徐國熙(威海職業(yè)學(xué)院,山東 威海 264210)
?
高性能棘爪注射成形工藝的研究
徐國熙
(威海職業(yè)學(xué)院,山東 威海 264210)
摘 要:介紹了金屬注射成形工藝制造高性能紡織機(jī)械配件棘爪的工藝可行性,其中粘結(jié)劑的制備及脫脂工序是關(guān)鍵工序。
關(guān)鍵詞:高性能棘爪;粘結(jié)劑;金屬注射成形;金相組織
金屬粉末注射成形(MIM)技術(shù)是將傳統(tǒng)粉末冶金工藝和塑料注射成形工藝相結(jié)合的一種新型粉末冶金近凈成形技術(shù)[1],MIM工藝主要包括混煉、注射、脫脂、燒結(jié)等工序,該工藝的材料利用率高,制取的零件具有幾何形狀不規(guī)則,強(qiáng)度高,耐磨性好,精度高等優(yōu)良性能[2],被譽(yù)為二十一世紀(jì)機(jī)械加工領(lǐng)域內(nèi)的一場“革命”。
紡織機(jī)械重要配件之一棘爪的特點(diǎn)是:與棘輪匹配良好、運(yùn)動(dòng)靈活、具有強(qiáng)度高、耐磨性好、工作時(shí)間長等使用性能[3],而棘爪本身的尺寸不規(guī)則,使用性能要求高,采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法,效率低、成本高,因此開發(fā)出MIM技術(shù)制造棘爪的新工藝,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2.1原料
2.1.1 粘結(jié)劑的制備
粘結(jié)劑由PW、MW、EVA、HDPE、SA等組元組成,采用對比實(shí)驗(yàn)法,將PW于95℃在混煉器中完全熔化后升溫,依次加入MW、EVA、HDPE,攪拌后、進(jìn)行混煉后,再加入SA,再攪拌2.5h,制備出粘結(jié)劑1號(hào)、2號(hào)、3號(hào),經(jīng)過優(yōu)選1號(hào)為最佳配方,備用。
2.1.2 實(shí)驗(yàn)所用的金屬粉末原料
羰基鐵粉、羰基鎳粉、霧化鐵粉、鉻粉、鉬粉等,其中鐵粉、鎳粉、碳化鎢的粉末物理特性如表1。
表1 原料粉末的物理特性
2.2混料
(1)將金屬粉末按工藝要求的配方進(jìn)行混合,并在雙錐混合機(jī)混合,時(shí)間為6h。
(2)將混合均勻的金屬粉末與粘結(jié)劑配方1號(hào),按工藝配方在混煉機(jī)內(nèi)于溫度150℃左右,混煉1h。
(3)將混煉后的喂料在塑料擠出裝置中制粒,供注射成形使用。
2.3注射成型
在SZ-28型注射成型機(jī),注射毛坯,注射工藝參數(shù)為溫度145℃,壓力85,速度80,時(shí)間4秒,毛坯外形完整,光滑,斷面成分均勻。
2.4脫脂
該工序采用兩步脫脂法,即首先在75℃用有機(jī)溶劑將毛坯中的熔點(diǎn)低的有機(jī)物,通過溶解--擴(kuò)散反應(yīng)溶于溶劑中,然后通過熱脫脂進(jìn)一步將大分子有機(jī)物脫除,工藝參數(shù):推舟速度4.0cm/min,溫度分別為:
一段150℃,二段240℃,三段350℃,四段550℃,五段750℃。
2.5燒結(jié)
采用氮?dú)?氫氣混合氣作為保護(hù)氣,設(shè)備為鉬絲爐,工藝參數(shù):溫度分別為:一段190℃,二段390℃,三段690℃,四段1050℃,速度0.5cm/min
2.6熱處理
采用氣體滲碳,工藝參數(shù):溫度860℃-880℃,保溫時(shí)間3-4h,油淬火處理,低溫回火1.5-2h,表面硬度50-55HRC,顯微組織為回火馬氏體(1-2級(jí))+分布均勻的小塊狀碳化物。
(1)粘結(jié)劑的制備。①對成型工序的影響,粘結(jié)劑是MIM的核心技術(shù),其組分的類型及數(shù)量影響喂料的流動(dòng)性,毛坯的成型性及毛坯的成品率。②對脫脂工序的影響,骨架有機(jī)高分子的作用對毛坯的保型性至關(guān)重要,直接影響溶劑脫脂的效果,進(jìn)而決定脫脂工序的成敗。(2)雙錐混煉工序,混煉時(shí)間是關(guān)鍵,否則,金屬粉末成分易偏析,成品件組織分布不均勻。(3)溶劑脫脂,溫度高于80℃,會(huì)出現(xiàn)鼓泡,溶脹現(xiàn)象,毛坯出現(xiàn)坍塌缺陷,溫度低于60℃脫脂效果不理想,對于本實(shí)驗(yàn)所用粘結(jié)劑體系最適宜的溫度是75℃。(4)棘爪最適宜燒結(jié)溫度為1050℃±2℃,幾何尺寸最理想,溫度高,尺寸小;溫度低,尺寸大。(5)熱處理工藝參數(shù)的選擇是保證棘爪的物理力學(xué)性能的關(guān)鍵工序。
(1)粘結(jié)劑的制備是MIM技術(shù)制造棘爪的核心技術(shù),它直接影響混料、成形、脫脂、燒結(jié)等工序的進(jìn)行,決定棘爪能否實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
(2)脫脂工序是關(guān)鍵工序,直接影響毛坯產(chǎn)品的幾何尺寸、成品率及生產(chǎn)效率。
(3)采用MIM技術(shù)生產(chǎn)的棘爪,質(zhì)量穩(wěn)定、尺寸精度高、性能優(yōu)良、可以實(shí)現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn):
[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.紡織設(shè)備維修管理基礎(chǔ)[J].p120-122.
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.043
作者簡介:徐國熙(1967-),男,山東威海人,本科,講師,研究方向:應(yīng)用化工。