粉体挤压成形技术及设备

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,材料科学与工程学院,粉体成形技术,何美凤,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,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。,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,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,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,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,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,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,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,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,成型原理,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,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，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,（,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,60cm,3,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,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,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,、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,（,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,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,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,（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,550,200.,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，,40,130Mpa,。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,（,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,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,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,显著特点：加入成形剂，体积比,30-50%,。,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。,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,（,1,）粉体与成形剂混合后放在挤压模中进行挤压。,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。,用于制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,（,2,）用加热的毛坯进行挤压，也称热挤压。,毛坯可是粉体或压坯，或利用烧结及热压法制成的毛坯等。,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,挤压高速钢、高温合金和铍合金等。,粉体挤压成形技术,包套的截面形状可以独立设计。,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。,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,挤压模具和加压设备,挤压模具结构如图，挤压嘴与挤压模做成可拆式，方便处理挤压残料。,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,挤压速度与挤压压力间的关系如图。,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,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,粉体轧制成形技术,粉体成形技术,借助高压泵的作用把流体介质（气体或液体）压入耐高压的钢体密封容器内，高压流体的等静压压力直接作用于弹性模套内的粉末上，使粉体各个方向同时均衡受压，而获得密度分布均匀以及强度较高的压坯。,湿袋式等静压（湿法等静压）,干袋式等静压（干式等静压）,4,.4,等静压成形,粉体成形技术,与等静压成型方法原理近似的是轴向压制成型。,轴向压制成型为单向或双向压力压制，粉料与模具的摩擦力较大，压力沿压制方向会产生