[发明专利]金属零件快速模具注射成型方法与设备

摘要

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。

主权项

一种金属零件快速模具注射成型方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一 制备金属粉末喂粒，将金属粉末和粘结剂按（60~65）∶（40~35）的体积比进行混炼和制粒，得到金属粉末喂粒；所述金属粉末的颗粒尺寸为0.5～15μm，所述粘结剂采用低温低粘度热塑性粘结剂, 粘结剂包括65%~75%的石蜡和25%~35%聚乳酸；步骤二 制作零件原型件、气道原型件及浇道原型件用三维软件将所需制造的零件原型件（12）、气道原型件（16）及浇道原型件（17）的三维实体模型绘制出来并放大，放大比例是1.15～1.33，1.15～1.33是金属粉末喂粒烧结后的综合收缩率的倒数；将零件原型件（12）、气道原型件（16）及浇道原型件（17）的三维CAD模型数据均转为3D打印机能识别的数据；用3D打印机打印出零件原型件（12）、气道原型件（16）及浇道原型件（17）；步骤三 选用金属外模根据所要制作零件原型件（12）的大小确定金属外模（6）的尺寸，所述金属外模（6）包括外模底板（61）、外模侧板组件（62）、外模顶板（63）、螺杆紧固组件（64）；所述外模顶板（63）及外模底板（61）分别设在外模侧板组件（62）的上下两开口端，外模底板（61）、外模侧板组件（62）及外模顶板（63）相互配合形成外模内腔，所述螺杆紧固组件（64）设在外模顶板（63）及外模底板（61）上从而将外模侧板组件（62）固定在外模底板（61）与外模顶板（63）之间，在所述外模底板（61）上分别设有底部注胶口（611）及冷却流道组件（20），所述底部注胶口（611）与外模内腔连通，在所述外模顶板（63）上设有顶部注胶口（631）及沉孔（633），所述顶部注胶口（631）及沉孔（633）分别与外模内腔连通；步骤四 制作下半硅胶内模倒置金属外模（6），打开外模底板（61），清理干净金属外模（6）及零件原型件（12）；分析零件原型件（12），确定零件原型件（12）的分型面位置；堵塞住顶部注胶口（631），用橡皮泥（11）将零件原型件（12）固定在外模内腔中，橡皮泥（11）与零件原型件（12）的相交线为分型面的部位；在橡皮泥（11）的上平面挖一个凹坑（111）用于制作防错凹凸配合，以避免上、下半硅胶内模合模时装错方向；用毛刷在金属外模（6）的内壁、橡皮泥（11）的上表面及零件原型件（12）的表面刷上一层薄的白凡士林，然后将外模底板（61）装上，并拉紧螺杆紧固组件（64）从而将金属外模（6）紧固成一个整体；配制及浇注硅胶；根据外模内腔及零件原型件（12）的尺寸及分型面的位置，计算出制作下半硅胶内模（13）所需硅胶重量，再按比例算出硅胶、固化剂和导热添加剂的重量：将硅胶、固化剂与导热添加剂搅拌均匀后，得到硅胶混合液，将硅胶混合液放入真空注型机中抽真空，并保持真空5～10 min以排出硅胶混合液内部的空气，将抽真空后的硅胶混合液通过外模底板（61）的底部注胶口（611）倒入外模内腔中，硅胶混合液的液面高出外模底板（61）的内表面20～30mm作补缩用；然后将整个模具放入真空注型机中抽真空，保持真空5～10 min排出内部空气，所述每100份的硅胶需配2～4份的固化剂及8～11份的导热添加剂；硅胶采用加成型模具硅胶，该硅胶耐热温度不低于200℃，瞬时耐热温度达到250℃；固化剂按硅胶厂家配套；导热添加剂由颗粒尺寸在0.5～15μm的氧化铝、氧化镁、氮化硅粉末组成，氧化铝、氧化镁、氮化硅的重量比是5：3：2；硅胶固化处理；从真空注型机取出金属外模（6），放入烤箱内，将烤箱温度设置为40～60℃，保持2～4h，使硅胶充分固化从而制成下半硅胶内模（13）；步骤五 制作上半硅胶内模将经过步骤四的金属外模（6）从烤箱中取出，松开螺杆紧固组件（64）并沿开口槽取出，将金属外模（6）翻转180度正向放置，打开外模顶板（63），去除外模内腔中的橡皮泥（11），并重新清洁零件原型件（12），将气道原型件（16）及浇道原型件（17）安装在零件原型件（12）上，用毛刷在金属外模内壁、零件原型件（12）、气道原型件（16）及浇道原型件（17）的表面刷上一层薄的白凡士林；将外模顶板（63）的顶部注胶口（631）打开，再将外模顶板（63）装上，拉紧螺杆紧固组件（64）将金属外模（6）紧固；配制及浇注硅胶；根据外模内腔及零件原型件（12）的尺寸及分型面的位置，计算出制作上半硅胶内模（14）所需硅胶重量，再按比例算出硅胶、固化剂和导热添加剂的重量：将硅胶、固化剂与导热添加剂搅拌均匀后得到硅胶混合液，将硅胶混合液放入真空注型机中抽真空，并保持真空5～10 min以排出硅胶混合液内部的空气，将抽真空后的硅胶混合液通过外模顶板（63）的顶部注胶口（631）倒入外模内腔中，硅胶混合液的液面高出外模顶板（63）的内表面20～30mm作补缩用；然后将整个模具放入真空注型机中抽真空，保持真空5～10 min排出内部空气，所述每100份的硅胶需配2～4份的固化剂及8～11份的导热添加剂；硅胶采用加成型模具硅胶；固化剂按硅胶厂家配套；导热添加剂由颗粒尺寸在0.5～15μm的氧化铝、氧化镁、氮化硅粉末组成，氧化铝、氧化镁、氮化硅的重量比是5：3：2；硅胶固化处理，从真空注型机取出金属外模（6），放入烤箱内，将烤箱温度设置为40～60℃，保持2～4h，使硅胶充分固化从而制成上半硅胶内模（14）；步骤六 模具清理与装配拆开金属外模（6），取出上半硅胶内模（14）及下半硅胶内模（13），移除零件原型件（12）、气道原型件（16）及浇道原型件（17），所述上半硅胶内模（14）的底面及下半硅胶内模（13）的顶面相互配合形成注射腔（15），在所述上半硅胶内模（14）中设有气道（141）及浇道（142），所述气道（141）的两端分别与顶部注胶口（631）及注射腔（15）连通，所述浇道（142）的两端分别与沉孔（633）及注射腔（15）连通；用手术刀片将上半硅胶内模（14）及下半硅胶内模（13）上的浇注口凸出部分切平，然后用毛刷在注射腔（15）的内壁上刷上一层薄的白凡士林，再分别将顶部注胶口（631）及底部注胶口（611）堵上，此时用于堵住顶部注胶口（631）的锥塞上具有通气孔（19），通气孔（19）与气道（141）连通，将上半硅胶内模（14）及下半硅胶内模（13）放入外模内腔中，拉紧螺杆紧固组件（64）将上半硅胶内模（14）及下半硅胶内模（13）和金属外模（6）重新固定装配；步骤七 安装模具金属零件快速模具注射成型设备包括工作台（3）、振动台（4）、橡胶定位套（7）、浇道过渡套（8）及螺杆挤出机（9）；将经过步骤六的金属外模（6）安装到振动台（4）上并固定；将橡胶定位套（7）放入外模顶板（63）的沉孔（633）上，在橡胶定位套（7）内设有出料流道（71），所述出料流道（71）与浇道（142）连通，启动液压缸（2）使工作台（3）上升，橡胶定位套（7）与浇道过渡套（8）相抵靠，橡胶定位套（7）被压缩5～7mm；将外模底板（61）上的冷却流道组件（20）与外界循环冷却系统连通；步骤八 低压注射振动成型设置金属零件快速模具注射成型设备的工作参数：a、螺杆挤出机（9）的机筒（95）各区注射温度按金属粉末喂粒要求设定，螺杆挤出机（9）的螺杆转速为20～30 转/分钟，注射速度为4～10立方厘米/秒，成型压力为150～200bar，保压压力为150～200 bar，保压时间为15～20分种；b、设置振动台（4）工作参数：频率为5～15Hz，振幅为0.5～1.5mm；启动螺杆挤出机（9），待注射温度达到要求后开启振动台（4），使整个金属外模（6）沿垂直方向作振动，同时将金属粉末喂粒从挤出机进料口（92）送入机筒（95），加热融化后经浇道过渡套（8）、出料流道（71）及浇道（142）注射入注射腔（15）内，注射腔（15）充满后保压，启动外界循环冷却系统，使注射腔（15）内的金属粉末喂粒从下往上逐步凝固，型腔内的金属粉末喂粒全部凝固后，形成零件生坯并取出；步骤九 脱脂将步骤八得到的零件生坯放到脱脂炉内，在脱脂炉内充入保护性气体；以0.8～1.0℃/min的速度升温脱脂炉，待脱脂炉内的温度升至200 ℃后保温2～3h，从而除去零件生坯上的大部分粘结剂，再以1.5℃/min的速度将脱脂炉内的温度升至450℃，之后保温1～2h，从而脱去粘结剂中的聚乳酸, 并形成连通孔；随后以4℃/min 的速度将炉内温度快速升至790～810℃，保温1～2 h, 使粘结剂中的聚乳酸完全分解，以完成脱脂和预烧结；步骤十 烧结将经过步骤九的零件生坯放入真空烧结炉中加热, 真空度设置为0.1～0.3Pa，先以4～6℃/min的速度将真空烧结炉内的温度升至烧结温度以下300～400℃，保温45～90min，再以5～7℃/min的速度将真空烧结炉内的温度升至烧结温度，保温45～90min,从而将疏松状的零件生坯烧结成所需较为致密的零件，所述烧结温度是0.7～0.8T，T为金属粉末材料的熔点；待零件随炉冷却至200～300℃后取出。