丁立強(qiáng)，張華力

(1. 南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039； 2. 洛陽疋姆泰可精密零件制造有限公司， 河南 洛陽 471000)

基于PIM技術(shù)的機(jī)柜插箱提手制造工藝*

丁立強(qiáng)1，張華力2

(1. 南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039； 2. 洛陽疋姆泰可精密零件制造有限公司， 河南 洛陽 471000)

為提高機(jī)柜插箱不銹鋼提手的生產(chǎn)效率和外觀質(zhì)量，文中創(chuàng)新性地提出了將粉末注射成形(Powder Injection Moulding，PIM)技術(shù)應(yīng)用于不銹鋼提手的制造，詳細(xì)分析了基于PIM技術(shù)的機(jī)柜插箱提手的制造工藝。生產(chǎn)結(jié)果表明：該技術(shù)能較好地滿足圖紙的精度要求；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，外形美觀，一致性好；與純數(shù)控加工相比，其生產(chǎn)效率大大提高，生產(chǎn)工期縮短，成本降低。因此，將該技術(shù)用于不銹鋼提手制造是非常有效的生產(chǎn)方式，而且在液壓和液冷管路連接件制造方面還有較好的應(yīng)用前景。

粉末注射成形技術(shù)；提手；制造工藝；應(yīng)用前景

引 言

雷達(dá)機(jī)柜插箱用不銹鋼提手由把手、墊塊、軸及緊固件連接而成，是影響機(jī)柜外觀和插拔可靠性的一個常用構(gòu)件。提手中把手和墊塊形狀復(fù)雜，公差要求嚴(yán)格，一般采用數(shù)控加工。數(shù)控加工不僅占用數(shù)控設(shè)備多，不銹鋼材料加工困難，生產(chǎn)效率低，而且產(chǎn)品外表不美觀，一致性差，特別是在提手批量加大時難以適應(yīng)短供貨期的要求，影響雷達(dá)機(jī)柜的生產(chǎn)進(jìn)度。因此，急需一種先進(jìn)的提手制造工藝來解決當(dāng)前越來越突出的問題。

粉末注射成形(Powder Injection Moulding，PIM)技術(shù)是將現(xiàn)代塑料注塑成形技術(shù)引入粉末冶金和高技術(shù)陶瓷領(lǐng)域而形成的一項近凈尺寸成形技術(shù)。其基本工藝過程是將金屬或者陶瓷粉末與有機(jī)粘結(jié)劑混合后，利用注射機(jī)注入模具成形，再經(jīng)過脫脂燒結(jié)最終形成金屬或陶瓷制品。該工藝始于20世紀(jì)70年代，興于90年代。PIM技術(shù)與傳統(tǒng)的金屬或者陶瓷成形工藝相比，具有精度高、組織均勻、性能優(yōu)異、生產(chǎn)成本低、可直接成形高度復(fù)雜異形零件等顯著優(yōu)勢，其產(chǎn)品廣

泛應(yīng)用于汽車、電子、醫(yī)療器械、鐘表、軍事等工業(yè)部門，被譽(yù)為“當(dāng)今最熱門的零部件成形技術(shù)”和“21世紀(jì)的成形技術(shù)”[1-3]。

1 PIM工藝實現(xiàn)

1.1 原加工工藝

提手中把手與墊塊為316L不銹鋼材質(zhì)，其原加工工藝流程為下料 → 數(shù)控加工→電化學(xué)處理→檢驗→裝配。

不銹鋼異形件產(chǎn)品的數(shù)控加工存在許多難以克服的問題，影響加工效率。首先，由于不銹鋼材料韌性大、熱強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、切削時塑性變形大、加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重、切削熱多、散熱困難等原因，刀尖處切削溫度高，切屑粘附刃口嚴(yán)重，容易產(chǎn)生積屑瘤，既加劇了刀刃的磨損，又影響了加工的表面粗糙度。其次，由于切屑不易卷曲和折斷，已加工表面也會受到損傷，出現(xiàn)大毛刺，影響工件的質(zhì)量，增加后續(xù)處理的費用。

1.2 提手先進(jìn)制造工藝方案的制定

316L粉末注射成形零件技術(shù)的特點見表1，能滿足圖紙的要求。采用PIM技術(shù)制造把手與墊塊的開發(fā)流程如圖1所示。

表1 316L粉末注射成形零件技術(shù)特點

圖1 PIM技術(shù)開發(fā)流程

把手與墊塊加工工藝流程主要為喂料→注射成形→脫脂燒結(jié)→后精加工→檢驗→裝配。零件外形及精度要求低的尺寸采用PIM技術(shù)直接成型，精度要求高的部位先預(yù)成型并留出1 mm余量，由數(shù)控精加工保證尺寸精度，提手與墊塊檢驗合格之后與緊固件裝配成提手。該工藝方案既大大減少了純數(shù)控加工的時間，又降低了模具和成型難度。下面將著重介紹模具制造和零件成型過程。

1.3 模具制造

通過3D模具設(shè)計和成型模擬，精確確定按一定比例放大了的零件型腔尺寸，把手和墊塊分別采用一模二腔結(jié)構(gòu)?？紤]到成型零件的結(jié)構(gòu)及出模方式，模具型腔結(jié)構(gòu)分別如圖2和圖3所示。 模具采用標(biāo)準(zhǔn)模架，型腔采用H13料經(jīng)過精密機(jī)加工制造，成型面鏡面拋光，表面采用PVD工藝鍍TiN層，增加模具型腔表面的抗磨損能力，保證模具壽命符合設(shè)計要求。

圖2 把手模具型腔

圖3 墊塊模具型腔

1.4 零件成形

1.4.1 金屬粉末的選擇

采用進(jìn)口316L球形氣體霧化粉末，保證了粉末具有高的流動性和松裝密度以及良好的充填性能和燒結(jié)性能，從原材料上保證了最終產(chǎn)品成分與性能的一致性。

1.4.2 粘結(jié)劑的選擇

有機(jī)粘結(jié)劑的作用是粘結(jié)金屬粉末顆粒，使混合料具有流變性和潤滑性，因此粘結(jié)劑的選擇是整個粉末注射成形的關(guān)鍵。實際生產(chǎn)采用的是自有的獨特的粘結(jié)劑體系，其填充率可以達(dá)到70%。高的填充率意味著高的形狀穩(wěn)定性，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

1.4.3 喂料

喂料就是使粉末與粘結(jié)劑混合，制備成可以用于粉末注射成形的顆粒材料的過程。它采用定制的專用捏合設(shè)備，按照標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行，以保證各個批次喂料的一致性。

1.4.4 注射成形

在注射成形過程中，注射機(jī)料筒內(nèi)的混合料被加熱成具有流變性的增塑溶膠，在螺桿形成的壓力下，產(chǎn)生高的剪切速率，其粘度隨著溫度的升高而急劇下降，從而能夠充填模具型腔，冷卻之后得到零件毛坯。采用進(jìn)口注射成型機(jī)，優(yōu)化注射壓力、保壓時間、冷卻時間等工藝參數(shù)，保證產(chǎn)品的一致性。

1.4.5 脫脂與燒結(jié)

脫脂是除去毛坯體內(nèi)含有的有機(jī)粘結(jié)劑，燒結(jié)是多孔的毛坯在高溫下燒結(jié)致密化為具有一定組織和性能的制品。采用專用設(shè)備保證脫脂燒結(jié)的一致性，獲得高品質(zhì)的制品。其高性能真空燒結(jié)爐溫差在±5 ℃以內(nèi)，保證了燒結(jié)的一致性。圖4為真空燒結(jié)爐脫脂燒結(jié)工藝曲線，圖5為把手注塑件毛坯件與燒結(jié)件的對比，圖6為墊塊注塑件毛坯件與燒結(jié)件的對比。

圖4 脫脂燒結(jié)工藝曲線

圖5 把手注射毛坯與燒結(jié)件

圖6 墊塊注射毛坯與燒結(jié)件

1.4.6 后精加工

把手燒結(jié)后能達(dá)到圖紙要求，不需要后續(xù)精加工。墊塊精度要求高的部位采用數(shù)控加工中心對零件毛坯進(jìn)行精加工，以保證重要尺寸的精度。圖7為精加工后的墊塊零件圖。把手與墊塊檢驗合格之后與緊固件裝配成提手，如圖8所示。

圖7 墊塊精加工后的成品圖

圖8 裝配后提手

2 效果驗證

2.1 燒結(jié)密度

采用排水法對密度進(jìn)行測量，結(jié)果為產(chǎn)品密度大于7.8 g/cm3，大于設(shè)計指標(biāo)7.6 g/cm3。

2.2 力學(xué)性能

利用隨爐燒結(jié)316L力學(xué)試樣進(jìn)行力學(xué)性能測量，測得力學(xué)性能參數(shù)抗拉強(qiáng)度為 500 MPa，屈服強(qiáng)度為175 MPa，延伸率為45%，滿足設(shè)計指標(biāo)的要求。其計算方法如下：

(1)

式中：σb為抗拉強(qiáng)度，Pa；Pb為試樣拉斷前所能承受的最大載荷，N；F0為試樣原始橫截面積 ，m2。

(2)

式中：σs為屈服強(qiáng)度，Pa；Ps為屈服載荷，N。

(3)

式中：δ為試樣的伸長率，%；Lk為試樣拉斷的標(biāo)距長度，mm；L0為試樣的原始長度，mm。

2.3 材料成分和尺寸檢測

采用X光熒光光譜分析儀檢測試樣化學(xué)成分，316L試樣化學(xué)成分見表2，結(jié)果符合技術(shù)協(xié)議的要求。零件所有尺寸經(jīng)檢驗符合圖紙要求，質(zhì)量穩(wěn)定，外觀漂亮，一致性非常好。

表2 316L試樣化學(xué)成分 %

材質(zhì)CrNiMnSiPSCMo316L1712<2．0<1．0<0．03<0．03<0．032．5

2.4 經(jīng)濟(jì)效益

生產(chǎn)效率比原數(shù)控加工提高一倍以上，不再依賴大量的數(shù)控機(jī)床，供貨期由60天減至30天，成本也降低1/3以上。

3 結(jié)束語

機(jī)柜插箱提手采用PIM技術(shù)后，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，達(dá)到圖紙要求。該技術(shù)不僅使生產(chǎn)效率比純數(shù)控加工大大提高，供貨期縮短，成本降低，而且提手外形美觀，一致性好。該先進(jìn)工藝技術(shù)還可推廣至其它復(fù)雜不銹鋼零部件如液壓和液冷管路連接件(如三通接頭、彎頭)的生產(chǎn)制造。

[1] GERMAN R M，宋久鵬. 粉末注射成形: 材料、性能、設(shè)計與應(yīng)用[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2011.

[2] 張弛. 金屬粉末注射成形技術(shù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2007.

[3] 李益民. 金屬注射成形原理與應(yīng)用[M]. 長沙: 中南大學(xué)出版社，2004.

丁立強(qiáng)(1978-), 男, 工程師, 主要從事生產(chǎn)管理、工藝技術(shù)研究工作。

Manufacturing Process of Cabinet Plug-in Box Handle Based on PIM Technology

DING Li-qiang1，ZHANG Hua-li2

(1.NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology，Nanjing210039,China； 2.PIM-techPrecisionPartsManufacturingCo.Ltd.,Luoyang471000,China)

In order to improve the production efficiency of stainless steel handle of cabinet plug-in box and the appearance quality, this paper puts forward innovatively application of powder injection moulding (PIM) technology to manufacturing of stainless steel handle and analyzes in detail the manufacturing process of this handle. Production results show that PIM technology can meet the precision requirements of drawings. The handle enjoys stable quality, beautiful appearance and good consistency. Compared with pure NC machining, this technology can greatly improve the production efficiency, shorten the production period and reduce the cost. Therefore, the application of PIM technology to manufacturing of stainless handle is a very effective production mode. Besides, it shows great application prospect in manufacturing of the hydraulic and liquid cooling pipe connector.

powder injection moulding (PIM) technology；handle；manufacturing process；application prospect

2013-08-06

TN957.8

A

1008-5300(2013)05-0044-03