一种粉末注射成型模具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种粉末注射成型的模具，特别是涉及一种制备致密成型件的粉末注射模具。
【背景技术】
[0002]粉末注射成形技术(Powder inject1n molding，简称PIM)是一种将金属粉末与有机黏结剂混合，在加热状态下用注射成形机将其注入模腔内成形，再用化学溶剂或加热分解的方法去掉黏结剂，最终烧结成致密产品的新型合金生产技术。近年来，随着制造复杂形状的金属或陶瓷烧结体方法工艺的发展，PIM技术应用到越来越多的领域中，尤其是M頂(Metal Inject1n Molding，金属注射成型)和 CIM (Ceramic Inject1n Molding 陶瓷注射成型)应用于各类结构件、异形件的成型工艺中。随着PIM技术的发展，各领域对产品的尺寸精度、组织均匀性、力学性能、生产成本等提出越来越高的要求，这就要求脱脂烧结前的生胚产品有高的密度和组织均匀性，以达到对产品的越来越高的性能要求。
[0003]现有技术中，为了提升生胚产品的致密程度，往往采用粒径极小的粉末原料进行压制，同时严格控制粉末原料粒度的均一性，如常规粉末冶金原料粒度为50-100 μ m，一旦将粉末原料的平均粒度控制为10 μ m左右，则M頂产品的致密程度可提升20%-30%。但是，对原料粉末的粒度进行控制会带来原料粉末成本的成倍增长，同时在目前的技术条件下，粉末粒度的减小程度也极为有限。
[0004]也有许多技术对制备工艺中所用到的模具进行了改进，如申请号为200510138082.7的名为《用于制造致密的粉末金属零件的方法和组合模》的中国专利，提供了一种包含有从打开位置到闭合位置相对于彼此可运动的上模和下模的模具，还包括至少一个与所述上模相联的上冲头以及至少一个与所述下模相联的下冲头，该方法利用上下模与上下冲头做相对移动来压实型腔中的粉末以获得致密产品。该方法步骤较为繁琐，对于粉末成型产品的致密程度改进也有限。
【发明内容】
[0005]为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种制备致密成型件的粉末注射模具及应用该模具制备成型产品的方法，通过对模具的改进，并利用改进的模具进行一个注射成型循环周期内的两次合模，可在其他条件都不发生变化的情况下，对粉末材料的生胚产品进行二次压实，使粉末成型产品的致密度大幅提升。
[0006]本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现:
[0007]—种粉末注射成型模具，包括动模模仁和定模模仁，所述动模模仁上设置有内腔，所述定模模仁的外形与动模模仁的内腔相适配，其特征在于，动模模仁与定模模仁之间设有间隙，动模模仁内腔的内壁上设置有台阶，定模模仁的外壁上设置有与动模模仁内壁台阶相适配的台阶。
[0008]现有模具技术中，分体式模具一般由动模和定模组成，动模模仁和定模模仁是动模和定模上必要的组成部分，动模部分除动模模仁外还可包含动模前板、顶针、顶针板组件、动模底板等组件；定模部分除了定模模仁外，还可包含有定模模板、进料嘴等组件。本发明方案中的动模模仁和定模模仁可装载于任何现有技术中的模具中。
[0009]分体式模具中动模模仁上所设内腔与定模模仁的外形相适配是模具能够使用的必要条件。在本发明的方案中，动模模仁与定模模仁之间设有间隙，一方面是为了在压制粉末原料时让原料中的气体有通道可以排出，另一方面设置该间隙与顶针方向呈现一定的角度会让动模模仁与定模模仁在装载配合时更为顺畅，压制产品时，压力能够顺着间隙的方向更为均匀的施加于成型样品上，同时在初次合模及注射保压过程中能够为模腔中的原料提供更为充足的空间使粉末原料中的粘结剂熔化的更为均匀，进而使后续成型产品烧结得更加均匀。动模模仁和定模模仁在装载配合时会有一定的形位公差，合理设置二者之间的间隙大小还能适当避免模仁在加工过程中出现的少许偏差带来的对成型产品尺寸的影响。本发明的发明人通过大量实验得出，动模模仁与定模模仁之间所设间隙厚度为0.1-0.5mm为宜，该间隙与顶针方向所呈角度为1-15°为宜。
[0010]同时，动模模仁内腔的内壁上设置有台阶，定模模仁的外壁上设置有与动模模仁内壁台阶相适配的台阶，使动模模仁与定模模仁有效形成封闭的腔体。普通的模具中，动模模仁与定模模仁在装载配合时难免会产生一定的形差位错，设置台阶不仅能够有效避免该情况的产生而导致出现粉末原料外漏(即“跑料”)的情况，而且为后续第二次的密压合模步骤提供了继续压实粉末原料成型胚体的路径。动模模仁内腔的内壁上所设台阶可为一级或多级，对应的定模模仁外壁上预制相适配的台阶也可为一级或多级。如果对模具成型腔体的封闭性有更高的要求，则可按照需求将台阶设置为两级或多级，台阶形状也可按照具体需求进行调整。
[0011]动模模仁内腔的内壁上所设台阶长度为注射成型产品厚度的3-15%，即从理论上讲，通过二次密压合模步骤中的压实过程中可将产品致密度提升3-15%。然而从发明人的实践经验中得出，在普通合模机构的加工条件下，并非能够无限制的一直对粉末原料进行压实，一旦二次密压合模过程中所使用的压力过高，型腔中会出现较为严重的原料外漏(即“跑料”)的情况。本发明的发明人通过实验发现，根据粉末原料的粒度及与粘结剂的混合比例将动模模仁内腔内壁上上所设台阶长度定为注射成型产品厚度的3-15%为较优的设置。若原料粒度较大，且粘结剂对原料粉体的润湿性一般，则可调整上述台阶长度为8-15% ;若原料粒度较小，粘结剂对分离润湿性好，则可调整上述台阶长度为5-10% ;若原料和粘结剂本身的致密性就比较优异，则调整上述台阶长度为3-5%即可，针对不同的粉体和粘结剂的体系做出适当调整不仅可以最大化对粉末原料的利用率，而且在批量化生产过程中能够保证成型产品致密度提升的稳定性。本发明的发明人通过大量实验发现，对平均粒度为10 μπι-50μπι范围内的原料粉体进行压制时，设置动模模仁内腔的内壁上台阶长度为注射成型产品厚度的10%，在最佳条件下可将注射成型的产品致密度提升近10%。
[0012]定模模仁外壁上所设与动模模仁内腔的内壁上相适配的台阶长度可与动模模仁内腔的内壁上台阶长度保持一致。进一步优选，定模模仁外壁上所设台阶长度可比动模模仁内腔的内壁上所设台阶长度短，以便更为有效的使动模模仁与定模模仁形成封闭腔体。
[0013]一种利用上述粉末注射成型模具制备成型产品的方法，包括如下步骤:
[0014]( I)初次合模:通过合模机构将动模模仁向定模模仁第一次移动，将动模与定模闭合，使动模模仁与定模模仁形成封闭腔体，动模与定模之间保持一段预留距离；
[0015]步骤(I)为第一次合模，目的是初步将粉末原料压实，使模腔温度和压力达到所需值，排出粉末原料中的气体，让产品初步成型。上述合模机构可选择为任何合适的市售注塑机或压力机，若需要加热，压力机可配套加热系统使用。
[0016](2)注射保压:通过注射进料机构，将粉末原料通过进料嘴注射至模具型腔内，待模具型腔内充满原料后保持进料压力。注射进料系统可选择现有技术中的进料系统，如注塑机螺杆进料系统。保持进料压力可进一步促使排气，并有效使产品均匀。
[0017](3)密压合模:步骤(2)完成后，通过合模机构将动模模仁向定模模仁第二次移动，直至动模与定模的分型面