高性能棘爪注射成形工艺的研究

摘 要：介绍了金属注射成形工艺制造高性能纺织机械配件棘爪的工艺可行性，其中粘结剂的制备及脱脂工序是关键工序。

关键词：高性能棘爪；粘结剂；金属注射成形；金相组织

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.043

1 前言

金属粉末注射成形（MIM）技术是将传统粉末冶金工艺和塑料注射成形工艺相结合的一种新型粉末冶金近净成形技术[1]，MIM工艺主要包括混炼、注射、脱脂、烧结等工序，该工艺的材料利用率高，制取的零件具有几何形状不规则，强度高，耐磨性好，精度高等优良性能[2]，被誉为二十一世纪机械加工领域内的一场“革命”。

纺织机械重要配件之一棘爪的特点是：与棘轮匹配良好、运动灵活、具有强度高、耐磨性好、工作时间长等使用性能[3]，而棘爪本身的尺寸不规则，使用性能要求高，采用传统的生产方法，效率低、成本高，因此开发出MIM技术制造棘爪的新工艺，具有重要的现实意义。

2 实验方法

2.1 原料

2.1.1 粘结剂的制备

粘结剂由PW、MW、EVA、HDPE、SA等组元组成，采用对比实验法，将PW于95℃在混炼器中完全熔化后升温，依次加入MW、EVA、HDPE，搅拌后、进行混炼后，再加入SA，再搅拌2.5h，制备出粘结剂1号、2号、3号，经过优选1号为最佳配方，备用。

2.1.2 实验所用的金属粉末原料

羰基铁粉、羰基镍粉、雾化铁粉、铬粉、钼粉等，其中铁粉、镍粉、碳化钨的粉末物理特性如表1。

金属粉末质量配比：m（WC）：m（Ni）：m（Cr）：m（Mo）：m（Fe）=5：8：8：5：74

2.2 混料

（1）将金属粉末按工艺要求的配方进行混合，并在双锥混合机混合，时间为6h。

（2）将混合均匀的金属粉末与粘结剂配方1号，按工艺配方在混炼机内于温度150℃左右，混炼1h。

（3）将混炼后的喂料在塑料挤出装置中制粒，供注射成形使用。

2.3 注射成型

在SZ-28型注射成型机，注射毛坯，注射工艺参数为温度145℃，压力85，速度80，时间4秒，毛坯外形完整，光滑，断面成分均匀。

2.4 脱脂

该工序采用两步脱脂法，即首先在75℃用有机溶剂将毛坯中的熔点低的有机物，通过溶解--扩散反应溶于溶剂中，然后通过热脱脂进一步将大分子有机物脱除，工艺参数：推舟速度4.0cm/min，温度分别为：

一段150℃，二段240℃，三段350℃，四段550℃，五段750℃。

2.5 烧结

采用氮气/氢气混合气作为保护气，设备为钼丝炉，工艺参数：温度分别为：一段190℃，二段390℃，三段690℃，四段1050℃，速度0.5cm/min

2.6 热处理

采用气体渗碳，工艺参数：温度860℃-880℃，保温时间3-4h，油淬火处理，低温回火1.5-2h，表面硬度50-55HRC，显微组织为回火马氏体（1-2级）+分布均匀的小块状碳化物。

3 实验结果与结论

（1）粘结剂的制备。①对成型工序的影响，粘结剂是MIM的核心技术，其组分的类型及数量影响喂料的流动性，毛坯的成型性及毛坯的成品率。②对脱脂工序的影响，骨架有机高分子的作用对毛坯的保型性至关重要，直接影响溶剂脱脂的效果，进而决定脱脂工序的成败。（2）双锥混炼工序，混炼时间是关键，否则，金属粉末成分易偏析，成品件组织分布不均匀。（3）溶剂脱脂，温度高于80℃，会出现鼓泡，溶胀现象，毛坯出现坍塌缺陷，温度低于60℃脱脂效果不理想，对于本实验所用粘结剂体系最适宜的温度是75℃。（4）棘爪最适宜烧结温度为1050℃±2℃，几何尺寸最理想，温度高，尺寸小；温度低，尺寸大。（5）热处理工艺参数的选择是保证棘爪的物理力学性能的关键工序。

4 结论

（1）粘结剂的制备是MIM技术制造棘爪的核心技术，它直接影响混料、成形、脱脂、烧结等工序的进行，决定棘爪能否实现工业化生产。

（2）脱脂工序是关键工序，直接影响毛坯产品的几何尺寸、成品率及生产效率。

（3）采用MIM技术生产的棘爪，质量稳定、尺寸精度高、性能优良、可以实现大批量工业化生产。

参考文献：

[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.纺织设备维修管理基础[J].p120-122.

作者简介：徐国熙（1967-），男，山东威海人，本科，讲师，研究方向：应用化工。