一種粉末注射成型模具及其使用方法
【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及應(yīng)用該模具制備成型產(chǎn)品的方法。
【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黏結(jié)劑混合，在加熱狀態(tài)下用注射成形機將其注入模腔內(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行壓制，同時嚴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行控制會帶來原料粉末成本的成倍增長，同時在目前的技術(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行了改進，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?！返闹袊鴮＠峁┝艘环N包含有從打開位置到閉合位置相對于彼此可運動的上模和下模的模具，還包括至少一個與所述上模相聯(lián)的上沖頭以及至少一個與所述下模相聯(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，并利用改進的模具進行一個注射成型循環(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)品進行二次壓實，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)方案予以實現(xiàn):
一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。
[0007]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。
[0008]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更為順暢，壓制產(chǎn)品時，壓力能夠順著間隙的方向更為均勻的施加于成型樣品上，同時在初次合模及注射保壓過程中能夠為模腔中的原料提供更為充足的空間使粉末原料中的粘結(jié)劑熔化的更為均勻，進而使后續(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)明人通過大量實驗得出，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。
[0009]同時，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難免會產(chǎn)生一定的形差位錯，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行調(diào)整。
[0010]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過程中可將產(chǎn)品致密度提升3-15%。然而從發(fā)明人的實踐經(jīng)驗中得出，在普通合模機構(gòu)的加工條件下，并非能夠無限制的一直對粉末原料進行壓實，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)較為嚴重的原料外漏(即“跑料”)的情況。本發(fā)明的發(fā)明人通過實驗發(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)明人通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，對平均粒度為10 μπι-50μπι范圍內(nèi)的原料粉體進行壓制時，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%。
[0011]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。
[0012]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:
(I)初次合模:通過合模機構(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；
步驟(I)為第一次合模，目的是初步將粉末原料壓實，使模腔溫度和壓力達到所需值，排出粉末原料中的氣體，讓產(chǎn)品初步成型。上述合模機構(gòu)可選擇為任何合適的市售注塑機或壓力機，若需要加熱，壓力機可配套加熱系統(tǒng)使用。
[0013](2)注射保壓:通過注射進料機構(gòu)，將粉末原料通過進料嘴注射至模具型腔內(nèi)，待模具型腔內(nèi)充滿原料后保持進料壓力。注射進料系統(tǒng)可選擇現(xiàn)有技術(shù)中的進料系統(tǒng)，如注塑機螺桿進料系統(tǒng)。保持進料壓力可進一步促使排氣，并有效使產(chǎn)品均勻。
[0014](3)密壓合模:步驟(2)完成后，通過合模機構(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完全合起，即完全去除動模與定模之間預(yù)留距離，使型腔內(nèi)產(chǎn)品進一步壓實。
[0015]此步驟為模具的第二次壓實操作，即在模腔已達到合適的溫度和壓力的前提條件下再一次壓實產(chǎn)品。動模與定模之間的預(yù)留距離不大于定模模仁外壁上與動模模仁內(nèi)腔的內(nèi)壁上所設(shè)臺階相適配的臺階長度。對應(yīng)的，動模與定模之間的預(yù)留距離為注射形成產(chǎn)品厚度的3-15%，進一步可優(yōu)選為注射成型產(chǎn)品厚度的10%。這樣的長度設(shè)置，既可保證步驟
(I)中動模模仁與定模模仁腔體的封閉性，也可為步驟(3)中第二次合