微幼齿轮的金属粉末注射成型（MIM)技术

1微幼齿轮MIM出产工艺过程及参数选择

大批量出产某微幼齿轮的工艺参数及其重要参数的尝试选择步骤
。

2金属粉末及粘结剂的选择
MIM工艺所用金属粉末颗粒尺寸通常在0.5-20 μm
。从理论上讲，颗粒越细，比表表积也越大，易于成型和烧结
。目前出产MIM用粉末的重要步骤有:水雾化法、气体雾化法、拨基法
。每种步骤各有其优弊端:水雾化法是重要的造粉工艺，其效能高、大规模出产比力经济，可使粉末轻微化，但状态不规定，这有利于保形，但是用粘结剂较多，影响精度
。此表，水与金属高温反映形成的氧化膜故障烧结
。气体雾化法是出产MIM用粉的重要步骤，它出产的粉末为球形，氧化水平低，所需粘结剂少，成形性好，但价值高，保形性差
。拨基法出产的粉末纯度高、粒度极细，它最适合于MIM ,但仅限于Fe, Ni等粉体，不能满足资料多种类的要求
。为了满足MIM用粉的要求，很多造粉公司对上述步骤进行了改进，还发展了微雾化、层流雾化等造粉步骤
。选用粉末要从MIM技术、产品状态、机能、价值等多方面综合思考，此刻通常是水雾化粉和气雾化粉混合使用，前者提高振实密度后者维持保形性
。由于该齿轮使用在侵蚀性的环境中，故而选取水雾化316L不锈钢粉末，其化学成分(质量分数)为，Cr:17. 0%,N:11.5%, Mo:2.2%,C:不大于0.3%,Fe:69%左右
。其物理性质如表1
。

在MIM中工艺，粘结剂起着极度沉要的作用，它直接影响着混合、注射成形、脱脂等工序，对注射成形坯的质量、脱脂及尺寸精度、合金成分蹬仔很大的影响
。MIM所使用的粘结剂蕴含热塑性系统、热固性系统、水溶性系统、凝胶系统及特殊系统，它们各有其优弊端，热塑性粘结剂系统是MIM粘结剂的主流和先导，热固性系统粘结剂利用较少，固然这类粘结剂的保形性好，但是脱除比力难题
。在此，粘结剂选取热塑性粘结剂，其配方为70%的石蜡和30%高密度聚乙烯
。

3混炼、造粒与注射成形
粉末和粘结剂确定后要进行混炼，混炼是一个复杂的改善粉末流动性和实现分散的过程
。常用的混炼装置有双螺杆挤出机、Z形叶轮混料机、双行星混炼机等，目前在发展陆续混炼工艺

；炝妒钡募恿纤俣取⒒炝段露取⒆俚瘸鞘杏跋旎炝兜某尚
。在此将粉末和粘结剂按63 : 37的装载量(体积分数)在双行星混炼机上混炼1.5 h，混炼温度为130土10℃，使粉末和粘结剂充分混合而后在单螺杆挤出装置上造粒，造粒温度选取130℃-150℃，螺杆旋转转速为40 r/min
。使用TMC60EV型注射机注射成形
。注射成形关键问题之一是有关成形的各项设计，其中蕴含产品设计、模具设计
。只管目前出产的产品可从0.003 g-200 g，并且在改进精度方面已获得了沉要进取，然而大无数设计出格是模具设计是凭经验，短缺靠得住的设计知识，CAD系统难以很好地利用于MIM
。现已使用塑料模具的道理逐步将MIM的模具尺度化，随着经验的堆集，模具设计和造作的功夫将会大大削减，尽可能多地使用多模腔模具以提高注射效能
。

注射成形的主张是获得所需状态的无缺点成形坯，注射缺点在后续工艺中不成解除，因而这个步骤要严格节造
。选取超声检测技术可检测出注射成形坯的内部缺点
。注射阶段的缺点节造目前重要还是凭经验操作
。随着科学技术的进取，选取推算机模仿喂料的注射充模过程，并将其和喂料机能等相联系，优化注射前提参数，解除注射缺点是目前先进的尝试伎俩，也是未来的发展趋向
。国表有报路将moldflow利用于MIM注射过程分析，并取的较好成效，我们也试利用该技术，但发现模仿了局与尝试了局不能很好切合，这方面还有待与进一步钻研
。

4脱脂与预烧结
脱脂步骤选取热脱脂，热脱脂工艺要凭据粘结剂组元的热分化个性合理确定，同时还要预防由于脱脂速度过快，使脱脂坯产生鼓泡、开裂等缺点
。由于不锈钢粉对含碳量极度敏感，因而要选择还原性空气，预防因粘结剂分化而产生残碳，在室温到200℃的温度区内重要为石蜡的分化，本工艺过程中粘结剂中石蜡为最重要的组份，因而为了成功脱除石蜡，加温速度通常要低于1℃/min
。本工艺的脱脂炉内是氢气空气，脱脂温度为200℃以下以0.8℃/min的加热速度升温，待温度达到200℃时保温1.5 h，而后以1.5℃/min的速度升至450℃保温h，以脱去粘结剂的聚合物组元高密度聚乙烯，并形成连通孔
。450℃以来用4℃/min的速度急剧升温至800℃后保温45 min，使粘结剂中的聚合物组份齐全分化，并实现脱脂和毛坯的预烧结
。

5烧结
烧结在真空烧结炉中进行，真空度为0.1 Pa,

烧结过程为:起头以4℃/min的升温速度升至1000℃，保温45 min，再以6 ℃/min急剧升至烧结温度1 380 ±10(℃)，保温45 min,而后随炉冷却至常温
。烧结温杜爪尽可能不变，烧结温度颠簸几十摄氏度，可导致烧结密度颠簸10%，收缩率扭转3%
。

最终产品的尺寸精度及机械机能:

制品零件(如图3)，对与零件一起备造的尺度试样进行了金相分析和力学机能试验
。零件的金相组织为纯奥氏体，其力学机能试验了局:屈服强度为220 MPa，拉伸强度为510 MPa，延长率为45%，

任取10件测得其均匀密度为理论密度得98. 8%

８锏搅死砺凵系幕苤副，满足使用要求
。结构及尺寸均满足精度要求，不必要加工处置
。