五金結(jié)構(gòu)件-粉末冶金

金屬粉末射出成形是將細(xì)小、球狀的金屬粒子用各種不同的黏結(jié)劑混和并制造成小球的形狀成為射出料，再用射出成型機(jī)射出成型使用射出技術(shù)成形將金屬粉末，經(jīng)由射出機(jī)將其射入模具中成形，再將其冶金燒結(jié)成固體的技術(shù)成形后的生胚，需經(jīng)過(guò)脫脂的過(guò)程，把先前混入的黏結(jié)劑脫除，再經(jīng)燒結(jié)，即得密度95%以上之高密度、高強(qiáng)度的產(chǎn)品簡(jiǎn)而言之，即以塑料射出的方式去生產(chǎn)金屬制品 。鐵碳合金的基本組織①奧氏體：碳溶于r-Fe中的間隙式固溶體稱(chēng)為奧氏體，常用A表示。

比常規(guī)粉末冶金工藝工序少，無(wú)切削或少切削經(jīng)濟(jì)效益高，克服了傳統(tǒng)粉末冶金工藝制品、材質(zhì)不均勻、機(jī)械性能低、不易成型薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn),特別適合于大批量生產(chǎn)小型、復(fù)雜以及具有特殊要求的金屬零件,MIM金屬粉末顆粒一般在0.5~20μm；現(xiàn)在，我們看到了很多為MIM設(shè)計(jì)的新的材料，其中有疊片結(jié)構(gòu)的（硬磁-軟磁，磁性的-非磁性的，傳導(dǎo)性的-絕緣的）、泡沫金屬及孔新建，這些可選擇的項(xiàng)目，都將MIM推進(jìn)到了幾乎沒(méi)有工藝可替代的領(lǐng)域。理論上，顆粒越細(xì)，比表面積也越大，易于成型和燒結(jié)傳統(tǒng)的粉末冶金則采用大于40μm的較粗的粉末，傳統(tǒng)壓鑄成形強(qiáng)度低、精密鑄造無(wú)法大量量產(chǎn)、車(chē)削件成本較高等技術(shù)缺點(diǎn) 。

金屬注射成型

金屬粉末射出成形是將細(xì)小、球狀的金屬粒子用各種不同的黏結(jié)劑混和并制造成小球的形狀成為射出料，再用射出成型機(jī)射出成型使用射出技術(shù)成形將金屬粉末，經(jīng)由射出機(jī)將其射入模具中成形，再將其冶金燒結(jié)成固體的技術(shù)成形后的生胚，需經(jīng)過(guò)脫脂的過(guò)程，把先前混入的黏結(jié)劑脫除，再經(jīng)燒結(jié)，即得密度95%以上之高密度、高強(qiáng)度的產(chǎn)品簡(jiǎn)而言之，即以塑料射出的方式去生產(chǎn)金屬制品 。使金屬表面形成一層氧化膜，以防止金屬表面被腐蝕，此處理過(guò)程稱(chēng)為“發(fā)藍(lán)”。

AIM工藝簡(jiǎn)介及AIM生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

MIM和CIM是粉末注射成形工藝的兩大分支。其中MIM是發(fā)展最早也最成熟的一個(gè)分支，被稱(chēng)為21世界最熱門(mén)的零部件成形技術(shù)，它也的確沒(méi)有辜負(fù)這樣一個(gè)榮譽(yù)，其產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展和壯大，并擁有了專(zhuān)門(mén)的金屬注射成形生產(chǎn)設(shè)備?，F(xiàn)在粉末注射成型工藝一出現(xiàn)第三大分支：AIM，即鋁合金注射成型。達(dá)克羅中含有對(duì)環(huán)境和人體有害的鉻離子，尤其是六價(jià)鉻離子具有致癌作用。近年來(lái)，隨著金屬注射成形工藝的不斷成熟和普及，人們也越來(lái)越關(guān)注鋁合金這種具有優(yōu)異功能的特殊復(fù)合金屬，因鋁合金種類(lèi)繁多，性質(zhì)差異較大，表面極易被氧化的特點(diǎn)，其在注射成形方面與普通金屬或合金要求是不同的，于是才會(huì)出現(xiàn)專(zhuān)門(mén)的AIM——鋁合金注射成形。

任何一個(gè)工藝要想發(fā)展，形成一種產(chǎn)業(yè)，必須要通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)和升級(jí)來(lái)為企業(yè)提高生產(chǎn)效率，AIM也不例外，zui初它是沒(méi)有專(zhuān)用的設(shè)備的，傳統(tǒng)粉末冶金和注塑行業(yè)通用生產(chǎn)設(shè)備以及金屬注射成形專(zhuān)用設(shè)備的都曾被用于該工藝中。但是它有其獨(dú)特的原料特點(diǎn)，那些非專(zhuān)用生產(chǎn)設(shè)備都無(wú)法很好滿(mǎn)足其正常生產(chǎn)需要，即使勉強(qiáng)可以使用制品的質(zhì)量也大打折扣。金屬注射成型產(chǎn)品燒結(jié)出來(lái)后，因?yàn)楦鞣N原因，表面的光潔度相對(duì)比較粗糙，并有輕微的毛刺，并可能有細(xì)小的不銹鋼粉粒黏著在產(chǎn)品表面。

AIM生產(chǎn)設(shè)備(主要是混煉造粒設(shè)備和注射設(shè)備)的研究是近幾年才開(kāi)始的，因?yàn)殇X合金注射成形技術(shù)是非常先進(jìn)的一門(mén)技術(shù)，國(guó)內(nèi)對(duì)其研究也是剛剛開(kāi)始，目前南京科技大學(xué)對(duì)此領(lǐng)域研究較早較多并已經(jīng)取得一定研究成果，在領(lǐng)域的水平可以達(dá)到世界前三。由于鋁合金粉末的摩擦系數(shù)比普通金屬粉末和陶瓷粉末都要小，因此就混煉設(shè)備和注射設(shè)備來(lái)講，原則上是可以與其共用的。主要集中在深圳、上海、江蘇、浙江等沿海城市，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)有兩百多家。

隨著AIM企業(yè)對(duì)生產(chǎn)效率和設(shè)備自動(dòng)化，加工連續(xù)化程度以及設(shè)備性能等要求的提高，專(zhuān)業(yè)的鋁合金注射成形混煉機(jī)、造粒機(jī)及注射機(jī)的研究開(kāi)始被眾多機(jī)械設(shè)備制造商提上日程。

目前國(guó)內(nèi)已有少數(shù)幾家機(jī)械設(shè)備制造商通過(guò)與高等院校合作的方式，在AIM專(zhuān)用生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)方面取得了初步的成效，并在一些企業(yè)開(kāi)始試用，其功能和特性還有待在以后的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷摸索和改進(jìn)，相信隨著科技不斷進(jìn)步，這些生產(chǎn)設(shè)備也會(huì)朝著智能化、環(huán)?；?、自動(dòng)化發(fā)展。其基本工藝過(guò)程是：首先將固體粉末與有機(jī)粘結(jié)劑均勻混練，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(~150℃)用噴射成形機(jī)注入模腔內(nèi)固化成形，然后用化學(xué)或熱分解的方法將成形坯中的粘結(jié)劑脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。

金屬粉末充模模擬機(jī)理和顆粒模擬的使用

對(duì)于多相填充流，人們發(fā)現(xiàn)可以因?yàn)榧羟辛ψ饔?，或是顆粒間的相互作用而形成些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。21世紀(jì)后，MIM工藝進(jìn)一步得到改進(jìn)，新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速。特性使得這一現(xiàn)象尤為突出。這就帶來(lái)了一些問(wèn)題，比如：流體是否均勻，流體是否是多相的且每個(gè)組分是否都起著獨(dú)立的作用來(lái)影響整個(gè)流體的流動(dòng)性。通過(guò)觀察流道橫截面上的流體可以發(fā)現(xiàn)許多有趣的現(xiàn)象。和中顯示的是橫截面的放大圖，顯示出了相的分離以及年輪一樣的結(jié)構(gòu)。上面圖片中的白色條紋是相分離的一種表征，那里是一些粘結(jié)劑中的低熔點(diǎn)組分。在這樣的地方很容易產(chǎn)生裂紋。這種結(jié)構(gòu)明顯表明流體是多相的，甚至可能是類(lèi)固體的。所以實(shí)際上的MIM喂料熔體是非均質(zhì)的流體，其運(yùn)動(dòng)方式和均質(zhì)流體存在著差異。

　　在粉末-粘結(jié)劑兩相體系中，粉末顆粒和粘結(jié)劑之間存在著強(qiáng)烈的相互作用，因此顆粒附近粘結(jié)劑的運(yùn)動(dòng)將受到一定的限制。近年來(lái)隨著中國(guó)制造2025的提出，MIM產(chǎn)品市場(chǎng)需求日益旺盛，MIM企業(yè)如雨后春筍般的成長(zhǎng)，MIM行業(yè)呈現(xiàn)出更加廣闊的前景和良好的發(fā)展?jié)摿ΑＴ谶@個(gè)模型里，將具有不規(guī)則形狀的粉末簡(jiǎn)化為規(guī)則球形的顆粒，每個(gè)顆粒周?chē)仓粚诱辰Y(jié)劑，這層粘結(jié)劑隨顆粒一起運(yùn)動(dòng)，即將其看成一個(gè)復(fù)合單元。粘結(jié)劑的厚度假定是常數(shù)，以此確保系統(tǒng)質(zhì)量的恒定。盡管這些復(fù)合單元的周?chē)€有自由粘結(jié)劑的存在，且其粘性制約了粉末顆粒的運(yùn)動(dòng)，還是可將復(fù)合單元看成是不受外圍粘結(jié)劑介質(zhì)的影響。

　　修正顆粒模型顆粒模型較為充分地考慮了MIM喂料的獨(dú)特性，可以描述粉末的運(yùn)動(dòng)情況，因此這個(gè)模型在簡(jiǎn)單計(jì)算每個(gè)粉末顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況方面較為精準(zhǔn)，但對(duì)于實(shí)際的三維問(wèn)題，顆粒模型的微觀分析需要大量的單元，且容易造成計(jì)算的發(fā)散。下表列出了幾種主要MIM粘結(jié)劑體系的優(yōu)缺點(diǎn)：熱塑性粘結(jié)劑一般由高分子聚合物、低分子物質(zhì)以及必要的添加劑組成（石蠟基粘結(jié)劑、油基粘結(jié)劑等分類(lèi)是根據(jù)低分子物質(zhì)來(lái)區(qū)分的）。很難將其應(yīng)用到諸如粉末等微細(xì)粉末的分析。所以必須對(duì)已有的顆粒模型進(jìn)行一定的修正。展示了通過(guò)這種顆粒模型模擬出來(lái)的MIM喂料充模的情況。從中可以較清楚地看出密度分布的不均勻性。

　　結(jié)論由于MIM喂料在模腔中的流動(dòng)可以看成是固-液兩相流動(dòng)，所以采用傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)模型來(lái)進(jìn)行流動(dòng)模擬存在較大的偏差?？傂枨罅浚耗＞哔M(fèi)和研發(fā)費(fèi)用對(duì)于低需求量的產(chǎn)品，分?jǐn)傁聛?lái)后是很難以承受的。很多研究表明，MIM喂料在充模過(guò)程中將發(fā)生粉末和粘結(jié)劑分離的現(xiàn)象。通過(guò)這種方法可以直接考察粉末特性（粒度、粒徑分布、密度和形狀等）對(duì)流動(dòng)過(guò)程的影響。從而可以監(jiān)視流動(dòng)過(guò)程中粉末的運(yùn)動(dòng)、聚集以及密度變化分布情況和兩相分離等特殊現(xiàn)象。為了簡(jiǎn)化三維問(wèn)題中的計(jì)算，還在基于修正顆粒流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上對(duì)該模型進(jìn)行了修正。