块，在滑动座压块上分布有与滑动座两端对应配合的槽体，在每个缺口内还设有至少一个与滑动座对应配合的限位螺钉，在滑动座上连接有一组与卡尺尺身放置槽对应配合的抵紧块。

在上述技术方案的基础上，还可以有以下进一步的技术方案：

所述密炼和造粒步骤中的加料阶段中，当密炼机温度提升到至160℃±10℃时加入聚乙烯6098和聚乙烯7200，继续升温到180℃±10℃时加入所述聚甲醛7520。

所述加料阶段中保持密炼机转速10转/分钟。

所述保温阶段、继续密炼阶段和造粒阶段中密炼机转速为25转/分钟。

所述粘接剂重量占原料粉总重量的8.9%。

所述原料粉的制备中添加的Cr的直径为0.1-3μm。

所述滑动座上设有与铲基镶件对应配合的滑动座斜面，所述铲基镶件上设有与滑动座对应配合的铲基斜面。

所述的缺口一个沿上模板宽度方向分布，一个沿长度方向分布，所述的一组铲基镶件包括三块，其中两块沿横向分布一块沿纵向分布。

聚乙烯6098是防氧化剂可以防止产品脱脂以及烧结完成前的过程中产品坯件的氧化问题。聚乙烯7200起到注射坯在进行脱脂后坯件骨架的粘结问题，防止坯件出现散落损坏的情况。聚甲醛（POM）7520为粘结剂的主要成分，第一可以起到增加密炼机内的物料的流动性。第二在后续金属粉末注射成形环节中，能增加确保被注射机加热融化成液态的注射料的流动性，以便顺利的将其顺利的注射到模具中。

发明优点：

本发明提供的金属注射成形卡尺零件材料配比简单，操作方便，生产所得的游标卡尺尺身尺寸精度高，耐磨抗腐蚀，有效的保证了游标卡尺的精度与使用寿命。特别是0.1-3μm之间的Cr粉径，使得在制品时有效的避免偏聚的发生，从而影响产品的耐腐蚀性的问题。而且粘接剂中的成分可以有效的避免在采用上述制备方法制成的注射料生产卡尺零件出现的胚料氧化、生锈以及散落等问题。

附图说明：

图1是本发明中上模块的结构示意图；

图2是本发明中下模块的结构示意图；

图3是上模块和下模块的整体爆炸结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种金属注射成形生产游标卡尺尺身的方法，其特征在于：它包括以下步骤：1）原料粉的制备，准备420不锈钢粉料，所述420不锈钢粉料由以下常规成分元素组成，C 0.6-0.65%、 Mn0.5-1.00%、Si0.5-1.00、Cr12.0-14.0%、Ni0.25-0.75%、P0.04%、S0.01-0.03%、其余金属粉末为Fe。

将420不锈钢粉料加入V型混料机中而，再在V型混料机中加入占420不锈钢粉料5wt%的Cr粉末，粉末直径为0.1-3μm之间。混合时间30-50分钟，V混机桶体转速为20-35r/min，而后得到原料粉。

2）称取粘结剂，粘结剂的总重量为占原料粉总重量的8.9%。所述粘结剂包括以下组份：占粘接剂总重量的86wt%的聚甲醛（POM）7520、占粘接剂总重量0.5wt%的聚乙烯6098，占粘接剂总重量的8.0wt%的聚乙烯7200，占粘接剂总重量1wt%的巴西蜡T3，占粘接剂总重量4.5wt%的切片石蜡；

3）制料，它包括依次进行的加料阶段、保温阶段、继续密炼阶段和造粒阶段。在加料阶段将密炼机的温度提升到130℃，转速为10转/分钟，而后加入原料粉和粘结剂中的巴西蜡T3和切片石蜡组份一同加入到密炼机中，而后继续提升密炼机的温度待当密炼机温度提升到至160℃时加入聚乙烯6098和聚乙烯7200，待温度达到180℃时加入所述聚甲醛7520，同时密炼机转速调整为25转/分钟，并在此温度下保温30分钟，以便加入的粘结剂全部融化使金属粉末成泥状，而后关闭密炼机的加热功能并继续密炼25分钟，再开始机器造粒功能开始造粒，得到用于金属注射成形卡尺零件的注射料。

4）注射成形：设定注射机喷嘴温度为200℃，模具温度为120℃，将所述喂料加入注射机中并注射到模具中形成载板治具的注射胚。

5）修边：采用人工去毛边或喷砂的方式去除注射胚的毛边，喷砂所用砂子为棕刚玉砂。

6）脱脂：采用浓度为98%的浓硝酸或纯度为99.8%的草酸在脱脂炉中对修边后的注射胚进行脱脂，脱脂温度为110-130℃，脱脂时间14-16小时；

7）烧结：将脱脂后的产品放入烧结炉中烧结，烧结温度1360℃-1380℃，最高温保温时间2-3小时，得到烧结胚。

8）整形：将整形工装置于200T油压机的工作台上，将烧结胚放置于整形工装内，启动油压机并通过整形工装对烧结胚进行整形处理；通过整形保证烧结胚具上表面1以及下表面2平面度及平面度。

9）矫直：将整形后烧结坯用矫直机进行全面矫直，矫直后平面度及平行度0.05-0.1mm。

10）双面磨：将矫直后的上表面和下表面进行双面平磨处理，得到成品。

所述步骤8）中采用的整形工装包括：与油压机输出端连接的上模和油压机工作台连接的下模，上模包括连接在一起的上模板固定板1和上模板2，下模包括下模板固定板7，在下模固定板7上连接有下模块8。

在上模板2的四角分别分布有一个凸台3，其中两个沿上模板2宽度方向分布的凸台3连为一体。在凸台3上设有与定位柱4对应配合的沉头状的安装孔2a，在定位柱4端部有设有与沉头孔2a对应的翻边。

在上模板2上还设有镶件安装孔2b，所述的镶件安装孔2b包括沿上模板2长度方形分布的第一长条孔和沿上模板2宽度方形分布的第二长条孔，第一长条孔长度大于第二长条孔，第一长条孔的一端与第二长条孔连通，使得第一长条孔和第二长条孔成L形分布。

在第一长条孔外侧的上模板2上设有两个沿上模板2长度方形分布的铲基安装孔2c，在第二长条孔外侧的上模板2上另外设有一个沿上模板2宽度方形分布的铲基安装孔2c，该铲基安装孔2c分布在两个凸台3之间。

设置三个插入第一长条孔的上模镶件5和一个插入第二长条孔内的上模镶件5。使得四个上模镶件5成近似的L形分布，三个上模镶件5对应卡尺尺身中的条状尺身部分，而后另一个上模镶件5对应尺身一端的卡头部分,从而与待整形的卡尺尺身15对应。

在每个铲基安装孔2c内分别插入有一个铲基镶件6。在每块上模镶件5和铲基镶件6的一端端部均设有向外伸出的凸块13，在镶件安装孔2b和铲基安装孔2c内也设有与凸块13对应分布的台阶（图中未显示）。使得将定位柱4、上模镶件5和铲基镶件6插接到对应的安装孔后，通过一组连接螺栓19将上模板固定板1和上模板2连接固定在一起组成上模块时，上述定位柱4、上模镶件5和铲基镶件6也固定连接在上模板上。在每块铲基镶件6的内侧壁上均设有铲基斜面6a。

在下模块8的四角分布有与安装孔2a对应分布的导套安装孔8a，所述的导套安装孔8a也为沉头孔，在导套安装孔8a内插有与定位柱4对应配合的导套9，导套9下端向外延伸出环形翻边9a，通过一组连接螺栓18将下模块8与下模固定板7固定连接在一起，同时也将导套9固定连接在下模块8上。

在下模块8上设有与一组上模镶件5对应分布的放置孔10，在放置孔10插接有一组下模镶件17。在下模镶件17下端部均有向外伸出卡接凸块17a,所述放置孔10内也设有对应分布的台阶（图中未显示），在相连的下模镶件17下端与也设有相互卡接配合的卡槽17b和卡块（图中未显示），与上文中的导套9固定连接方式一样，当下模块8与下模固定板7固定连接在一起时所述的一组下模镶件17的卡接凸块17a与台阶，所述卡块与卡槽17b相互卡接在一起，并固定将下模镶件17固定在放置孔10内。

在下模镶件17上表面上设有与卡尺尺身15相对应的卡尺尺身放置槽10a。卡尺尺身放置槽10a包括与卡尺的尺身对应的条形槽a，在条形槽a一端分布与卡尺的卡头对应卡头槽b。条形槽a沿下模块8长度分布，卡头槽b沿下模块8宽度分布。

在放置孔10上设有两个缺口11，所述缺口11的一端均与下模块8的厚度端面连通。其中一个缺口11沿模块8长度方向分布，另一个缺口11沿模块8宽度方向分布。两个缺口11的长度不同，沿长度方向分布的缺口11长度较长。

在每个缺口11内的两端均连接有一个滑动座压块13，在两个滑动座压块13内侧设有槽体13a，在每个缺口11内均设有一个滑动座12，滑动座12下表面上均延伸出插入槽体13a内的滑动翻边12d，使得滑动翻边12d可以在槽体13a内沿槽体移动。

在每个滑动座12内侧侧壁上均设有台阶，在台阶上固定连接有一组抵紧块12c,在较长长度缺口内的滑动座12上的抵紧块12c一端均延伸出可以插入条形槽a的长条状延伸部12e。在较短缺口内的滑动座12上的其中一个抵紧块12c上延伸出可以插入卡头槽b的弧形延伸块12b。

在每个滑动座12外侧侧壁上均设有与铲基斜面6a对应配合的滑动座斜面12a。在每个滑动座12外侧的缺口11上均连接有与滑动座12对应配合的限位螺钉14。

实施例2：

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：420不锈钢粉料和Cr金属粉末改为3wt%，加入聚乙烯6098和聚乙烯7200时密炼机温度165℃。

实施例3：

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：420不锈钢粉料和Cr金属粉末改为2wt%，加入所述聚甲醛7520时密炼机温度175℃。

实施例4：

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：420不锈钢粉料和Cr金属粉末改为6wt%。

实施例5：

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：420不锈钢粉料和Cr金属粉末改为7wt%。

实施例6：

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：420不锈钢粉料和Cr金属粉末改为8wt%。加入原料粉时密炼机的温度提升到135℃。

实施例7：

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：420不锈钢粉料和Cr金属粉末改为9wt%。

对采用上述各实施例提供的注射料，应用到MIM工艺中生产出的卡尺零件，结合实验数据盐雾试验、硬度、屈服强度、抗拉强度进行综合对比：

实施例1	Cr金属粉末添加wt%	盐雾试验 H	硬度 HRC	屈服强度 Mpa	抗拉强度 N/mm²
						1	5wt%	20	52.3	416	576
2	3 wt%	11	47.2	449	602
						3	2 wt%	9	46.3	463	638
4	6 wt%	22	53.7	418	560
						5	7 wt%	24	54.2	389	539
6	8 wt%	27	54.8	331	470
						7	9 wt%	29	55.1	305	450

通过上述数据可知在进行二次添加Cr元素粉末5wt%-9wt%盐雾数据良好满足耐腐蚀要求，不过8wt%-9wt%的屈服强度但抗拉强度数据不理想，不能满足卡尺尺身和尺框的材质力学方面需求。所以最理想的Cr元素二次添加比例为：在420不锈钢粉料中再次加入5wt%-7wt%的金属铬粉末，而后和本方案提供的粘接剂一起进行密炼和造粒得到的用于金属注射成形卡尺零件的注射料。

将该注射料加入到注射机内，设定注射机喷嘴温度为180℃±5℃，模具温度为130℃±5℃，而后将注射料融化成液态后注射到模具中，冷却后得到注射坯。

再将制成注射坯放置在硝酸脱脂炉中，采用浓度为98%的浓硝酸，脱脂温度120℃，进行脱脂得到脱脂坯。

再次将所述脱脂坯放置在真空炉中，填充氮气保护，按照烧结温度为1270℃-1330℃；得到烧结坯，而后取出至室温冷却后所得的游标卡尺尺身，使其能满足力学需求和抗腐蚀要求。

Claims

1. 一种金属注射成形生产游标卡尺尺身的方法，它包括420不锈钢粉料，420不锈钢粉料由以下占质量百分比的常规成分元素组成，C 0.6-0.65%、 Mn0.5-1.00%、Si0.5-1.00%、Cr12.0-14.0%、Ni0.25-0.75%、P0.04%、S0.01-0.03%、其余金属粉末为Fe，其特征在于：它包括以下步骤：1）原料粉的制备，在上述420不锈钢粉料中再次加入3wt%-10wt%的金属铬粉末，并进行混合后得到原料粉，原料粉的制备中添加的Cr的直径为0.1-3μm；

2）称取粘结剂、粘结剂的总重量为占原料粉总重量的8.9%，所述粘结剂包括以下组份：占粘接剂总重量的86wt%的聚甲醛（POM）7520、占粘接剂总重量0.5wt%的聚乙烯6098，占粘接剂总重量的8.0wt%的聚乙烯7200，占粘接剂总重量1wt%的巴西蜡T3，占粘接剂总重量4.5wt%的切片石蜡；

4）注射成形：设定注射机喷嘴温度为200℃，模具温度为120℃，将所述注射料加入注射机中并注射到模具中形成载板治具的注射胚；

整形：将整形工装置于200T油压机的工作台上，将烧结胚放置于整形工装内，启动200T油压机并通过整形工装对烧结胚进行整形处理；通过整形保证烧结胚上表面1以及下表面2平面度0.05-0.1mm；

矫直：将整形后烧结坯用矫直机进行全面矫直，矫直后平行度0.05-0.1mm；

所述整形工装包括：

与油压机输出端连接的上模和油压机工作台连接的下模，上模包括连接在一起的上模板固定板（1）和上模板（2），下模包括下模板固定板（7），在下模固定板（7）上连接有下模块（8），在上模板（2）上连接有一组凸台（3），在凸台（3）上设有定位柱（4），在上模板（2）上连接有一组上模镶件（5）和一组铲基镶件（6），所述一组上模镶件（5）的分布与卡尺尺身（15）相对应；在下模块（8）上连接有与定位柱（4）对应分布的导套（9），在下模块（8）上设有下模镶件放置孔（10），在下模镶件放置孔（10）内放置有一组下模镶件（17），在下模镶件（17）上设有与卡尺尺身（15）相对应的卡尺尺身放置槽（10a）,在放置孔（10）上设有两个缺口（11），在每个缺口（11）内均设有一个滑动座（12），在滑动座（12）上设有与铲基镶件（6）对应配合的滑动座斜面（12a），所述铲基镶件（6）上设有与滑动座（12）对应配合的铲基斜面（6a），在滑动座（12）两侧的缺口（11）内连接有与滑动座（12）对应配合的滑动座压块（13），在滑动座压块（13）上分布有与滑动座（12）两端对应配合的槽体（13a），在每个缺口（11）内还设有至少一个与滑动座（12）对应配合的限位螺钉（14），在滑动座（12）上连接有一组与卡尺尺身放置槽（10a）对应配合的抵紧块（12c），所述的缺口（11）一个沿上模板（2）宽度方向分布，一个沿上模板（2）长度方向分布，所述的一组铲基镶件（6）包括三块，其中两块沿上模板（2）长度方向分布一块沿上模板（2）宽度方向分布。

2. 根据权利要求1中所述的一种金属注射成形生产游标卡尺尺身的方法，其特征在于：所述加料阶段中，当密炼机温度提升到至160℃±10℃时加入聚乙烯6098和聚乙烯7200，继续升温到180℃±10℃时加入所述聚甲醛（POM）7520。

3. 根据权利要求1中所述的一种金属注射成形生产游标卡尺尺身的方法，其特征在于：所述加料阶段中保持密炼机转速10转/分钟。

4.根据权利要求1中所述的一种金属注射成形生产游标卡尺尺身的方法，其特征在于：所述保温阶段、继续密炼阶段和造粒阶段中密炼机转速为25转/分钟。