粉末注射成形技術(shù)在某緊固扣生產(chǎn)中的應(yīng)用

吳福

【摘 要】緊固扣零件尺寸小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用機(jī)加工比較困難，本文采用粉末注射成形近凈成形技術(shù)生產(chǎn)緊固扣零件進(jìn)行探討，確定出適合生產(chǎn)緊固扣零件的原材料、粘結(jié)劑、混煉工藝、脫脂和燒結(jié)等工藝，高效率低成本地制備出滿足要求的緊固扣產(chǎn)品。

【關(guān)鍵詞】粉末注射成形；緊固扣；脫脂；燒結(jié)

緊固扣是設(shè)備中起輔助緊固作用的零部件，零件形狀尺寸小，批量大，帶有孔、槽、支臂和緊固頭等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，零件的材料為鎳銅合金。一直以來(lái)該零件采用機(jī)加工生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)鉆、銑、車、磨等多道次加工成活，加工工時(shí)長(zhǎng)，在加工過(guò)程中還需要進(jìn)行多次裝卡，零件的尺寸精度很難保證，加工廢品率較高，產(chǎn)品制造成本高。

金屬粉末注射成形技術(shù)是傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)結(jié)合塑料成形技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種金屬零部件近凈成形技術(shù)[1]。該技術(shù)可以自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)制造出最終形狀的零部件產(chǎn)品，解決了小型復(fù)雜零部件加工的困難。把金屬粉末注射成形技術(shù)應(yīng)用到緊固扣工件的生產(chǎn)，充分發(fā)揮注射成形的近凈成形技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)的方式大批量制造出零部件產(chǎn)品，對(duì)提高緊固扣的生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本具有重大的意義。

1 粉末原材的選擇

金屬粉末注射成形對(duì)粉末原材料的要求相對(duì)較高，選擇合適的原材料有利于后續(xù)的混煉、成形、脫脂和燒結(jié)進(jìn)程，金屬粉末的主要性能指標(biāo)有粉末粒度、松裝密度、振實(shí)密度、流動(dòng)性等，理想的粉末材料的平均粒徑0.5～20μm，松裝密度為0.4～0.5T.D（理論密度），振實(shí)密度為0.5T.D以上，粉末顆粒要近似球形，粉末具有大的比表面積，在成形時(shí)流動(dòng)性好，填充量大，燒結(jié)的收縮率低，有利于成形和尺寸精度控制[2]。

緊固扣主要含有銅和鎳兩種元素，原材料選擇粉末粒度較小球形最佳的羰基銅粉和羰基鎳粉，這兩種粉末的平均粒度為5μm，松裝密度和振實(shí)密度也符合要求。

2 粘結(jié)劑

注射成形要求喂料在一定溫度下呈熔融態(tài)并具有良好的流動(dòng)性，一般在金屬粉末中加入占體積百分?jǐn)?shù)40%～60%的粘結(jié)劑，依據(jù)混合粘結(jié)劑后的粉末喂料的流變特性和粘結(jié)劑的脫脂特性來(lái)選擇。通常采用的粘結(jié)劑有熱塑性體系、凝膠體系、水溶性體系和熱固性體系等[3]。根據(jù)緊固扣原料特性，選用了石蠟基多元聚合物粘結(jié)劑，其主要組成為：65wt%的石蠟+25wt%的高密度聚乙烯+10wt%的硬脂酸。選用熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好的石蠟作為主要組分，保證了喂料的流變特性，添加較高熔點(diǎn)的高密度聚乙烯作為骨架材料，給注射坯體提供足夠的強(qiáng)度，另外少量的硬脂酸作為表面活性劑，增加粘結(jié)劑和金屬粉末的潤(rùn)濕性能。

3 注射成形

注射成形是為了獲得緊固扣零件形狀的無(wú)缺陷的成形坯，在成形過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷在后續(xù)工序中是不可消除的，因此要嚴(yán)格控制該步工序。緊固扣的喂料采用石蠟基粘結(jié)劑，成形溫度要比粘結(jié)劑中各個(gè)聚合物組分的熔點(diǎn)高。成形壓力越高越有利于喂料的成形，但過(guò)高的壓力會(huì)導(dǎo)致粘結(jié)劑和金屬粉體的分離并出現(xiàn)飛邊。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終確定成形溫度為165℃～170℃，成形壓力120MPa，在該工藝成形的緊固扣注射坯形狀保持好，表面光滑、顏色均勻，沒(méi)有缺陷。

4 脫脂和燒結(jié)

脫脂的目的是把成形坯中的粘結(jié)劑脫除，脫脂不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致成形坯開(kāi)裂變形，如何快速高效地將粘結(jié)劑脫除又避免缺陷產(chǎn)生是關(guān)鍵，一般采用溶劑法和熱脫脂相結(jié)合的方法進(jìn)行[4]。對(duì)于石蠟基粘結(jié)劑，選用三氯乙烯作為溶劑，石蠟在該溶劑中具有高的溶解度，而高密度聚乙烯在其中的溶解度要低，通過(guò)浸泡，把注射坯中60%以上的石蠟溶解出來(lái)，形成開(kāi)孔連續(xù)通道，而高密度聚乙烯未發(fā)生溶解，作為支架支撐保持著注射坯的形狀。熱脫脂是使粘結(jié)劑在高溫下以氣體方式從坯體中脫出，根據(jù)喂料的熱分解特性，制定出在150℃、350℃和450℃三個(gè)溫度區(qū)間保溫的熱脫脂工藝，在150℃主要脫除水汽和溶劑殘留，在350℃溫度區(qū)間脫出石蠟，該區(qū)間要保持慢的升溫速率和較長(zhǎng)的保溫時(shí)間。450℃溫度區(qū)間，高密度聚乙烯裂解脫出。經(jīng)過(guò)溶劑脫脂和熱脫脂，成形坯中的粘結(jié)劑基本全部脫除。

燒結(jié)是將成形坯經(jīng)過(guò)高溫加熱得到強(qiáng)化和致密化制品的技術(shù)，成形坯經(jīng)過(guò)脫脂后其內(nèi)部保留大量的孔隙，燒結(jié)產(chǎn)品收縮率一般達(dá)到15%～25%，對(duì)于緊固扣這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的異形件，燒結(jié)產(chǎn)品的尺寸精度和變形控制是關(guān)鍵因素。通過(guò)試驗(yàn)，確定緊固扣的銅鎳合金燒結(jié)工藝為1230℃真空燒結(jié)2小時(shí)，燒結(jié)的緊固扣產(chǎn)品形狀保持好，形位公差小，零件的尺寸公差也符合要求。

5 結(jié)論

羰基銅粉和羰基鎳粉為原材料，結(jié)合石蠟加高密度聚乙烯和硬脂酸的聚合物粘結(jié)劑制成喂料，在成形溫度為165℃～170℃，成形壓力120MPa下制備出成形坯，經(jīng)溶劑脫脂和真空脫脂后在1230℃真空燒結(jié)制造出緊固扣工件，產(chǎn)品形狀和尺寸滿足要求，實(shí)現(xiàn)低成本高效率生產(chǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]韓鳳麟.金屬注射成形-21世紀(jì)的金屬零件成形工藝[J].粉末冶金工業(yè)，2012，22（2）：1-9.

[2]曲選輝.粉末注射成形的研究進(jìn)展[J].中國(guó)材料進(jìn)展，2010，29（5）：42-46.

[3]李篤信，李益民，曲選輝，等.金屬粉末注射成形粘結(jié)劑[J].材料導(dǎo)報(bào)，2000，14（5）：36-39.

[4]王光耀，何浩，李益民，等.工藝參數(shù)對(duì)金屬粉末注射成形芯層熔體形貌的影響[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2011，21（8）：1847-1854.

[責(zé)任編輯：湯靜]