一種生產(chǎn)微尺寸鉸接零件的粉末注射成形工藝的制作方法
【專利摘要】一種生產(chǎn)微尺寸鉸接零件的粉末注射成形工藝，該工藝是在第一個注射成形零件表面或者鉸接聯(lián)接的第一個零件和第二個零件的界面處，采用第一個包膠模具注射成形一層可催化分解的聚合物包覆層，然后采用第二個包膠模具對含有注射坯的模具型腔再進(jìn)行注射成形，注入第二個零件的粉末喂料，最終得到中間有可催化分解聚合物的夾層零件組，第一個零件與第二個零件之間沒有接觸點。中間的可催化分解的聚合物層在隨后的脫脂階段完全去除，形成第一個零件和第二個零件進(jìn)行相對運動的空隙，從而制造出不可分離的、尺寸可控的鉸接聯(lián)接零件。該工藝的生產(chǎn)過程簡單，避免了額外裝配聯(lián)接系統(tǒng)，降低了整體成本，生產(chǎn)效率高，可廣泛用于微機(jī)電系統(tǒng)生產(chǎn)、醫(yī)療器械和假肢制造等領(lǐng)域。
【專利說明】一種生產(chǎn)微尺寸鉸接零件的粉末注射成形工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)微尺寸鉸接零件的粉末注射成形工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 粉末注射成形是在塑料注射成形的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新型近凈成形技術(shù)，適用于 批量制備幾何形狀復(fù)雜、尺寸細(xì)小、性能優(yōu)異的金屬或者陶瓷零件。隨著社會科技的發(fā)展， 微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展對鉸鏈聯(lián)接的微尺寸零部件的需求越來越大，但如何在不增加體積和保 證聯(lián)接強(qiáng)度的條件下生產(chǎn)鉸鏈聯(lián)接的微尺寸粉末注射成形的零部件卻一直是較難克服的 技術(shù)瓶頸。如果采用傳統(tǒng)單獨生產(chǎn)聯(lián)接零件，然后用微型螺栓或鉸鏈聯(lián)接不僅增加了聯(lián)接 體積，而且由于增加了零部件數(shù)目以及考慮安裝聯(lián)接系統(tǒng)或者裝配聯(lián)接系統(tǒng)，無法保證機(jī) 構(gòu)的整體強(qiáng)度，甚至需要特別定制非國標(biāo)的超微螺栓和螺母，也大幅增加了成本。
[0003] 由于粉末注射成形的產(chǎn)品的聯(lián)接結(jié)構(gòu)尺寸往往小于1mm，有的甚至只有幾百微米， 這給零件的裝配上帶來了巨大困難。參考日本微沖壓裝配的方法，在生產(chǎn)沖壓件的同時將 已沖好的沖壓件在沖床模具內(nèi)進(jìn)行沖壓裝配，這種在零部件生產(chǎn)工藝中裝配的方法和思路 同樣可以引入粉末注射成形生產(chǎn)工藝中。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的是，提出一種生產(chǎn)微尺寸鉸接零件的粉末注射成形工藝，該工藝在 第一個注射成形零件表面或者鉸接聯(lián)接的第一個零件和第二個零件的界面處，采用第一個 包膠模具注射成形一層可催化分解的聚合物包覆層，然后采用第二個包膠模具對含有注射 坯的模具型腔再進(jìn)行注射成形，注入第二個零件的粉末喂料，該聚合物層能在隨后的脫脂 階段完全去除，從而制造出不可分離的、尺寸可控的鉸接聯(lián)接零件。該工藝的生產(chǎn)過程簡 單，避免了額外裝配聯(lián)接系統(tǒng)，降低了整體成本，生產(chǎn)效率高的優(yōu)點，可廣泛用于微機(jī)電系 統(tǒng)生產(chǎn)、醫(yī)療器械和假肢制造等領(lǐng)域。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種生產(chǎn)微尺寸鉸接零件的粉末注射成形工藝。
[0006] (1)首先采用通用工藝參數(shù)將粉末與粘結(jié)劑混煉和造粒，或者直接采用商業(yè)的粉 末喂料，用粉末注射成形機(jī)和普通注射模進(jìn)行注射成形，得到第一個零件的注射坯，從模具 中取出注射坯后，切除澆注系統(tǒng)。
[0007] (2)采用包膠模具進(jìn)行二次成形，將可催化分解的聚合物比如聚甲醛（Ρ0Μ)注入到 包含有第一個零件注射坯的型腔，完全填充第一個零件的注射坯與模具型腔中的空隙，形 成包覆層。此包覆層的厚度和位置由采用的鉸接聯(lián)接的具體形式和零件形狀決定，并由包 膠模具的型腔來保證其精度。
[0008] (3)再次采用通用工藝、粉末注射成形機(jī)和第二個包膠模具對包覆有聚甲醛（Ρ0Μ) 的第一個零件的注射坯進(jìn)行第三次成形，注入第二個零件的粉末喂料，最終得到中間有聚 甲醛（Ρ0Μ)層的夾層零件組，此包膠模具在設(shè)計和制造過程中一定注意，要確保第一個零件 注射坯與第二個零件注射坯之間沒有接觸點。
[0009] (4)在催化脫脂爐中用強(qiáng)酸氣氛比如硝酸蒸汽對注射坯進(jìn)行催化脫脂，中間的聚 甲醛（Ρ0Μ)層被分解，分解產(chǎn)物被抽出爐體燃燒。聚甲醛（Ρ0Μ)層被分解后形成的空間成為 第一個零件和第二個零件進(jìn)行相對運動的空隙。
[0010] (5 )根據(jù)材料類型選擇通用工藝進(jìn)一步燒結(jié)制成致密的粉末注射成形最終產(chǎn)品。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點是： (1)該工藝的材料覆蓋了全部可以注射成形的金屬和陶瓷粉末，能可廣泛用于微機(jī)電 系統(tǒng)生產(chǎn)、醫(yī)療器械和假肢制造等領(lǐng)域。
[0012] (2)該工藝的生產(chǎn)過程簡單，可直接使用現(xiàn)有的注射成形設(shè)備和現(xiàn)有的脫脂燒結(jié) 設(shè)備，避免了在產(chǎn)品上額外裝配聯(lián)接系統(tǒng)，雖然需要設(shè)計制造兩套包膠模具，但由于生產(chǎn)批 量大，效率高的特點，還是降低了大批量制造的整體成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的工藝原理圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0015] 實施例1 :利用316L不銹鋼粉末喂料注射成形鉸鏈聯(lián)接的兩個金屬零件。
[0016] (1)粉末喂料采用BASF公司的平均顆粒直徑為22um的不銹鋼316L喂料，以融化 溫度190°C，模具溫度140°C，保壓壓力為300bar，注射速度為250mm/s，冷卻時間為10s的 注射工藝進(jìn)行注射成形。注射成形機(jī)可以采用Battenfeld公司的Microsystem 50微注射 成形機(jī)，得到第一個零件的注射坯，從模具中取出注射坯后，用小刀切除澆注系統(tǒng)。
[0017] (2)采用包膠模具進(jìn)行二次成形，將聚甲醛（Ρ0Μ)以融化溫度190°C，模具溫度 l〇〇°C，保壓壓力為300bar，注射速度為250mm/s，冷卻時間為10s的注射工藝注射到包含有 第一個零件注射坯的型腔，完全填充第一個零件的注射坯與模具型腔中的空隙，形成包覆 層。此包覆層的厚度約為〇. l~〇. 2mm。
[0018] (3)再次采用通用工藝、粉末注射成形機(jī)和第二個包膠模具對包覆有聚甲醛（POM) 的第一個零件的注射坯進(jìn)行第三次成形，注射工藝為融化溫度190°C，模具溫度140°C，保 壓壓力為300bar，注射速度為250mm/s，冷卻時間為10s。注入第二個零件的粉末喂料，最終 得到中間有聚甲醛（Ρ0Μ)層的夾層零件組注射坯產(chǎn)品。
[0019] (4)在催化脫脂爐中加熱至110°C，用濃度超過98%的硝酸蒸汽以30ml/h的進(jìn)酸 速度對注射坯進(jìn)行催化脫脂5飛h，最后通氮氣以5001/h的流速進(jìn)行清洗，中間的聚甲醛 (Ρ0Μ)層被分解，分解產(chǎn)物被抽出爐體燃燒。聚甲醛（Ρ0Μ)層被分解后形成的空間成為第一 個零件和第二個零件進(jìn)行相對運動的空隙。
[0020] (5)將脫脂后的產(chǎn)品放入燒結(jié)爐，為減少變形和開裂，用分段升溫的方式燒結(jié)，首 先以3°C /min的速度從室溫升溫到600°C，在600°C保溫一小時。再以3°C /min的速度 從600°C升溫到1250°C，在1250°C保溫一小時。然后以5°C /min的速度從1250°C降溫到 600°C，在600°C保溫一小時。最后隨爐冷卻，燒結(jié)制成致密的粉末注射成形最終產(chǎn)品。
[0021] 實施例2 :利用氧化鋯陶瓷粉末喂料注射成形鉸鏈聯(lián)接的兩個陶瓷零件。
[0022] (1)粉末采用平均顆粒直徑為7um的氧化鋯粉末顆粒，粘結(jié)劑采用油基粘結(jié)劑。首 先在密煉機(jī)內(nèi)加入粘結(jié)劑加熱融化，再加入氧化鋯粉末顆粒，裝載量為55%，混煉150分鐘， 混料溫度為160°C。用擠出機(jī)三次擠片，三次擠條，擠出溫度分別為120°C、135°C、130°C，R 速為800r/min，制得條狀喂料。
[0023] (2)然后在融化溫度160°C，模具溫度60°C，保壓壓力為200bar，注射速度為 250mm/s，冷卻時間為10s的注射工藝進(jìn)行注射成形。注射成形機(jī)可以采用Battenfeld公 司的Microsystem 50微注射成形機(jī)，得到第一個零件的注射坯，從模具中取出注射坯后， 用小刀切除澆注系統(tǒng)。
[0024] (3)采用包膠模具進(jìn)行二次成形，將聚甲醛（Ρ0Μ)以融化溫度190°C，模具溫度 l〇〇°C，保壓壓力為300bar，注射速度為250mm/s，冷卻時間為10s的注射工藝注射到包含有 第一個零件注射坯的型腔，完全填充第一個零件的注射坯與模具型腔中的空隙，形成包覆 層。
[0025] (4)再次采用通用工藝、粉末注射成形機(jī)和第二個包膠模具對包覆有聚甲醛（Ρ0Μ) 的第一個零件的注射坯進(jìn)行第三次成形，注射工藝為融化溫度160°C，模具溫度60°C，保壓 壓力為200bar，注射速度為250mm/s，冷卻時間為10s。注入第二個零件的粉末喂料，最終得 到中間有聚甲醛（Ρ0Μ)層的夾層零件組注射坯產(chǎn)品。
[0026] (5)在催化脫脂爐中加熱至110°C，用濃度超過98%的硝酸蒸汽以30ml/h的進(jìn)酸 速度對注射坯進(jìn)行催化脫脂5飛h，最后通氮氣以5001/h的流速進(jìn)行清洗，中間的聚甲醛 (Ρ0Μ)層被分解，分解產(chǎn)物被抽出爐體燃燒。然后將產(chǎn)品泡入二氯甲烷3小時脫去粘結(jié)劑， 并用水浴保溫在40°C。
[0027] (6)將脫脂后的產(chǎn)品放入燒結(jié)爐，在2. 5小時內(nèi)從室溫升至800°C，在7個小時內(nèi) 從800°C升至1200°C，在1200°C保溫一小時，在4小時內(nèi)升至1600°C，保溫2小時后，在5 小時內(nèi)降到l〇〇〇°C，最后隨爐冷卻，燒結(jié)制成致密的粉末注射成形最終產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1. 一種生產(chǎn)微尺寸鉸接零件的粉末注射成形工藝，其特征在于：在第一個注射成形零 件表面或者鉸接聯(lián)接的第一個零件和第二個零件的界面處，采用第一個包膠模具注射成形 一層可催化分解的聚合物包覆層，然后采用第二個包膠模具對含有注射坯的模具型腔再進(jìn) 行注射成形，注入第二個零件的粉末喂料，該聚合物層能在隨后的脫脂階段完全去除，從而 制造出不可分離的、尺寸可控的鉸接零件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)微尺寸鉸接零件的粉末注射成形工藝，其特征在 于： 步驟一、首先采用通用工藝參數(shù)將粉末與粘結(jié)劑混煉和造粒，或者直接采用商業(yè)的粉 末喂料，用粉末注射成形機(jī)和普通注射模進(jìn)行注射成形，得到第一個零件的注射坯，從模具 中取出注射坯后，切除澆注系統(tǒng)； 步驟二、采用包膠模具進(jìn)行二次成形，將可催化分解的聚合物注入到包含有第一個零 件注射坯的型腔，完全填充第一個零件的注射坯與模具型腔中的空隙，形成包覆層；此包覆 層的厚度和位置由采用的鉸接聯(lián)接的具體形式和零件形狀決定，并由包膠模具的型腔來保 證其精度； 步驟三、再次采用通用工藝、粉末注射成形機(jī)和第二個包膠模具對包覆有可催化分解 的聚合物的第一個零件的注射坯進(jìn)行第三次成形，注入第二個零件的粉末喂料，最終得到 中間有可催化分解的聚合物的夾層零件組注射坯，第一個零件與第二個零件之間沒有接觸 占 . 步驟四、在催化脫脂爐中用酸性蒸汽對注射坯進(jìn)行催化脫脂，中間的可催化分解的聚 合物被分解，分解產(chǎn)物被抽出爐體燃燒，可催化分解的聚合物層被分解后形成的空間成為 第一個零件和第二個零件進(jìn)行相對運動的空隙； 步驟五、根據(jù)材料類型選用通用工藝進(jìn)一步燒結(jié)制成致密的粉末注射成形最終產(chǎn)品。
【文檔編號】B22F3/22GK104117678SQ201410391594
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】劉煜, 夏卿坤, 謝邵輝, 梁亮, 高全芹, 何航敏, 江峻, 肖燕芳 申請人:長沙學(xué)院