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1、材料科学与工程学院材料科学与工程学院粉体成形技术粉体成形技术何美凤何美凤 Tel:55271708 Tel:55271708 Email:Email:第四部分 粉体其他成形技术介绍 4.1 粉体注射成形技术 4.2 粉末挤压成形技术 4.3 粉体轧制成形 4.4 粉体等静压成形粉体成形原理粉体成形原理4.1 粉体注射成形技术 （一）概述粉体注射成形技术粉体注射成形技术u 粉体注射成型技术(Powder Injection Molding，PIM)是 将现代塑料注射成形技术引入粉体成形领域而形成的一门新 型粉体近净形成形技术。 u 与传统工艺相比，具有精度高、组织均匀、性能优异， 生产成本低等特
2、点，其产品广泛应用于电子信息工程、生物 医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表 业、兵器及航空航天等工业领域。因此，国际上普遍认为该 技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被 誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技 术”。4.1 粉体注射成形技术p 其基本工艺过程：首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混炼 ，经制粒后在加热塑化状态下(150)用注射成形机注入模腔 内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂 脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。粉体注射成形技术粉体注射成形技术历史与现状美国加州Parmatech公司于1973年发明，八十年代初欧洲许
3、 多国家以及日本也都投入极大精力开始研究该技术，并得到迅 速推广。目前日本有四十多家专业从事PIM产业的公司，产品 的销售总值早已超过欧洲并直追美国。全球已有百余家公司从 事该项技术的产品开发、研制与销售工作，PIM技术也因此成 为新型制造业中最为活跃的前沿技术领域，被誉为世界冶金行 业的开拓性技术，代表着粉末冶金技术发展的主方向。粉体注射成形技术粉体注射成形技术工艺品 不锈钢胡椒磨磨芯 链轮.皮带轮.含油轴承.铰 肉机刀盘 机械配件粉体注射成形技术粉体注射成形技术汽车发动机油泵齿轮 气动电动工具零件 汽车玻璃升降器齿轮 玩具五金配件 汽车减振器部件 粉末冶金结构件 粉体注射成形技术粉体注射成
4、形技术冰箱和空调压缩机的粉末冶金件(上轴承）冰箱和空调压缩机的粉末冶金件 冰箱和空调压缩机的粉末冶金件 机械结构类轴承座连杆凸轮 冰箱和空调压缩机的粉末冶金件（活塞） 粉体注射成形技术粉体注射成形技术笔记本电脑铰链转角金属粉末注射成形制品手机类产品锁配件(锁头.锁舌.按键.复杂异形部件 粉体注射成形技术粉体注射成形技术 所用金属粉末颗粒尺寸一般在0.520m；从理论上讲，颗 粒越细，比表面积也越大，易于成型和烧结。而传统的粉 末冶金工艺则采用大于40m的较粗的粉末。有机胶粘剂作用是粘接金属粉末颗粒，使混合料在注 射机料筒中加热具有流变性和润滑性，也就是说带动粉末 流动的载体。因此，粘接剂的选择
5、是整个粉末注射成型的 关键。 对有机粘接剂要求： 1.用量少，用较少的粘接剂能使混合料产生较好的流变性； 2.不反应，在去除粘结剂的过程中与金属粉末不起任何化学 反应； 3.易去除，在制品内不残留。（二）工艺特点与成形原理粉体注射成形技术粉体注射成形技术成型原理粉体注射成形技术粉体注射成形技术注射成型工艺原理示意图 1-模具；2-喷嘴；3-料筒；4-分流梭；5-料斗；6-注射柱塞粉体注射成形技术粉体注射成形技术1、 注射机分类 （1）按物料的塑化形式分：柱塞式和往复螺杆式,其中往复螺 杆式用的最多。 往复螺杆式注射机的优点： 简化预塑结构，不需分流梭，使注射压力降低了很多。 螺杆转动使物料翻滚
6、，传热条件好。物料内部受到剪应力大 ，塑化效率高。 因无分流梭，更换物料方便。 注射速度快。 对原料的适应性广，能加工热敏粘结剂。（三）注射成型设备粉体注射成形技术粉体注射成形技术（2）按照注射机的外形特征分类立式注射成型机： 注射装置和合模装置与地面垂直。特点：占地面积小，模具折装方便。料斗高，加料不方便，仅适用于注 射量小于60cm3的制品生产。卧式注射机： 注射装置，合模装置均水平排列。特点：机身低，加料方便，操作维修方便，制品顶出后可自由落下，易 实现自动化。缺点：占地面积大，模具拆卸比较麻烦。角式注射机： 注射装置与合模装置呈垂直排列。特点：介于立式与卧式之间，适用于加工中心部分不允
7、许留有浇口的制 品。转盘式注射机： 将多副模具装在一个可转动的盘上，转盘定时旋转， 使各模具与喷嘴相对注射成型。 特点：生产效率高，特别适用于冷却时间长或安放嵌件费时的制品生产 。粉体注射成形技术粉体注射成形技术立式注射机 它的注射装置垂直装设 ，并与锁模机构移动方向 成一条轴线。优点：占地面积小，拆 装模具方便，易于安放嵌 件等。缺点：塑件推出后需由 人工取出，不易实现全自 动操作。粉体注射成形技术粉体注射成形技术粉体注射成形技术粉体注射成形技术螺杆式注射机主要由注射、合模、传动、控制四部分组成。一）注射系统包括螺杆、料筒、加料加热装置、喷嘴等。 （1）螺杆注射机螺杆与挤出机螺杆的区别：a、
8、注射机螺杆既能旋转，又能轴向移动，挤出机螺杆仅 转动；b、注射机螺杆的长径比和压缩比都比挤出机小； （2）料筒注射机的料筒与挤出机的构造和选材相同。2 、注射机的构造粉体注射成形技术粉体注射成形技术（3）喷嘴喷嘴的作用：提高熔融物料的流速，使其能迅速充模。分为开式喷嘴与闭式喷嘴。 开式喷嘴 （a）不能加热 （b）可进行加热 闭式喷嘴 通过弹簧弹力、挡圈、导杆、顶针实现闭锁。注射时，熔料顶开顶针进入模腔。这种喷嘴使用方便，可 防止流延，但结构复杂，压力损失大，射程小，补缩作用小， 适用于加工粘度低的树脂。粉体注射成形技术粉体注射成形技术二）合模系统作用：开启和闭合模具。要求有足够的锁模力，足够的
9、模板面积和强度；运动速度要求：闭合时先快后慢，开启时先慢后快；合模系统由固定板、移动板、合模油缸、顶出装置等组成。 顶出装置：作用：用于制品脱模的机构。分为机械式和液压式。一般设 计成与合模装置联动，开模后一时间间隔联动顶模装置将制品 顶出。 三）传动部分主要由油缸、电机、各种阀门、开关等组成。通过油路供 给的压力驱动各部分动作。粉体注射成形技术粉体注射成形技术对复合材料的注射成型，应考虑的工艺特性主要有：注射压 力高、注射速度快、模具和熔料温度高、玻纤的摩擦力大等。 （1）流动特性、流道、浇口及排气 浇口和流道的转弯处应成园角，流道转弯处应设冷料穴。浇口的 大小应根据实际情况确定，太小易损坏
10、玻纤且阻力大，太大玻纤 分散不均匀。 （2）成型收缩对于热塑性复合材料注射制品，在流动方向的收缩率一般比 垂直方向小1/2。因此，设计模具时应精心考虑，通过模具尺寸对收缩精细修正 。生产高精度制品时，模具各零件要精确配合，闭模的精确度 不仅靠导柱，而且还要依靠锥度导柱和定芯板固定。（四）注射成形的模具粉体注射成形技术粉体注射成形技术（五）注射成形参数的影响 （1）注射温度： 决定喂料的塑性和流动，注射温度通常为550200.温度 过低，喂料粘度大，流动缓慢，注射压力高，易引起欠注；过高 ，导致两相分离，冷却时间过长。 （2）模具温度： 太低，冷凝快，由于热应力导致表面缺陷；太高，粘模， 冷却缓
11、慢，喷射力强，易导致气孔、空洞等缺陷。 （3）注射压力： 指注射机柱塞或螺杆顶部对喂料所施加的压力，40130Mpa 。可使喂料克服从料筒流向型腔的流动阻力，获得一定得充模速 率，实现对已充模熔体的压实。压力过低，流速慢，冷凝层厚， 导致欠注、表面裂纹等缺陷；压力过高，导致粘模、飞边等缺陷 。粉体注射成形技术粉体注射成形技术（4）保压压力：使喂料在冷却的过程中不产生回流；对型腔内的流体进行压实，补充冷却收缩。压力过低，流道内的熔体无法进入模膛以补偿喂料的冷却 收缩，导致缩孔、尺寸不稳等现象；压力过高，脱模困难， 并易造成毛边、浇口附近因过度填充造成的应力集中。 （5）注射速率：指在单位时间内从
12、喷嘴射出的理论容量。注射速率过高，喂料粘度过低而导致喷射；注射速率过低 ，冷凝层厚。金属注塑成型可用注塑机进行，或对其加以改 进。粉体注射成形技术粉体注射成形技术 注射成形与压制成形烧结后零件的区别 压制成形：模壁与粉末以及粉末与粉末之间的摩擦力，使得 压制压力分布非常不均匀，也就导致了压制毛坯在微观组织 上的不均匀，这样就会造成压制粉末冶金件在烧结过程中收 缩不均匀，因此不得不降低烧结温度以减少这种效应，从而 使制品孔隙度大、材料致密性差、密度低，严重影响制品的 机械性能。 注射成形：一种流体成型工艺，粘接剂的存在保障了粉末的 均匀排布从而可消除毛坯微观组织上的不均匀，进而使烧结 制品密度可
13、达到其材料的理论密度。一般情况下压制产品的 密度最高只能达到理论密度的85%。高的致密性可使强度增 加、韧性加强，延展性、导电导热性得到改善、磁性能提高 。效率高，易于实现大批量和规模化生产。粉体注射成形技术粉体注射成形技术4 挤压成形又称挤制或挤出成形粉末挤压成形技术（Powder Extrusion Molding，PEM)是塑料挤出成形与粉末冶金有机结合的新型技术。是利用压力把具有塑性 的粉料通过模具挤出来成形的，模具的形状就是成形坯体的形状。 要求粉料具有可塑性，而且要求成形后粉料能保持原形或变形很小 。4.2 粉体挤压成形技术1粉体挤压成形技术粉体挤压成形技术p 显著特点：加入成形剂
14、，体积比30-50%。p 成形剂：石蜡等低分子量物质、聚烯烃等高分子量 物质和硬脂酸等表面活性物质组成。p 成形剂与粉体的混合方式： 高温熔融法：将成形剂各组分加热融化、混合均匀后再将 粉体分批加入，高温下持续搅拌一定时间后混合均匀。 低温溶剂法：采用溶剂将成形剂各组分溶解，再将粉末加 入该溶液中搅拌均匀，然后在较低温度下将溶剂挥发得到均 匀的混合料。4.2 粉体挤压成形技术2粉体挤压成形技术粉体挤压成形技术p（1）粉体与成形剂混合后放在挤压模中进行挤压。p成形剂的作用：一方面使粉体颗粒粘结在一起；另一方 面是降低粉体压块的屈服点以增加塑性和减小压坯与模壁 和挤压嘴之间的外摩擦系数。p 用于制
15、取硬而脆的碳化物和氧化物等毛坯。挤压成形的两种工艺方案p（2）用加热的毛坯进行挤压，也称热挤压。p毛坯可是粉体或压坯，或利用烧结及热压法制成的毛坯等 。p 加热是为降低压坯的屈服点以增加压坯的塑性。为防止氧 化，毛坯可用塑性包套密封，在挤压时连同包套一起挤压p 挤压高速钢、高温合金和铍合金等。粉体挤压成形技术粉体挤压成形技术p 包套的截面形状可以独立设计。p 图示包套金属制成，其外表面为圆 柱形，中心的T字形空腔装金属粉末。p 挤压后包套用化学法或机械加工法除去。4.2 粉体挤压成形技术3粉体挤压成形技术粉体挤压成形技术p 挤压模具和加压设备p 挤压模具结构如图，挤压嘴与挤压模做成可拆式，方便
16、处理挤压残料。p加压设备：油压机或挤压机挤压机卧式：用于挤压比较大型的棒或管立式：用于挤压小型管和棒粉体挤压的主要设备粉体挤压成形技术粉体挤压成形技术p 挤压速度与挤压压力间的关系如图。p 对一定挤压粉料和挤压模来说，当挤压应力达到一定的临界值时，物料的挤出 速度急剧增加。临界挤压速度粉体挤压成形技术粉体挤压成形技术4 轧制成形又称轧模成形、滚（辊）压成形在粉末冶金中也称为粉末轧制。粉末滚压成形的加 压方式有：水平滚压和垂直滚压，对应的有水平滚压 机和垂直滚压机。 粉末轧制的优点： 1)能够生产常规轧制法难以或无法删除的板带材 2)能够轧制成分比较均匀的带材 3)粉末轧制的板带材具有各向异性的特点 4)粉末轧制工艺过程短，节约能源 5)粉末轧制法的成材率高，一般可达80%90%4.3 粉体轧制成形技术粉体轧
