高性能棘爪注射成形工藝的研究

徐國熙（威海職業(yè)學(xué)院，山東 威海 264210）

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高性能棘爪注射成形工藝的研究

徐國熙
（威海職業(yè)學(xué)院，山東 威海 264210）

摘 要：介紹了金屬注射成形工藝制造高性能紡織機(jī)械配件棘爪的工藝可行性，其中粘結(jié)劑的制備及脫脂工序是關(guān)鍵工序。

關(guān)鍵詞：高性能棘爪；粘結(jié)劑；金屬注射成形；金相組織

1　前言

金屬粉末注射成形（MIM）技術(shù)是將傳統(tǒng)粉末冶金工藝和塑料注射成形工藝相結(jié)合的一種新型粉末冶金近凈成形技術(shù)［1］，MIM工藝主要包括混煉、注射、脫脂、燒結(jié)等工序，該工藝的材料利用率高，制取的零件具有幾何形狀不規(guī)則，強(qiáng)度高，耐磨性好，精度高等優(yōu)良性能［2］，被譽(yù)為二十一世紀(jì)機(jī)械加工領(lǐng)域內(nèi)的一場“革命”。

紡織機(jī)械重要配件之一棘爪的特點(diǎn)是：與棘輪匹配良好、運(yùn)動(dòng)靈活、具有強(qiáng)度高、耐磨性好、工作時(shí)間長等使用性能［3］，而棘爪本身的尺寸不規(guī)則，使用性能要求高，采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，效率低、成本高，因此開發(fā)出MIM技術(shù)制造棘爪的新工藝，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2　實(shí)驗(yàn)方法

2.1原料

2.1.1 粘結(jié)劑的制備

粘結(jié)劑由PW、MW、EVA、HDPE、SA等組元組成，采用對比實(shí)驗(yàn)法，將PW于95℃在混煉器中完全熔化后升溫，依次加入MW、EVA、HDPE，攪拌后、進(jìn)行混煉后，再加入SA，再攪拌2.5h，制備出粘結(jié)劑1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)，經(jīng)過優(yōu)選1號(hào)為最佳配方，備用。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)所用的金屬粉末原料

羰基鐵粉、羰基鎳粉、霧化鐵粉、鉻粉、鉬粉等，其中鐵粉、鎳粉、碳化鎢的粉末物理特性如表1。

表1　原料粉末的物理特性

2.2混料

（1）將金屬粉末按工藝要求的配方進(jìn)行混合，并在雙錐混合機(jī)混合，時(shí)間為6h。

（2）將混合均勻的金屬粉末與粘結(jié)劑配方1號(hào)，按工藝配方在混煉機(jī)內(nèi)于溫度150℃左右，混煉1h。

（3）將混煉后的喂料在塑料擠出裝置中制粒，供注射成形使用。

2.3注射成型

在SZ-28型注射成型機(jī)，注射毛坯，注射工藝參數(shù)為溫度145℃，壓力85，速度80，時(shí)間4秒，毛坯外形完整，光滑，斷面成分均勻。

2.4脫脂

該工序采用兩步脫脂法，即首先在75℃用有機(jī)溶劑將毛坯中的熔點(diǎn)低的有機(jī)物，通過溶解--擴(kuò)散反應(yīng)溶于溶劑中，然后通過熱脫脂進(jìn)一步將大分子有機(jī)物脫除，工藝參數(shù)：推舟速度4.0cm/min，溫度分別為：

一段150℃，二段240℃，三段350℃，四段550℃，五段750℃。

2.5燒結(jié)

采用氮?dú)?氫氣混合氣作為保護(hù)氣，設(shè)備為鉬絲爐，工藝參數(shù)：溫度分別為：一段190℃，二段390℃，三段690℃，四段1050℃，速度0.5cm/min

2.6熱處理

采用氣體滲碳，工藝參數(shù)：溫度860℃-880℃，保溫時(shí)間3-4h，油淬火處理，低溫回火1.5-2h，表面硬度50-55HRC，顯微組織為回火馬氏體（1-2級(jí)）+分布均勻的小塊狀碳化物。

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

（1）粘結(jié)劑的制備。①對成型工序的影響，粘結(jié)劑是MIM的核心技術(shù)，其組分的類型及數(shù)量影響喂料的流動(dòng)性，毛坯的成型性及毛坯的成品率。②對脫脂工序的影響，骨架有機(jī)高分子的作用對毛坯的保型性至關(guān)重要，直接影響溶劑脫脂的效果，進(jìn)而決定脫脂工序的成敗。（2）雙錐混煉工序，混煉時(shí)間是關(guān)鍵，否則，金屬粉末成分易偏析，成品件組織分布不均勻。（3）溶劑脫脂，溫度高于80℃，會(huì)出現(xiàn)鼓泡，溶脹現(xiàn)象，毛坯出現(xiàn)坍塌缺陷，溫度低于60℃脫脂效果不理想，對于本實(shí)驗(yàn)所用粘結(jié)劑體系最適宜的溫度是75℃。（4）棘爪最適宜燒結(jié)溫度為1050℃±2℃，幾何尺寸最理想，溫度高，尺寸小；溫度低，尺寸大。（5）熱處理工藝參數(shù)的選擇是保證棘爪的物理力學(xué)性能的關(guān)鍵工序。

4　結(jié)論

（1）粘結(jié)劑的制備是MIM技術(shù)制造棘爪的核心技術(shù)，它直接影響混料、成形、脫脂、燒結(jié)等工序的進(jìn)行，決定棘爪能否實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

（2）脫脂工序是關(guān)鍵工序，直接影響毛坯產(chǎn)品的幾何尺寸、成品率及生產(chǎn)效率。

（3）采用MIM技術(shù)生產(chǎn)的棘爪，質(zhì)量穩(wěn)定、尺寸精度高、性能優(yōu)良、可以實(shí)現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］German R M，Cornwall R C.The Powder Injection Molding Industry.An Industry and Market Report［J］.

［2］Hofman Hetal.Modern Development of P/M［J］，1985.

［3］夏鑫等.紡織設(shè)備維修管理基礎(chǔ)［J］.p120-122.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.043

作者簡介：徐國熙（1967-），男，山東威海人，本科，講師，研究方向：應(yīng)用化工。