[发明专利]金属零件快速模具注射成型方法与设备

说明书

本发明涉及金属零件快速模具注射成型方法，特点是包括如下步骤：步骤一，制备金属粉末喂粒；步骤二，制作零件原型件、气道原型件及浇道原型件；步骤三，选用金属外模；步骤四，制作下半硅胶内模；步骤五，制作上半硅胶内模；步骤六，模具清理与装配；步骤七，安装模具；步骤八，低压注射振动成型；步骤九，脱脂；步骤九，烧结。其优点为：可用于各种金属成型，尤其适用于具有复杂型腔的中小型零件的快速制造，所需设备简单，生产周期短，成本低，且零件成型精度较高。

技术领域

本发明涉及一种金属零件快速模具注射成型方法与设备。

背景技术

金属粉末注射成型技术（Metal Injection Molding，简称MIM技术）是美国的Parmatech公司发明的一门新型近终成型技术，其基本工艺过程是先将金属粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下用注射成型机注入模具型腔内固化成型，然后用化学或热分解的方法将成型坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。金属粉末注射成型技术集粉末冶金技术、塑料注塑成型技术、高分子化学等多门学科于一体，利用模具注射的方法来成型坯件，并通过对坯件进行烧结从而制造出高密度、高精度、高强度、形状复杂的金属零件。金属粉末注射成型技术具有成本低、效率高、一致性好等优点，且其突破传统金属粉末模压成型技术在产品形状上的限制，对于一些形状复杂、利用机械加工等其他方法难以制造的小型零件，金属粉末注射成型技术能够比较容易制出，因此被称为“当今最热门的零部件成型技术”。

现有技术中，金属粉末注射成型技术采用与塑料注射成型相同的金属模具，这种模具质量好、使用寿命长，但结构复杂、设计和制造要求高、生产周期长、成本高，只适合批量较大的零件制造，这在很大程度上制约了金属粉末注射成型技术的应用。

近年来随着3D打印技术的迅猛发展，一种称为快速软模的新型制造技术逐渐发展起来，这种技术是利用3D打印制作出零件原型件，根据零件原型件的尺寸用粘胶带或玻璃胶等将木板、塑料板或纸板等围成型框，将零件原型件固定在型框中，倒入硅胶，待硅胶固化后拆掉型框，然后用刀沿分型线将模具切成两半，取出零件原型件，再重新合模并用粘胶带绑好，从而得到具有与零件原型件相应型腔的硅胶软模，在真空注型机内往硅胶模内腔浇注双组分树脂，待固化后就可以得到所需零件。这种硅胶软模制作快速简便、成本低、柔性高，且对于结构复杂、无拔模斜度或具有倒拔模斜度以及具有深凹槽的零件来说，在制件浇注完成后均可直接取出，这是其他模具技术无法做到的。硅胶软模使用次数一般为十几到几百件左右，浇注成型时间较长，适于小批量生产。由于硅胶模具整体刚性低、导热性能差以及模温难控制，因此硅胶模具主要用于双组分树脂材料的浇注成型，而需要较高压力和对模具温度控制有较高要求的注射成型方法目前无法使用硅胶模具。

随着市场竞争的加剧和制造技术的不断发展，多品种、小批量甚至单件生产的方式应用日益广泛，现有金属粉末注射成型技术只能应用于大批量生产中，这就严重限制了该技术在工程上的应用。如果能将金属粉末注射成型技术与快速模具技术相结合，研制出一种可用于单件小批生产中的新型金属粉末注射成型技术，对金属粉末注射成型技术的进一步发展具有重要意义。

要将快速硅胶软模技术应用于金属粉末注射成型上，需要解决三个关键问题：

1、 提高硅胶软模的整体刚性和强度 硅胶硬度较低，导致模具容易变形，且变形量大。进一步的研究表明，硅胶的弹性模量为0.00784GPa，远低于碳钢的196～206GPa，但其泊松比为0.49～0.499，高于碳钢的数值0.24～0.28，根据弹性力学的知识可知泊松比越高，压缩时体积变化越小，当泊松比为0.5时（泊松比不能超过0.5），固体的体积不可压缩或在拉伸时无体积变化，由此可见，尽管硅胶模具很容易变形，但在变形时其体积几乎保持不变。因此，为了提高硅胶软模的整体刚性，本发明提出用具有较高刚性的金属材料作为外模，用硅胶往外模内腔浇注出内模，再进行注射成型，此时在金属外模的支承下，硅胶内模承受均匀载荷，这种复合模具的整体刚性和强度就可以大大提高。