高性能棘爪注射成形工藝的研究

徐國熙（威海職業學院，山東 威海 264210）

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高性能棘爪注射成形工藝的研究

徐國熙
（威海職業學院，山東 威海 264210）

摘 要：介紹了金屬注射成形工藝制造高性能紡織機械配件棘爪的工藝可行性，其中粘結劑的制備及脫脂工序是關鍵工序。

關鍵詞：高性能棘爪；粘結劑；金屬注射成形；金相組織

1　前言

金屬粉末注射成形（MIM）技術是將傳統粉末冶金工藝和塑料注射成形工藝相結合的一種新型粉末冶金近凈成形技術［1］，MIM工藝主要包括混煉、注射、脫脂、燒結等工序，該工藝的材料利用率高，制取的零件具有幾何形狀不規則，強度高，耐磨性好，精度高等優良性能［2］，被譽為二十一世紀機械加工領域內的一場“革命”。

紡織機械重要配件之一棘爪的特點是：與棘輪匹配良好、運動靈活、具有強度高、耐磨性好、工作時間長等使用性能［3］，而棘爪本身的尺寸不規則，使用性能要求高，采用傳統的生產方法，效率低、成本高，因此開發出MIM技術制造棘爪的新工藝，具有重要的現實意義。

2　實驗方法

2.1原料

2.1.1 粘結劑的制備

粘結劑由PW、MW、EVA、HDPE、SA等組元組成，采用對比實驗法，將PW于95℃在混煉器中完全熔化后升溫，依次加入MW、EVA、HDPE，攪拌后、進行混煉后，再加入SA，再攪拌2.5h，制備出粘結劑1號、2號、3號，經過優選1號為最佳配方，備用。

2.1.2 實驗所用的金屬粉末原料

羰基鐵粉、羰基鎳粉、霧化鐵粉、鉻粉、鉬粉等，其中鐵粉、鎳粉、碳化鎢的粉末物理特性如表1。

表1　原料粉末的物理特性

2.2混料

（1）將金屬粉末按工藝要求的配方進行混合，并在雙錐混合機混合，時間為6h。

（2）將混合均勻的金屬粉末與粘結劑配方1號，按工藝配方在混煉機內于溫度150℃左右，混煉1h。

（3）將混煉后的喂料在塑料擠出裝置中制粒，供注射成形使用。

2.3注射成型

在SZ-28型注射成型機，注射毛坯，注射工藝參數為溫度145℃，壓力85，速度80，時間4秒，毛坯外形完整，光滑，斷面成分均勻。

2.4脫脂

該工序采用兩步脫脂法，即首先在75℃用有機溶劑將毛坯中的熔點低的有機物，通過溶解--擴散反應溶于溶劑中，然后通過熱脫脂進一步將大分子有機物脫除，工藝參數：推舟速度4.0cm/min，溫度分別為：

一段150℃，二段240℃，三段350℃，四段550℃，五段750℃。

2.5燒結

采用氮氣/氫氣混合氣作為保護氣，設備為鉬絲爐，工藝參數：溫度分別為：一段190℃，二段390℃，三段690℃，四段1050℃，速度0.5cm/min

2.6熱處理

采用氣體滲碳，工藝參數：溫度860℃-880℃，保溫時間3-4h，油淬火處理，低溫回火1.5-2h，表面硬度50-55HRC，顯微組織為回火馬氏體（1-2級）+分布均勻的小塊狀碳化物。

3　實驗結果與結論

（1）粘結劑的制備。①對成型工序的影響，粘結劑是MIM的核心技術，其組分的類型及數量影響喂料的流動性，毛坯的成型性及毛坯的成品率。②對脫脂工序的影響，骨架有機高分子的作用對毛坯的保型性至關重要，直接影響溶劑脫脂的效果，進而決定脫脂工序的成敗。（2）雙錐混煉工序，混煉時間是關鍵，否則，金屬粉末成分易偏析，成品件組織分布不均勻。（3）溶劑脫脂，溫度高于80℃，會出現鼓泡，溶脹現象，毛坯出現坍塌缺陷，溫度低于60℃脫脂效果不理想，對于本實驗所用粘結劑體系最適宜的溫度是75℃。（4）棘爪最適宜燒結溫度為1050℃±2℃，幾何尺寸最理想，溫度高，尺寸??；溫度低，尺寸大。（5）熱處理工藝參數的選擇是保證棘爪的物理力學性能的關鍵工序。

4　結論

（1）粘結劑的制備是MIM技術制造棘爪的核心技術，它直接影響混料、成形、脫脂、燒結等工序的進行，決定棘爪能否實現工業化生產。

（2）脫脂工序是關鍵工序，直接影響毛坯產品的幾何尺寸、成品率及生產效率。

（3）采用MIM技術生產的棘爪，質量穩定、尺寸精度高、性能優良、可以實現大批量工業化生產。

參考文獻：

［1］German R M，Cornwall R C.The Powder Injection Molding Industry.An Industry and Market Report［J］.

［2］Hofman Hetal.Modern Development of P/M［J］，1985.

［3］夏鑫等.紡織設備維修管理基礎［J］.p120-122.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.043

作者簡介：徐國熙（1967-），男，山東威海人，本科，講師，研究方向：應用化工。