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1、金属粉末的注射成型课件第一页，本课件共有114页1金属粉末的注射成型金属粉末的注射成型 Poweder Injection Moulding第二页，本课件共有114页2主要内容主要内容金属粉末注射成型的特点金属粉末注射成型的特点金属粉末注射成型的材料金属粉末注射成型的材料金属粉末注射成型的过程金属粉末注射成型的过程金属粉末注射成型的原理金属粉末注射成型的原理金属粉末注射成型的应用金属粉末注射成型的应用第三页，本课件共有114页3随着技术进步和创新速度的加快，材料加工随着技术进步和创新速度的加快，材料加工技术朝高性能、低成本、短流程、技术朝高性能、低成本、短流程、近终成型近终成型的方向发展，涌现
2、出不少集设计、制备、加的方向发展，涌现出不少集设计、制备、加工于一体的新型制备技术，如工于一体的新型制备技术，如金属粉末注射金属粉末注射成型技术成型技术。慢走丝机床慢走丝机床精密铸造技术精密铸造技术第四页，本课件共有114页4粉末注射成形（粉末注射成形（Powder injection molding,PIM）是）是传统传统粉末冶金工艺粉末冶金工艺与与现代塑料注射成形工艺现代塑料注射成形工艺相相结合结合而形成而形成的一门新型的一门新型近终成形技术近终成形技术。金属粉末注射成型是金属粉末注射成型是将金属粉末在模具中快速注射成将金属粉末在模具中快速注射成型，并通过脱脂烧结，快速制造出高密度、高精度
3、、型，并通过脱脂烧结，快速制造出高密度、高精度、三维形状结构复杂零件的新技术三维形状结构复杂零件的新技术。传统粉末冶金传统粉末冶金塑料注塑成型塑料注塑成型第五页，本课件共有114页5粉末注射成形是粉末注射成形是粉末冶金学、金属材料学、塑料成粉末冶金学、金属材料学、塑料成型学和高分子材料学等型学和高分子材料学等多学科交叉复合的技术。多学科交叉复合的技术。金属粉末注射成型金属粉末注射成型第六页，本课件共有114页6（1）注射成形中，熔融粒料均匀地填充模腔成形，）注射成形中，熔融粒料均匀地填充模腔成形，模腔内各点压力基本一致，模腔内各点压力基本一致，消除传统粉末冶金压制成消除传统粉末冶金压制成形中不
4、可避免的沿压制方向密度梯度问题，形中不可避免的沿压制方向密度梯度问题，一定程度一定程度上克服传统粉末冶金存在的密度、组织、性能不均匀现象。上克服传统粉末冶金存在的密度、组织、性能不均匀现象。粉末注射成形特点粉末注射成形特点金属粉末注射成型制品金属粉末注射成型制品单向压制单向压制Ni粉压坯密度分布粉压坯密度分布第七页，本课件共有114页7（2 2）粉末注射成型）粉末注射成型能制造传统工艺不能制造的具有能制造传统工艺不能制造的具有复杂形状的零部件。复杂形状的零部件。传统粉末成形是外力把粉末压成生坯后烧结，粉末通过颗传统粉末成形是外力把粉末压成生坯后烧结，粉末通过颗粒重排、塑性流动而致密化。由于粉末
5、流动性较差，粒重排、塑性流动而致密化。由于粉末流动性较差，一些一些具有外部切槽、横孔、盲孔、外螺纹、凹台、表面滚花等具有外部切槽、横孔、盲孔、外螺纹、凹台、表面滚花等形状的零部件，难以一次成形形状的零部件，难以一次成形。传统粉末压制成型制品传统粉末压制成型制品粉末注射成型制品粉末注射成型制品第八页，本课件共有114页8PIM用一定比例的高分子粘结剂与金属粉末、陶瓷粉用一定比例的高分子粘结剂与金属粉末、陶瓷粉末等制成具有良好流动性的均匀粒料，末等制成具有良好流动性的均匀粒料，能像塑料注射能像塑料注射一样成形复杂形状的零部件，一样成形复杂形状的零部件，再经脱脂烧结得到最终再经脱脂烧结得到最终产品，
6、如外螺纹、锥形外表面、交叉孔与盲孔，凹台与产品，如外螺纹、锥形外表面、交叉孔与盲孔，凹台与键销、加强筋板、表面滚花等，键销、加强筋板、表面滚花等，这类零件都无法用常规这类零件都无法用常规粉末冶金方法得到。粉末冶金方法得到。金属粉末注射成型复杂件金属粉末注射成型复杂件第九页，本课件共有114页9（3）PIM可根据零件性能要求进行大范围的成分设可根据零件性能要求进行大范围的成分设计，计，可制取可制取复合材料零件复合材料零件，充分发挥不同材料的优，充分发挥不同材料的优异性能，适应性广，生产成本低。异性能，适应性广，生产成本低。材料的复合设计材料的复合设计第十页，本课件共有114页10（4）PIM适合
7、大批量自动化生产。适合大批量自动化生产。PIM可采用一模多腔模具，成形效率高，模具使用寿命长，可采用一模多腔模具，成形效率高，模具使用寿命长，更换调整模具快，产品转向周期短。更换调整模具快，产品转向周期短。与精密铸造相比，粉末注射成形与精密铸造相比，粉末注射成形在提高零件精度，避免成分在提高零件精度，避免成分偏析等问题的同时，偏析等问题的同时，大大提高生产率。大大提高生产率。生产复杂形状零件的数量高于一定值时，生产复杂形状零件的数量高于一定值时，PIM会比机加会比机加工方法更为经济工方法更为经济。第十一页，本课件共有114页11金属粉末注射成型的优势金属粉末注射成型的优势产品规模化生产带来效益
8、产品规模化生产带来效益第十二页，本课件共有114页12（5）PIM制造的零件制造的零件几乎不需要再进行机加工，材料消几乎不需要再进行机加工，材料消耗少，利用率可达耗少，利用率可达98%以上。以上。自动化注塑生产车间一角自动化注塑生产车间一角第十三页，本课件共有114页13注塑成型材料注塑成型材料 理想的注射成形用金属粉末：理想的注射成形用金属粉末：粉末颗粒尺寸粉末颗粒尺寸在在0.5-20m之间，之间，D50在在4-6m之间；之间；粉末颗粒的粒度分布范围处于非常窄或非常宽的范围内粉末颗粒的粒度分布范围处于非常窄或非常宽的范围内，其分布斜率的理想值为其分布斜率的理想值为2或或8；粉末颗粒无团聚现象
9、粉末颗粒无团聚现象；粉末颗粒粉末颗粒近似为球形、等轴近似为球形、等轴；粉末颗粒致密，内部无孔洞；粉末颗粒致密，内部无孔洞；粉末颗粒环境污染小，粉末颗粒环境污染小，表面干净。表面干净。金属粉末金属粉末第十四页，本课件共有114页14氧化还原氧化还原是一种重要的化学反应法，实际生产中很多是一种重要的化学反应法，实际生产中很多粉末是通过氧化还原法来制备的，使用较细、净化的粉末是通过氧化还原法来制备的，使用较细、净化的氧化物粉末，在还原性气体如氧化物粉末，在还原性气体如CO、H2等参与下进行热等参与下进行热化学反应。化学反应。注射成形用注射成形用W粉粉可用氧化还原制取，将研磨的可用氧化还原制取，将研磨
10、的WO3粉末粉末在干燥在干燥H2中还原制得，粉末粒径为中还原制得，粉末粒径为2-3m。H还原得到的还原得到的W粉粉第十五页，本课件共有114页15雾化法雾化法是利用高速射流将液态金属粉碎成粉。是利用高速射流将液态金属粉碎成粉。熔融材料注入喷嘴中，形成液滴喷射出来，击碎熔融金属流的流熔融材料注入喷嘴中，形成液滴喷射出来，击碎熔融金属流的流体可是空气、氮气、氦气、氩气，也可采用水或油。体可是空气、氮气、氦气、氩气，也可采用水或油。这种方法可将合金化材料制成小颗粒粉末，并且可这种方法可将合金化材料制成小颗粒粉末，并且可获得理想的获得理想的颗粒形状和高的填充密度颗粒形状和高的填充密度。注射用雾化不锈钢
11、粉末注射用雾化不锈钢粉末第十六页，本课件共有114页16雾化法颗粒形状为球形，粒度分布较宽，具有较高的振雾化法颗粒形状为球形，粒度分布较宽，具有较高的振实密度。实密度。通过控制工艺条件，可以得到不带附属物和消除内部通过控制工艺条件，可以得到不带附属物和消除内部孔隙的球形粉。孔隙的球形粉。雾化球形铁粉：雾化球形铁粉：(a)700(b)1300第十七页，本课件共有114页17铁粉、镍粉和钴粉还可采用铁粉、镍粉和钴粉还可采用气相沉积法气相沉积法制取。制取。在加热加压下，粉末与在加热加压下，粉末与CO生成金属羰基物气体，羰基物冷却生成金属羰基物气体，羰基物冷却成液态，成液态，经分级蒸馏、净化、重复加热
12、使液相挥发，经分级蒸馏、净化、重复加热使液相挥发，分解分解沉积形成金属粉末。沉积形成金属粉末。羰基粉末粒径较小，纯度可达羰基粉末粒径较小，纯度可达99.95%。颗粒形状为近球形。颗粒形状为近球形或链状。或链状。羰基铁粉形貌羰基铁粉形貌羰基镍粉形貌羰基镍粉形貌第十八页，本课件共有114页18对脆性材料来说，对脆性材料来说，粉碎研磨粉碎研磨是制粉的常用方法。是制粉的常用方法。旋转装有一定量硬球和粗粉的容器，粉未经研磨球不断撞击、旋转装有一定量硬球和粗粉的容器，粉未经研磨球不断撞击、研磨制得粒度较小的颗粒；研磨制得粒度较小的颗粒；粉末粒度越小，所需研磨时间越长；粉末粒度越小，所需研磨时间越长；机械粉
13、碎后粉末呈机械粉碎后粉末呈不规则形状不规则形状，粉末之间尖锐接触导，粉末之间尖锐接触导致致粉末堆积性和流动性下降粉末堆积性和流动性下降，导致粉末注射困难，导致粉末注射困难，球磨制粉还有污染问题。球磨制粉还有污染问题。球磨后具有尖角的不规则形状球磨后具有尖角的不规则形状SiC粉末形貌粉末形貌第十九页，本课件共有114页19塑料塑料 塑料塑料是以有机是以有机高分子化合物高分子化合物为基础，加入若干其他材料为基础，加入若干其他材料(添加剂添加剂)制成的固体材料。制成的固体材料。高分子化合物高分子化合物是由相对分子量较小的低分子化合物经聚是由相对分子量较小的低分子化合物经聚合反应后得到的相对分子量较大
14、的化合物。合反应后得到的相对分子量较大的化合物。不是所有低分子化合物都能成为单体，如食盐、水、甲不是所有低分子化合物都能成为单体，如食盐、水、甲烷等都不能成为单体，这些化合物的分子处于饱和状态，烷等都不能成为单体，这些化合物的分子处于饱和状态，不能进行聚合反应。不能进行聚合反应。目前可作为单体的低分子化合物主要是目前可作为单体的低分子化合物主要是含双键的不饱和含双键的不饱和碳氢化合物碳氢化合物。第二十页，本课件共有114页20高分子化合物的大分子以某种方式高分子化合物的大分子以某种方式(通过范德华力的作通过范德华力的作用用)聚集在一起时，成为各种各样的聚集在一起时，成为各种各样的树脂树脂。线型
15、无定形聚合物线型无定形聚合物：大分子不规则排列在大分子不规则排列在一起，彼此交叉缠绕呈一起，彼此交叉缠绕呈无序排列；无序排列；存在某些近程有序区存在某些近程有序区域，在微小范围内大分域，在微小范围内大分子呈规则排列，但这种子呈规则排列，但这种有序范围小、数量少，有序范围小、数量少，对树脂性能影响不大。对树脂性能影响不大。线型无定形聚合物的聚集态线型无定形聚合物的聚集态第二十一页，本课件共有114页21线型无定形聚合物处于不同温度时的力学状态可用形变温线型无定形聚合物处于不同温度时的力学状态可用形变温度曲线表示。度曲线表示。线型无定形聚合物的形变线型无定形聚合物的形变-温度曲线温度曲线第二十二页
16、，本课件共有114页22Tx-Tg温度范围：高分子聚合物的温度范围：高分子聚合物的玻璃态玻璃态。温度较低，大分子具有的能量较少，温度较低，大分子具有的能量较少，大分子链之间的运动大分子链之间的运动不能进行，分子内的链段运动也很难进行，聚合物表现出像不能进行，分子内的链段运动也很难进行，聚合物表现出像玻璃一样的刚硬。玻璃一样的刚硬。聚合物具有较好的力学性能，施加外力产生微小变形，去聚合物具有较好的力学性能，施加外力产生微小变形，去除外力能恢复原状（除外力能恢复原状（普弹形变普弹形变）。）。温度低于温度低于Tx时，不仅链段运动不能进行，分子局部的热时，不仅链段运动不能进行，分子局部的热振动也不能进
17、行，聚合物呈脆性状态。振动也不能进行，聚合物呈脆性状态。温度高于温度高于Tg时，外力作用下聚合物产生较大变形。时，外力作用下聚合物产生较大变形。第二十三页，本课件共有114页23Tg-Tf温度范围：高分子聚合物的温度范围：高分子聚合物的高弹态高弹态。温度较高，大分子链能在温度较高，大分子链能在较大范围内自由地进行链段运动较大范围内自由地进行链段运动，外力作用下，原来卷曲状的大分子链缓慢伸直，去除外力外力作用下，原来卷曲状的大分子链缓慢伸直，去除外力后大分子链又缓慢恢复成卷曲状，后大分子链又缓慢恢复成卷曲状，可产生百分之数百的变可产生百分之数百的变形量形量（高弹形变高弹形变）。）。产生高弹形变时
18、，大分子链之间没有相对滑动，因产生高弹形变时，大分子链之间没有相对滑动，因此此时的高弹形变是此此时的高弹形变是可逆可逆的。的。第二十四页，本课件共有114页24Tf-Td温度范围：高分子聚合物的温度范围：高分子聚合物的粘流态粘流态。温度更高，温度更高，大大分子链能更自由地进行链段运动，大分分子链能更自由地进行链段运动，大分子链之间也能产生相对滑动，子链之间也能产生相对滑动，外力作用下，高分子产外力作用下，高分子产生流动变形（生流动变形（粘流变形粘流变形）。粘流变形是聚合物中大分子的相对滑动，粘流变形是聚合物中大分子的相对滑动，这种变形是不可这种变形是不可逆的，逆的，也正是由于这种不可逆变形，才
19、能通过注塑制造也正是由于这种不可逆变形，才能通过注塑制造各种制品。各种制品。模塑制造各种塑料制品模塑制造各种塑料制品第二十五页，本课件共有114页25粘流变形伴随着高弹形变。粘流变形伴随着高弹形变。高弹形变是链段运动，所以注塑时高弹形变是链段运动，所以注塑时必须将原料加热到必须将原料加热到足够高的温度，足够高的温度，使高弹形变部分得到完全松弛，使高弹形变部分得到完全松弛，否则塑否则塑料制品会由于高弹形变恢复而产生严重的内应力，导料制品会由于高弹形变恢复而产生严重的内应力，导致制品断裂或变形致制品断裂或变形。粘度粘度是聚合物粘流态的一项重要参数。粘度大的塑料，是聚合物粘流态的一项重要参数。粘度大
20、的塑料，模塑时难以充型，需要较高的温度和压力才能完成充模塑时难以充型，需要较高的温度和压力才能完成充型，增大生产工艺的复杂性。型，增大生产工艺的复杂性。第二十六页，本课件共有114页26分子结构复杂，相对分子量大的聚合物粘度大，粘流分子结构复杂，相对分子量大的聚合物粘度大，粘流温度高。温度高。分子结构复杂，链段运动较因难，分子间相对滑动困难；分子结构复杂，链段运动较因难，分子间相对滑动困难；相对分子量大，聚合物分子链较长，大分子间彼此缠绕点相对分子量大，聚合物分子链较长，大分子间彼此缠绕点较多，引力也较大，大分子之间滑动困难。较多，引力也较大，大分子之间滑动困难。降低粘度方法：降低粘度方法：降
21、低大分子聚合度降低大分子聚合度(保证力学性能的前提下，采用低分子量保证力学性能的前提下，采用低分子量或线型结构的树脂或线型结构的树脂)，可降低粘流温度和粘度；，可降低粘流温度和粘度；注塑时加入增塑剂注塑时加入增塑剂，也可达到类似目的；，也可达到类似目的；提高注塑温度提高注塑温度可降低粘度，但粘度太小易产生溢流；温度可降低粘度，但粘度太小易产生溢流；温度接近或超过接近或超过Tf，聚合物易发生分解。，聚合物易发生分解。第二十七页，本课件共有114页27树脂分类树脂分类 热塑性树脂热塑性树脂受热软化，温度升高至一定数值时呈现粘流态，当温度降受热软化，温度升高至一定数值时呈现粘流态，当温度降低时塑料变
22、得坚硬，再次加热又再变软，冷却后又变硬，低时塑料变得坚硬，再次加热又再变软，冷却后又变硬，可以如此多次反复。可以如此多次反复。热塑性树脂除能多次反复加热冷却外，还能溶于某些溶热塑性树脂除能多次反复加热冷却外，还能溶于某些溶剂，这种现象称为剂，这种现象称为可熔可溶可熔可溶。常用热塑性树脂：常用热塑性树脂：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、烯、ABS塑料、聚甲醛、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚甲基塑料、聚甲醛、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等。丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等。第二十八页，本课件共有114页28热固性塑料热固性塑料第一次受热时软化，冷却固化并呈现刚硬
23、状态；重新第一次受热时软化，冷却固化并呈现刚硬状态；重新加热不再软化，温度超过一定值时发生分解。加热不再软化，温度超过一定值时发生分解。固化后的固化后的树脂树脂不溶于溶剂，称为不溶于溶剂，称为不熔不溶不熔不溶。常用的热固性常用的热固性树脂树脂有有酚醛酚醛树脂树脂、氨基、氨基树脂树脂、环氧、环氧树脂树脂和不饱和聚酯等。和不饱和聚酯等。热固性环氧树脂热固性环氧树脂第二十九页，本课件共有114页29聚乙烯（聚乙烯（PE）低密度聚乙烯低密度聚乙烯(LDPE)：分子量较小，大分子链含有：分子量较小，大分子链含有若干短支链，结晶度最小，强度较差，而柔顺性、若干短支链，结晶度最小，强度较差，而柔顺性、抗冲击
24、性和透明性较好。抗冲击性和透明性较好。高密度聚乙烯高密度聚乙烯(HDPE)：大分子链支链较少，相对分子量：大分子链支链较少，相对分子量和结晶度较大，柔顺性较差，质地坚硬。和结晶度较大，柔顺性较差，质地坚硬。第三十页，本课件共有114页30聚乙烯呈乳白色半透明状态，遇火会燃烧。聚乙烯呈乳白色半透明状态，遇火会燃烧。聚乙烯分子中只有碳、氢元素，没有极性基团，聚乙烯分子中只有碳、氢元素，没有极性基团，常温常温下耐酸、碱，也不易溶有机溶剂，吸水性小，耐蚀性下耐酸、碱，也不易溶有机溶剂，吸水性小，耐蚀性和绝缘性好，和绝缘性好，是优良的高频电绝缘材料。是优良的高频电绝缘材料。LDPE用于制造薄膜，用于制造
25、薄膜，HDPE用于制造日用品、化工设用于制造日用品、化工设备中耐蚀管道、备中耐蚀管道、槽衬和机械零件等。槽衬和机械零件等。LDPE树脂树脂LDPE树脂薄膜树脂薄膜第三十一页，本课件共有114页31聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC）聚氯乙烯树脂为无色透明体，含有较高的氯，具有聚氯乙烯树脂为无色透明体，含有较高的氯，具有耐耐燃自熄燃自熄特性。特性。聚氯乙烯大分子链含有极性氯原子，分子间作用力比聚氯乙烯大分子链含有极性氯原子，分子间作用力比聚乙烯大，强度和硬度都比聚乙烯略大。聚乙烯大，强度和硬度都比聚乙烯略大。聚氯乙烯在聚氯乙烯在65-85时开始软化，时开始软化，150-170呈熔融呈熔融状态，状态，19
26、0以上分解并放出有毒的氯化氢。以上分解并放出有毒的氯化氢。第三十二页，本课件共有114页32聚氯乙烯聚氯乙烯具有良好的介电性能，具有良好的介电性能，可用于制造室温使用可用于制造室温使用的低频电器元件，如民用电器插座、插头和开关等。的低频电器元件，如民用电器插座、插头和开关等。但随温度上升和频率增高，介电性能变差。但随温度上升和频率增高，介电性能变差。聚氯乙烯聚氯乙烯具有良好的化学稳定性具有良好的化学稳定性，能耐许多化学药品，能耐许多化学药品腐蚀，常温能耐一定浓度的盐酸、硫酸、硝酸和氢氧腐蚀，常温能耐一定浓度的盐酸、硫酸、硝酸和氢氧化钠，广泛用于制造化工容器和运输管道。化钠，广泛用于制造化工容器
27、和运输管道。PVC树脂及器件树脂及器件第三十三页，本课件共有114页33聚丙烯（聚丙烯（PP）聚丙烯的分子链上每隔一个碳原子就连接一个甲基聚丙烯的分子链上每隔一个碳原子就连接一个甲基基团。基团。聚丙烯的密度为聚丙烯的密度为0.90-0.91g/cm3，是常用塑料中密度，是常用塑料中密度最小的品种之一。最小的品种之一。聚丙烯聚丙烯具有具有良好的耐热性，良好的耐热性，在无外力作用环境中在无外力作用环境中150也不变形，故聚丙烯可在水中煮沸，制作需经也不变形，故聚丙烯可在水中煮沸，制作需经煮沸消毒的医疗器械，如注射针筒等。煮沸消毒的医疗器械，如注射针筒等。第三十四页，本课件共有114页34聚丙烯的聚
28、丙烯的力学性能力学性能如拉伸强度、屈服强度、压缩强度如拉伸强度、屈服强度、压缩强度和弹性模量等都和弹性模量等都优于优于HDPE，可作机械零件材料，如齿轮、，可作机械零件材料，如齿轮、法兰、风扇叶轮和等。法兰、风扇叶轮和等。聚丙烯聚丙烯具有良好的绝缘性、化学稳定性和成型工艺性，具有良好的绝缘性、化学稳定性和成型工艺性，可制作电器元件、化工管道等。可制作电器元件、化工管道等。聚丙烯聚丙烯遇火容易燃烧，遇火容易燃烧，使用时应注意。使用时应注意。PP树脂及器件树脂及器件第三十五页，本课件共有114页35聚苯乙烯（聚苯乙烯（PS）聚苯乙烯密度为聚苯乙烯密度为1.04-1.16g/cm3；聚苯乙烯主链上带
29、结构庞大的聚苯乙烯主链上带结构庞大的苯环苯环，柔顺性差，质硬脆，柔顺性差，质硬脆，抗冲击性差，敲打时发出类似金属的声音。抗冲击性差，敲打时发出类似金属的声音。聚苯乙烯聚苯乙烯具有良好的可塑流动性及较小的成型收缩率，具有良好的可塑流动性及较小的成型收缩率，是成型工艺性最好的塑料品种之一，容易制造形状复是成型工艺性最好的塑料品种之一，容易制造形状复杂的制品。杂的制品。聚苯乙烯遇火会自燃。聚苯乙烯遇火会自燃。第三十六页，本课件共有114页36聚苯乙烯无色透明，聚苯乙烯无色透明，透光性仅次于有机玻璃，容易着透光性仅次于有机玻璃，容易着色色，常用于制造要求透明或颜色鲜艳的制品，如各种灯罩、，常用于制造要
30、求透明或颜色鲜艳的制品，如各种灯罩、光学仪器零件等。光学仪器零件等。聚苯乙烯聚苯乙烯具有很小的吸水率，具有很小的吸水率，在潮湿环境中形状和尺寸在潮湿环境中形状和尺寸变化很小，适于制造要求尺寸稳定的制品。变化很小，适于制造要求尺寸稳定的制品。聚苯乙烯聚苯乙烯具有优良的电绝缘性，具有优良的电绝缘性，尤其在高频下介电损尤其在高频下介电损耗仍然很小，是优良的高频绝缘材料。耗仍然很小，是优良的高频绝缘材料。PS树脂及器件树脂及器件第三十七页，本课件共有114页37ABS塑料塑料是一种三元共聚物，由是一种三元共聚物，由丙烯腈丙烯腈(A)、丁二烯、丁二烯(B)和苯乙烯和苯乙烯(S)三种单体组成三种单体组成，
31、丙烯腈具有良好的丙烯腈具有良好的耐蚀性和耐热性耐蚀性和耐热性；丁二烯具有丁二烯具有高韧性和低温弹性高韧性和低温弹性；苯乙烯具有良好的苯乙烯具有良好的成型工艺性、着色性和刚性成型工艺性、着色性和刚性。ABS兼有三种组分的优点，而且三种组分的比例可兼有三种组分的优点，而且三种组分的比例可按需要任意调整，使按需要任意调整，使ABS塑料具有所需的性能。塑料具有所需的性能。第三十八页，本课件共有114页38ABS塑料塑料具有优良的综合性能具有优良的综合性能：力学性能、电绝缘：力学性能、电绝缘性、化学稳定性、成型工艺性和着色性等都很优性、化学稳定性、成型工艺性和着色性等都很优良，吸水率也很小。良，吸水率也
32、很小。ABS塑料塑料表面可电镀、喷漆、真空镀膜和绘画。表面可电镀、喷漆、真空镀膜和绘画。ABS塑料可制造多种机械零件，在家用电器中也有广泛塑料可制造多种机械零件，在家用电器中也有广泛应用，如家用电器的壳体等。应用，如家用电器的壳体等。ABS树脂及器件树脂及器件ABS汽车保险杠汽车保险杠第三十九页，本课件共有114页39聚酰胺（聚酰胺（PA）大分子链中含有酰胺基团的大分子链中含有酰胺基团的高分子聚合物制成的塑料总高分子聚合物制成的塑料总称，包含若干品种。称，包含若干品种。聚酰胺俗称聚酰胺俗称尼龙尼龙(尼龙尼龙66纤维纤维织物也称锦纶织物也称锦纶)。聚酰胺是最先用作工程塑料聚酰胺是最先用作工程塑料
33、的品种之一。的品种之一。锦纶锦纶 第四十页，本课件共有114页40各种尼龙的性能参数各种尼龙的性能参数性能/牌号PA6PA66PA11PA12PA46密度（g/m3）1.141.141.041.021.18抗拉强度MPa74805050102伸长率%2006030030080缺口冲击强度J/m5640405090弯曲强度MPa1251306974146吸水率1.81.30.30.250.6体积电阻率10121014101310141014熔点220-230250-260187左右178左右290左右分解温度310-380310-380玻璃点50504637第四十一页，本课件共有114页41聚酰
34、胺属线型高分子聚合物，酰胺基团上的氢可以和聚酰胺属线型高分子聚合物，酰胺基团上的氢可以和另外一个大分子酰胺基团上的羰基结合，另外一个大分子酰胺基团上的羰基结合，形成氢链，形成氢链，使聚酰胺大分子之间存在很大的作用力，使聚酰胺大分子之间存在很大的作用力，具有较高的机械具有较高的机械强度和熔点。强度和熔点。聚酰胺聚酰胺吸水性较大，吸水后发生体积膨胀，吸水性较大，吸水后发生体积膨胀，影响制品的尺影响制品的尺寸精度：尼龙寸精度：尼龙6在在24小时后吸水率为小时后吸水率为2；尼龙；尼龙1010为为0.39，尼龙，尼龙12为为0.25。PA树脂及纤维树脂及纤维第四十二页，本课件共有114页42聚酰胺聚酰胺
35、具有小的摩擦系数和良好的自润滑性具有小的摩擦系数和良好的自润滑性，可作摩擦材，可作摩擦材料使用，适用于不允许润滑油污染的纺织与食品机械零件，料使用，适用于不允许润滑油污染的纺织与食品机械零件，如齿轮、轴承、轴套等。如齿轮、轴承、轴套等。聚酰胺聚酰胺耐油、耐溶剂和耐稀酸，但不耐浓酸。耐油、耐溶剂和耐稀酸，但不耐浓酸。聚酰胺的耐热温度不高，吸湿性大，应避免在高温和高湿聚酰胺的耐热温度不高，吸湿性大，应避免在高温和高湿环境中使用。环境中使用。尼龙产品及器件尼龙产品及器件第四十三页，本课件共有114页43聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃，有机玻璃，PMMA)聚甲基丙烯酸甲酯分子链上带有极性基
36、团，属长支聚甲基丙烯酸甲酯分子链上带有极性基团，属长支链线型聚合物。链线型聚合物。与无机玻璃相比，有机玻璃的主要优点是密度小与无机玻璃相比，有机玻璃的主要优点是密度小(1.18g/cm3)，质轻而又富有韧性，抗拉强度和弯曲，质轻而又富有韧性，抗拉强度和弯曲强度都比无机玻璃好，受冲击不易破碎。强度都比无机玻璃好，受冲击不易破碎。第四十四页，本课件共有114页44聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯具有很高的透明性，具有很高的透明性，透光率达透光率达92-95，无机玻璃的透光率只有，无机玻璃的透光率只有88。有机玻璃的有机玻璃的主要缺点是硬度较低，容易被外界硬物主要缺点是硬度较低，容易被外界硬物擦伤，
37、遇火容易燃烧擦伤，遇火容易燃烧。有机玻璃主要作透明材料使用，在飞机、汽车、灯具、有机玻璃主要作透明材料使用，在飞机、汽车、灯具、医疗仪器和装饰等行业中大量应用。医疗仪器和装饰等行业中大量应用。PMMA制品制品第四十五页，本课件共有114页45注塑成型过程注塑成型过程金属粉末注射成形是金属粉末注射成形是选择符合要求的金属粉末和树脂粘选择符合要求的金属粉末和树脂粘结剂，在一定温度下将粉末和树脂混合成均匀的注射粒结剂，在一定温度下将粉末和树脂混合成均匀的注射粒料，造粒后在注射机上成形，获得的成形坯经脱脂处理料，造粒后在注射机上成形，获得的成形坯经脱脂处理后烧结致密化，获得最终产品后烧结致密化，获得最
38、终产品。金属注射成形基本过程可分为四个阶段：金属注射成形基本过程可分为四个阶段：粒料制备粒料制备 注射成形注射成形脱脂脱脂烧结烧结第四十六页，本课件共有114页46喂料准备喂料准备粒料制备包括：粒料制备包括：粘结剂的准备粘结剂的准备原料粉末的预混合原料粉末的预混合粉末粉末/粘结剂粒料的混炼粘结剂粒料的混炼粒料制粒粒料制粒这一阶段与传统注射成形最大区别在于这一阶段与传统注射成形最大区别在于用金属或陶瓷用金属或陶瓷粉末作原料粉末作原料。由于粉末本身流动性不好，需加入大量。由于粉末本身流动性不好，需加入大量粘结剂在一定温度下混炼成均匀的、具有流动性的喂粘结剂在一定温度下混炼成均匀的、具有流动性的喂料
39、，然后制成大小均一的粒料。料，然后制成大小均一的粒料。注塑用粒料注塑用粒料第四十七页，本课件共有114页47混炼是将金属粉末与粘结剂混合得到均匀粒料的过程。混炼是将金属粉末与粘结剂混合得到均匀粒料的过程。由于粒料性质决定最终注射成形产品的性能，所以混炼由于粒料性质决定最终注射成形产品的性能，所以混炼步骤步骤非常重要非常重要。双辊法双辊法挤出造粒法挤出造粒法模压破碎模压破碎法法第四十八页，本课件共有114页48粒料表示粉末与粘结剂之间的一种平衡关系，粒料表示粉末与粘结剂之间的一种平衡关系，两者两者之间适当的比例之间适当的比例是决定注射成形成败的关键。是决定注射成形成败的关键。粘结剂过多，粒料粘度
40、小，金属颗粒间不能充分接触，脱脂后粘结剂过多，粒料粘度小，金属颗粒间不能充分接触，脱脂后变形严重，甚至导致变形严重，甚至导致产品塌陷产品塌陷；粘结剂太少，粒料粘度高，注射十分困难，脱脂后容易生成孔隙，粘结剂太少，粒料粘度高，注射十分困难，脱脂后容易生成孔隙，烧结后易导致烧结后易导致产品开裂产品开裂；加入标准加入标准：粉末颗粒间发生：粉末颗粒间发生点接触点接触，粉末颗粒在没外压情况下，粉末颗粒在没外压情况下粘在一起，中间的空隙被粘接剂填充；粘在一起，中间的空隙被粘接剂填充；使用低分子量的粘结剂可减少粘度，易于成形使用低分子量的粘结剂可减少粘度，易于成形。装载量装载量是评价喂料的一个重要指标，工业
41、上一般使用是评价喂料的一个重要指标，工业上一般使用质质量分数量分数来衡量。来衡量。第四十九页，本课件共有114页49均匀混合过程：均匀混合过程：将表面处理过的金属或陶瓷粉末加入粘结剂中，两者实现将表面处理过的金属或陶瓷粉末加入粘结剂中，两者实现均匀混均匀混合合，得到复合粉末体系；，得到复合粉末体系；将复合粉末加热，使将复合粉末加热，使粘结剂熔化粘结剂熔化；液态粘结剂通过液态粘结剂通过毛细作用毛细作用进入粉末颗粒团聚体中，进入粉末颗粒团聚体中，润滑粉末颗润滑粉末颗粒，在螺杆剪切力粒，在螺杆剪切力作用下作用下使颗粒团聚得到持续分解，使颗粒团聚得到持续分解，保持混保持混合均匀。合均匀。工业双螺杆挤出
42、机工业双螺杆挤出机第五十页，本课件共有114页50合格的粒料应该是合格的粒料应该是粉末在粘结剂中均匀分布，不能团聚粉末在粘结剂中均匀分布，不能团聚或有孔隙，或有孔隙，粉末分布不均匀会导致粒料粘性不一致，不利于成形和粉末分布不均匀会导致粒料粘性不一致，不利于成形和烧结。烧结。合格的合格的PA/NdFeB喂料及其喂料及其SEM图谱图谱第五十一页，本课件共有114页51如果粉末颗粒小或形状不规则，混合时间需相应增如果粉末颗粒小或形状不规则，混合时间需相应增加，以实现均匀混合。加，以实现均匀混合。混炼时间增加，混合料均匀性增加，但树脂易氧化分混炼时间增加，混合料均匀性增加，但树脂易氧化分解，部分金属或
43、合金粉末氧化，导致混炼失败。解，部分金属或合金粉末氧化，导致混炼失败。在保证粒料均匀性的前提下，混炼时间尽量缩短在保证粒料均匀性的前提下，混炼时间尽量缩短。混炼时间长的混炼时间长的PA/NdFeB喂料喂料最佳混炼时间的最佳混炼时间的PA/NdFeB喂料喂料第五十二页，本课件共有114页52混炼后的粒料经过混炼后的粒料经过破碎机或者切粒机加工破碎机或者切粒机加工后（一般制成后（一般制成3mm左右的颗粒）成为注塑用喂料。左右的颗粒）成为注塑用喂料。破碎机破碎机切粒机切粒机第五十三页，本课件共有114页53注射成型注射成型是在一定是在一定压力和温度压力和温度下，通过下，通过柱塞或螺杆推动柱塞或螺杆推
44、动，将具有流动性和温度均匀性的将具有流动性和温度均匀性的粒料熔体粒料熔体注入模腔充满，熔注入模腔充满，熔体在体在控制条件控制条件下下凝固冷却凝固冷却成形，直至注射坯从模腔中成形，直至注射坯从模腔中脱出，形成三维复杂形状和结构。脱出，形成三维复杂形状和结构。该阶段完全不同于传统冶金中的压制成形，类似于塑该阶段完全不同于传统冶金中的压制成形，类似于塑料工业中的成形工艺。料工业中的成形工艺。注射成型注射成型第五十四页，本课件共有114页54注射时，喷嘴紧靠流道，螺杆向前推进，喂料受压后注射时，喷嘴紧靠流道，螺杆向前推进，喂料受压后挤出料筒，填充模腔；当有足够喂料填充到模腔中时挤出料筒，填充模腔；当有
45、足够喂料填充到模腔中时，螺杆停止转动。，螺杆停止转动。理想充模理想充模是喂料沿模壁逐渐填充模腔，厚坯件要求螺是喂料沿模壁逐渐填充模腔，厚坯件要求螺杆推进速度快，薄件则反之。杆推进速度快，薄件则反之。充模速率太大导致喷射充模速率太大导致喷射，出现气泡、焊纹或不完全填充，出现气泡、焊纹或不完全填充(空气空气无法逃逸无法逃逸)等现象产生。（大的注射压力和充模速率、喂料等现象产生。（大的注射压力和充模速率、喂料粘度低都是导致喷射产生的原因）粘度低都是导致喷射产生的原因）充模速度太慢充模速度太慢会导致喂料冷却过早，产生不完全填允，会导致喂料冷却过早，产生不完全填允，出现短出现短射射。（粒料注射温度控制不
46、当也会产生此类现象）。（粒料注射温度控制不当也会产生此类现象）第五十五页，本课件共有114页55当螺杆到达顶端喷嘴处后，对喂料进行施压的过程为当螺杆到达顶端喷嘴处后，对喂料进行施压的过程为保保压过程压过程。注射成形最后是将注射成形最后是将成形坯从模具中取出成形坯从模具中取出。开模温度开模温度应低于坯件脱模时维持其形状所需临界温度。应低于坯件脱模时维持其形状所需临界温度。开模压力开模压力须小于成形坯脱模而不粘模所需的最大压力。须小于成形坯脱模而不粘模所需的最大压力。开模压力和温度应有一定范围，不能使制品出现变形、粘模、开模压力和温度应有一定范围，不能使制品出现变形、粘模、划伤模具或在制品表面形成
47、缩孔或凹陷。划伤模具或在制品表面形成缩孔或凹陷。第五十六页，本课件共有114页56脱脂属于金属粉末注射成形独有的步骤，脱脂属于金属粉末注射成形独有的步骤，需从坯体需从坯体中脱除约中脱除约30%-50%（体积分数）的粘结剂，（体积分数）的粘结剂，完全不完全不同于传统粉末冶金中极少量表面活性剂的脱除。同于传统粉末冶金中极少量表面活性剂的脱除。粘结剂的热脱除分为两个基本过程：粘结剂的热脱除分为两个基本过程：粘结剂的粘结剂的热分解热分解，这是一个化学反应过程；，这是一个化学反应过程；分解气体传输到坯块表面进入外部气氛分解气体传输到坯块表面进入外部气氛，这是一个物理传热、传，这是一个物理传热、传质的过程
48、。质的过程。脱脂脱脂第五十七页，本课件共有114页57热脱脂过程分为三个阶段：热脱脂过程分为三个阶段：初始阶段初始阶段：初始孔隙的形成，粉末颗粒在粘结剂：初始孔隙的形成，粉末颗粒在粘结剂毛细管力毛细管力作用下产生的颗粒重排；作用下产生的颗粒重排；中间阶段中间阶段：坯块内：坯块内贯通孔隙通道贯通孔隙通道的产生和形成，以及的产生和形成，以及贯通孔隙通道形成后剩余粘结剂的脱除；贯通孔隙通道形成后剩余粘结剂的脱除；最终阶段最终阶段：粘结剂完全脱除后粉末颗粒之间发生点接：粘结剂完全脱除后粉末颗粒之间发生点接触实现预烧结。触实现预烧结。第五十八页，本课件共有114页58初始阶段初始阶段连通孔隙形成连通孔隙
49、形成低熔点组元脱除低熔点组元脱除高熔点组元脱除高熔点组元脱除第五十九页，本课件共有114页59未脱脂样品表面未脱脂样品表面脱脂后样品的微观形貌脱脂后样品的微观形貌第六十页，本课件共有114页60传统粉末冶金压坯在烧结前一般已有传统粉末冶金压坯在烧结前一般已有90%以上的相以上的相对密度，完全致密化只需消除约对密度，完全致密化只需消除约10%的孔隙；粉末的孔隙；粉末注射成形坯在脱脂后，烧结前只有注射成形坯在脱脂后，烧结前只有60%的相对密度，的相对密度，其烧结本质是其烧结本质是松装粉末烧结松装粉末烧结，难度大增。，难度大增。烧结中会发生较大收缩，虽然这种收缩是烧结的主要烧结中会发生较大收缩，虽然
50、这种收缩是烧结的主要目的，但同时也导致变形。目的，但同时也导致变形。金属粉末注射成形产品烧结成功标准：金属粉末注射成形产品烧结成功标准：在保证产品在保证产品精度和性能具有可控性和重复性前提下，使其密度精度和性能具有可控性和重复性前提下，使其密度达到要求。达到要求。烧结烧结第六十一页，本课件共有114页61控制加热速度可促进坯件致密化控制加热速度可促进坯件致密化。缓慢加热缓慢加热使在低温烧结阶段表面扩散占主导地位，使在低温烧结阶段表面扩散占主导地位，消耗烧消耗烧结驱动力却很难使坯件致密化。结驱动力却很难使坯件致密化。快速加热快速加热到一定温度范围，在此温度范围内体扩散变得活跃，到一定温度范围，在