一種超聲輔助粉末注射成型裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種粉末注射成型裝置及方法，具體涉及一種超聲輔助金屬或陶瓷粉末注射成型裝置及方法。
【背景技術】
[0002]粉末注射成型技術是將現(xiàn)代塑料注射成形技術引入粉末冶金領域而形成的一門新型粉末冶金近凈成形技術，其結合了粉末冶金與塑料注射成形兩大技術的優(yōu)點，既突破了傳統(tǒng)金屬粉末模壓成形工藝在產品形狀上的限制，同時能大批量、高效率成形具有復雜形狀的三維零件，具有常規(guī)粉末冶金、精密加工和精密鑄造等加工方法無法比擬的優(yōu)勢，其能像生產塑料制品一樣，一次成形生產形狀復雜的金屬、陶瓷零部件，目前在國防、通信、機械、汽車、醫(yī)療等行業(yè)得到廣泛應用。
[0003]金屬或陶瓷粉末注射成型技術中，因粉末具有固態(tài)、或不規(guī)則形狀的特點，使得該技術具有與塑料注射成形技術不同的特點，及工藝上的難點。塑料注射成形技術中，注射喂料為聚合物的熔融液態(tài)，喂料注射入模具后制成所需要的成品坯件；而在粉末注射成形技術中，金屬或陶瓷粉末需要先與粘結劑混合成半固態(tài)流體混合料，混合料注射入模具制成所需要形狀的坯件，成形以后還需將坯件脫脂除去粘結劑，燒結、處理后得到成品。兩工藝流程完全不同，技術難點亦不同。尤其針對高裝載量或不規(guī)則形狀金屬或陶瓷粉末制得的喂料，其在混煉過程中容易出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，喂料組分分布不均勻，由此影響成型產品質量的技術問題。而在注射成形過程中，喂料流動性差、粘度過高，難以注入注射模具完成注射成型的技術問題。
[0004]中國專利CN102962455A公開了一種粉末冶金注射成型工藝，包括如下步驟:1)將金屬粉末和粘結劑按比例進行配料混勻；2)喂料:把金屬粉末和粘結劑混勻物放入事先設計并制造的模具型腔內，在氨氣保護下，加熱到120-140°C后溫壓成型，在成型過程中，利用振動器帶動該模具進行振動；3)脫脂:脫模后，加熱成型產品至250-300°C;4)燒結，在真空狀態(tài)下進行燒結。該技術方案采用的為金屬粉末冶金中溫壓成型技術，金屬粉末與粘結劑混勻后直接放入模具型腔內溫壓成型。與采用螺桿注射機進行注射成型技術相比，該技術具有對原料金屬粉末與粘結劑混成的喂料的流動性要求不高，因為模具摩擦力的技術特點，會導致零件壁面和芯部不均勻，切該技術只能制備具有復雜形狀的二維零件，不能制備復雜的三維零件結構，且最終燒結后成型的零件密度不高。
[0005]因此，怎樣制備均勻的高裝載量喂料，增加其在注射成型過程中的流動特性，以及獲得外觀更好、質量更優(yōu)、精度更高的制品成為金屬或陶瓷粉末注射成型領域的熱點，具有重要的意義。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明解決的是金屬或陶瓷粉末注射成型領域中，混煉制備喂料過程中易團聚，喂料不均勻，高裝載量喂料因粘度高難以注射的技術問題，提供一種適于金屬和陶瓷粉末的可高裝載量、均勻喂料的超聲輔助粉末注射成型裝置及方法，改善了混煉過程中團聚、喂料難以注射的現(xiàn)象。
[0007]本發(fā)明提供的技術方案具體如下:
[0008]一種超聲輔助粉末注射成型裝置，包括:
[0009]密煉裝置，所述密煉裝置的殼體內部設有密煉腔室，殼體表面設有與所述密煉腔室相通的料口 ；在所述密煉裝置的密煉腔室內設置有轉子，在所述料口處設置有壓砣，所述壓砣適宜于對所述料口進行密封；
[0010]注射成型裝置，所述裝置包括螺桿注射機、注射成型模具；
[0011]所述密煉裝置密煉所得喂料經所述螺桿注射機注入所述注射成型模具，注射成型得到坯件；
[0012]與所述密煉裝置連接設置有第一換能器，與所述注射成型模具連接設置有第二換能器；所述第一換能器和所述第二換能器分別與超聲波發(fā)生器連接設置，適宜于分別帶動所述密煉裝置和所述注射成型模具進行超聲振動。
[0013]還設置有脫脂燒結設備，適宜于對所述注射成型模具制成的坯件進行脫脂、燒結。
[0014]在所述密煉裝置的殼體上，距離所述密煉腔室2?1mm處設有第一換能器。
[0015]所述第一換能器設置有多個。
[0016]所述第一換能器設置有三個，分別位于所述密煉腔室的下方和相互對稱的左、右方。
[0017]所述注射成型模具包括:
[0018]定模裝置，包括由上到下依次固定連接的定模板座、定模板、噴嘴和上模；
[0019]動模裝置，包括下模、動模板和動模板座，所述下膜位于所述上模的正下方且固定安裝在所述動模板上，所述動模板座設置在所述動模板的下方，在所述動模板座和所述動模板之間設置有彈性件，所述動模板適宜于在所述彈性件的形變配合下帶動所述下模進行豎直方向的往復運動；在所述上膜的下表面和下膜的上表面的貼合面上成型有型腔；
[0020]推桿，與所述動模板座固定連接，貫穿所述動模板和下膜設置有推桿通道，所述推桿嵌套設置在所述推桿通道內且適宜于沿所述推桿通道進行往復運動，所述推桿通道的頂端與所述型腔的底端相連通；
[0021]拉料桿，貫穿所述動模板和下膜還設置有拉料桿通道，所述拉料嵌套設置在所述拉料桿通道內且適宜于沿所述拉料桿通道進行往復運動，與所述拉料桿的底端連接設置有氣缸；
[0022]噴嘴，所述噴嘴貫穿所述定模板座、定模扳和上模設置，所述噴嘴的出口與所述型腔相連通；
[0023]所述上模和/或下模上設置有與超聲波發(fā)生器連接設置的第二換能器。
[0024]在所述上模內距離所述噴嘴10?30mm處和在所述下模內距離所述型腔邊緣2?1mm處分別設置有第二換能器。
[0025]一種基于上述超聲輔助粉末注射成型裝置的超聲輔助粉末注射成型方法，包括如下步驟:
[0026](I)混煉:將粉末和粘結劑置于所述密煉裝置的密煉腔室內進行混煉，在混煉過程中，超聲波發(fā)生器驅動所述第一換能器帶動所述密煉裝置進行超聲振動；
[0027](2)注射成型:將混煉得到的喂料經螺桿注射機注入所述注射成型模具，進行注射成型，得到成型坯件；在所述注射成型過程中，超聲波發(fā)生器驅動所述第二換能器帶動所述注射成型模具進行超聲振動。
[0028]還設置有步驟(3):將所述成型坯件放入脫脂燒結裝備進行脫脂、燒結，得到成品O
[0029]步驟(I)和步驟(2)中所述超聲波發(fā)生器的信號頻率為每秒20?40KHZ。
[0030]步驟(2)中所述的注射成型過程包括合模、注射、保壓、冷卻、開模工序。
[0031]所述粉末為金屬粉末或陶瓷粉末。
[0032]本發(fā)明所述的超聲輔助粉末注射成型裝置，包括密煉裝置和注射成型模具，所述密煉裝置的殼體內部設有密煉腔室，殼體表面設有與所述密煉腔室相通的料口 ；在所述密煉裝置的密煉腔室內設置有轉子，在所述料口處設置有壓砣，所述壓砣適宜于對所述料口進行密封；所述注射成型模具與所述密煉裝置的料口連接設置；與所述密煉裝置固定連接設置有第一換能器，與所述注射成型模具固定連接設置有第二換能器；所述第一換能器和所述第二換能器分別與超聲波發(fā)生器連接設置，適宜于分別帶動所述密煉裝置和所述注射成型模具進行機械振動。本發(fā)明所述裝置在密煉裝置上設有與超聲波發(fā)生器連接的換能器，在密煉過程中可對混合物料施加超聲激勵。利用超聲波振動的機械效應，在混煉過程中利用超聲輔助使顆粒同時受到轉子施加的剪切作用和超聲場施加的沖擊作用，能夠使得顆粒在一次混煉過程中就能夠被充分的分散，有效的阻止了顆粒的團聚現(xiàn)象，同時由于超聲波振動的熱效應，降低了喂料粘度，從而可以在低溫度下進行混煉，制備出分散更加均勻的喂料。由此制備的該分散均勻、粘度低、流動性好的高比重、高裝