一種粉末注射成型模具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種粉末注射成型的模具，特別是涉及一種制備致密成型件的粉末注射模具。
【背景技術(shù)】
[0002]粉末注射成形技術(shù)(Powder inject1n molding，簡稱PIM)是一種將金屬粉末與有機(jī)黏結(jié)劑混合，在加熱狀態(tài)下用注射成形機(jī)將其注入模腔內(nèi)成形，再用化學(xué)溶劑或加熱分解的方法去掉黏結(jié)劑，最終燒結(jié)成致密產(chǎn)品的新型合金生產(chǎn)技術(shù)。近年來，隨著制造復(fù)雜形狀的金屬或陶瓷燒結(jié)體方法工藝的發(fā)展，PIM技術(shù)應(yīng)用到越來越多的領(lǐng)域中，尤其是M頂(Metal Inject1n Molding，金屬注射成型)和 CIM (Ceramic Inject1n Molding 陶瓷注射成型)應(yīng)用于各類結(jié)構(gòu)件、異形件的成型工藝中。隨著PIM技術(shù)的發(fā)展，各領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的尺寸精度、組織均勻性、力學(xué)性能、生產(chǎn)成本等提出越來越高的要求，這就要求脫脂燒結(jié)前的生胚產(chǎn)品有高的密度和組織均勻性，以達(dá)到對產(chǎn)品的越來越高的性能要求。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，為了提升生胚產(chǎn)品的致密程度，往往采用粒徑極小的粉末原料進(jìn)行壓制，同時(shí)嚴(yán)格控制粉末原料粒度的均一性，如常規(guī)粉末冶金原料粒度為50-100 μ m，一旦將粉末原料的平均粒度控制為10 μ m左右，則M頂產(chǎn)品的致密程度可提升20%-30%。但是，對原料粉末的粒度進(jìn)行控制會帶來原料粉末成本的成倍增長，同時(shí)在目前的技術(shù)條件下，粉末粒度的減小程度也極為有限。
[0004]也有許多技術(shù)對制備工藝中所用到的模具進(jìn)行了改進(jìn)，如申請?zhí)枮?00510138082.7的名為《用于制造致密的粉末金屬零件的方法和組合模》的中國專利，提供了一種包含有從打開位置到閉合位置相對于彼此可運(yùn)動的上模和下模的模具，還包括至少一個(gè)與所述上模相聯(lián)的上沖頭以及至少一個(gè)與所述下模相聯(lián)的下沖頭，該方法利用上下模與上下沖頭做相對移動來壓實(shí)型腔中的粉末以獲得致密產(chǎn)品。該方法步驟較為繁瑣，對于粉末成型產(chǎn)品的致密程度改進(jìn)也有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決所述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種制備致密成型件的粉末注射模具及應(yīng)用該模具制備成型產(chǎn)品的方法，通過對模具的改進(jìn)，并利用改進(jìn)的模具進(jìn)行一個(gè)注射成型循環(huán)周期內(nèi)的兩次合模，可在其他條件都不發(fā)生變化的情況下，對粉末材料的生胚產(chǎn)品進(jìn)行二次壓實(shí)，使粉末成型產(chǎn)品的致密度大幅提升。
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]—種粉末注射成型模具，包括動模模仁和定模模仁，所述動模模仁上設(shè)置有內(nèi)腔，所述定模模仁的外形與動模模仁的內(nèi)腔相適配，其特征在于，動模模仁與定模模仁之間設(shè)有間隙，動模模仁內(nèi)腔的內(nèi)壁上設(shè)置有臺階，定模模仁的外壁上設(shè)置有與動模模仁內(nèi)壁臺階相適配的臺階。
[0008]現(xiàn)有模具技術(shù)中，分體式模具一般由動模和定模組成，動模模仁和定模模仁是動模和定模上必要的組成部分，動模部分除動模模仁外還可包含動模前板、頂針、頂針板組件、動模底板等組件；定模部分除了定模模仁外，還可包含有定模模板、進(jìn)料嘴等組件。本發(fā)明方案中的動模模仁和定模模仁可裝載于任何現(xiàn)有技術(shù)中的模具中。
[0009]分體式模具中動模模仁上所設(shè)內(nèi)腔與定模模仁的外形相適配是模具能夠使用的必要條件。在本發(fā)明的方案中，動模模仁與定模模仁之間設(shè)有間隙，一方面是為了在壓制粉末原料時(shí)讓原料中的氣體有通道可以排出，另一方面設(shè)置該間隙與頂針方向呈現(xiàn)一定的角度會讓動模模仁與定模模仁在裝載配合時(shí)更為順暢，壓制產(chǎn)品時(shí)，壓力能夠順著間隙的方向更為均勻的施加于成型樣品上，同時(shí)在初次合模及注射保壓過程中能夠?yàn)槟Ｇ恢械脑咸峁└鼮槌渥愕目臻g使粉末原料中的粘結(jié)劑熔化的更為均勻，進(jìn)而使后續(xù)成型產(chǎn)品燒結(jié)得更加均勻。動模模仁和定模模仁在裝載配合時(shí)會有一定的形位公差，合理設(shè)置二者之間的間隙大小還能適當(dāng)避免模仁在加工過程中出現(xiàn)的少許偏差帶來的對成型產(chǎn)品尺寸的影響。本發(fā)明的發(fā)明人通過大量實(shí)驗(yàn)得出，動模模仁與定模模仁之間所設(shè)間隙厚度為0.1-0.5mm為宜，該間隙與頂針方向所呈角度為1-15°為宜。
[0010]同時(shí)，動模模仁內(nèi)腔的內(nèi)壁上設(shè)置有臺階，定模模仁的外壁上設(shè)置有與動模模仁內(nèi)壁臺階相適配的臺階，使動模模仁與定模模仁有效形成封閉的腔體。普通的模具中，動模模仁與定模模仁在裝載配合時(shí)難免會產(chǎn)生一定的形差位錯(cuò)，設(shè)置臺階不僅能夠有效避免該情況的產(chǎn)生而導(dǎo)致出現(xiàn)粉末原料外漏(即“跑料”)的情況，而且為后續(xù)第二次的密壓合模步驟提供了繼續(xù)壓實(shí)粉末原料成型胚體的路徑。動模模仁內(nèi)腔的內(nèi)壁上所設(shè)臺階可為一級或多級，對應(yīng)的定模模仁外壁上預(yù)制相適配的臺階也可為一級或多級。如果對模具成型腔體的封閉性有更高的要求，則可按照需求將臺階設(shè)置為兩級或多級，臺階形狀也可按照具體需求進(jìn)行調(diào)整。
[0011]動模模仁內(nèi)腔的內(nèi)壁上所設(shè)臺階長度為注射成型產(chǎn)品厚度的3-15%，即從理論上講，通過二次密壓合模步驟中的壓實(shí)過程中可將產(chǎn)品致密度提升3-15%。然而從發(fā)明人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中得出，在普通合模機(jī)構(gòu)的加工條件下，并非能夠無限制的一直對粉末原料進(jìn)行壓實(shí)，一旦二次密壓合模過程中所使用的壓力過高，型腔中會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的原料外漏(即“跑料”)的情況。本發(fā)明的發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)粉末原料的粒度及與粘結(jié)劑的混合比例將動模模仁內(nèi)腔內(nèi)壁上上所設(shè)臺階長度定為注射成型產(chǎn)品厚度的3-15%為較優(yōu)的設(shè)置。若原料粒度較大，且粘結(jié)劑對原料粉體的潤濕性一般，則可調(diào)整上述臺階長度為8-15% ;若原料粒度較小，粘結(jié)劑對分離潤濕性好，則可調(diào)整上述臺階長度為5-10% ;若原料和粘結(jié)劑本身的致密性就比較優(yōu)異，則調(diào)整上述臺階長度為3-5%即可，針對不同的粉體和粘結(jié)劑的體系做出適當(dāng)調(diào)整不僅可以最大化對粉末原料的利用率，而且在批量化生產(chǎn)過程中能夠保證成型產(chǎn)品致密度提升的穩(wěn)定性。本發(fā)明的發(fā)明人通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對平均粒度為10 μπι-50μπι范圍內(nèi)的原料粉體進(jìn)行壓制時(shí)，設(shè)置動模模仁內(nèi)腔的內(nèi)壁上臺階長度為注射成型產(chǎn)品厚度的10%，在最佳條件下可將注射成型的產(chǎn)品致密度提升近10%。
[0012]定模模仁外壁上所設(shè)與動模模仁內(nèi)腔的內(nèi)壁上相適配的臺階長度可與動模模仁內(nèi)腔的內(nèi)壁上臺階長度保持一致。進(jìn)一步優(yōu)選，定模模仁外壁上所設(shè)臺階長度可比動模模仁內(nèi)腔的內(nèi)壁上所設(shè)臺階長度短，以便更為有效的使動模模仁與定模模仁形成封閉腔體。
[0013]一種利用上述粉末注射成型模具制備成型產(chǎn)品的方法，包括如下步驟:
[0014]( I)初次合模:通過合模機(jī)構(gòu)將動模模仁向定模模仁第一次移動，將動模與定模閉合，使動模模仁與定模模仁形成封閉腔體，動模與定模之間保持一段預(yù)留距離；
[0015]步驟(I)為第一次合模，目的是初步將粉末原料壓實(shí)，使模腔溫度和壓力達(dá)到所需值，排出粉末原料中的氣體，讓產(chǎn)品初步成型。上述合模機(jī)構(gòu)可選擇為任何合適的市售注塑機(jī)或壓力機(jī)，若需要加熱，壓力機(jī)可配套加熱系統(tǒng)使用。
[0016](2)注射保壓:通過注射進(jìn)料機(jī)構(gòu)，將粉末原料通過進(jìn)料嘴注射至模具型腔內(nèi)，待模具型腔內(nèi)充滿原料后保持進(jìn)料壓力。注射進(jìn)料系統(tǒng)可選擇現(xiàn)有技術(shù)中的進(jìn)料系統(tǒng)，如注塑機(jī)螺桿進(jìn)料系統(tǒng)。保持進(jìn)料壓力可進(jìn)一步促使排氣，并有效使產(chǎn)品均勻。
[0017](3)密壓合模:步驟(2)完成后，通過合模機(jī)構(gòu)將動模模仁向定模模仁第二次移動，直至動模與定模的分型面