粉末注射成形技术之理论基础--评《粉末注射成形流变学》

粉末注射成形技术源于20世纪20年代一种叫热压铸的成形技术,当时已用这一技术成功地生产了汽车用的火花塞等少数几种产品.20世纪50年代,用环氧树脂作为粘结剂,试制了大量硬质合金、难熔金属、陶瓷的试验样品,预示着这一技术在这些难制备、难加工材料中应用的特殊地位.     

粉末注射成形喂料的流体动力学

本文通过合并近年来报道的高聚物和颗粒物质的流体力学理论,提出了一个描述其混合物—粉末注射成形喂料宏观力学行为的新理论.与传统的喂料非牛顿流体力学相比,该理论多出了颗粒温度和两个弹性应变张量（分别表征高聚物和颗粒物组元）等状态变量,能全面描述喂料中出现的颗粒骨架和高聚物的弹性效应.对平面定常剪切流动情形,它简化为表观剪切黏度性质与喂料一致的非牛顿流体力学方程,表明新理论包含了传统喂料理论,因此可用于研究其适用前提,和包括法向应力差系数在内的流变学参数.本工作除有助于研究复杂多相系统连续力学方程的建立方法外,还将对粉末注射成形领域关注的喂料动力学分析提供一条新途径.     

粉末注射成形喂料充模过程数值分析

在简化条件下，对粉末注射成形喂料熔体在圆柱状模腔内作一维非等温流动进行了分析，用有限差分法建立了控制方程对应的差分方程组，并给出了差分方程组的求解步骤     

基于颗粒模型的取样钳粉末注射成形

基于颗粒模型对粉末注射成形进行模拟,假设粉末为允许有重叠量的刚性体,黏结剂处理成颗粒间的黏性连接,在PFC3D离散元程序中编程模拟取样钳零件的三维粉末注射成形过程。研究结果表明:在型腔中心区域发生颗粒聚集,产生较大的中心压力,颗粒的填充速度矢量呈中心发散性,界面处颗粒密度明显小于中心区域。尖角部分由于较大的注射阻力难以填充,导致颗粒密度不均而使最终产品产生变形。对取样钳零件的实际注射实验表明确实存在粉末颗粒难以进入具有较大阻力的尖角部位而导致尖角区域存在较多黏结剂,型腔中心区域颗粒密集,而贴近型腔壁颗粒稀疏。这种粉末密度分布不均的现象与颗粒模型模拟的结论相符合。     

注射成形AlN高导热陶瓷蜡基粘结剂

研究并开发了一种适合于AlN陶瓷注射成形的蜡基多聚合物粘结剂 .通过理论计算分析了所用粘结剂组元的热力学相容性 ,利用毛细管流变仪测量了喂料的流变性能 ,通过热重分析方法研究了粘结剂的热分解行为 ,有效地指导了脱脂工艺的设计 ,并通过考察不同温度下的脱脂形貌研究了脱脂工艺的合理性 .研究结果表明 :当粉末装载量为 6 1%时 (体积分数 ) ,该粘结剂体系和粉末能够均匀、顺利地混合 ,喂料的流变因子范围为 0 .70～ 0 .76 (15 0℃ ) ,体现出典型的假塑性流体特征并具有良好的注射性能 ;喂料有一定的温敏性 ,但是对注射压力的变化不敏感 ,最佳注射温度范围为 15 0～ 16 0℃ ;该多聚合物粘结剂在脱脂过程中能够起到优良的形状维持作用 ,对于厚度在 8mm的AlN零件 ,热脱脂总时间为 6 0h左右 ;该粘结剂体系是一种性能优异、适合于AlN陶瓷注射成形的粘结剂 .     

注射成形AIN高导热陶瓷蜡基粘结剂

研究并开发了一种适合于AIN陶瓷注射成形的蜡基多聚合物粘结剂.通过理论计算分析了所用粘结剂组元的热力学相容性,利用毛细管流变仪测量了喂料的流变性能,通过热重分析方法研究了粘结剂的热分解行为,有效地指导了脱脂工艺的设计,并通过考察不同温度下的脱脂形貌研究了脱脂工艺的合理性.研究结果表明当粉末装载量为61%时(体积分数),该粘结剂体系和粉末能够均匀、顺利地混合,喂料的流变因子范围为0.70～0.76(150℃),体现出典型的假塑性流体特征并具有良好的注射性能;喂料有一定的温敏性,但是对注射压力的变化不敏感,最佳注射温度范围为150～160℃;该多聚合物粘结剂在脱脂过程中能够起到优良的形状维持作用,对于厚度在8m的AIN零件,热脱脂总时间为60h左右;该粘结剂体系是一种性能优异、适合于AIN陶瓷注射成形的粘结剂.     

粉末注射成形蜡基粘结剂溶剂脱脂行为

以YG8硬质合金为实验对象,研究了蜡基粘结剂注射成形生坯的溶剂脱脂行为,考察了时间、温度、生坯形状、厚度、表面积、粉末装载量和液固比对脱脂速率的影响,分析了各因素影响脱脂速率的原因.研究结果表明溶剂脱脂速率随温度升高而升高,随时间的延长而降低;脱脂初期扩散是控制性环节,温度是影响脱脂速率的主要因素,脱脂后期溶解成为控制性环节,浓度差成为影响脱脂速率的主要因素;液固比越大,则脱脂速率越快,粘结剂最高脱除率越高;生坯粉末装载量越高,则脱脂速率越慢,粘结剂最高脱除率越低;生坯形状对脱脂速率影响的本质是生坯厚度和表面积的影响;脱脂速率与生坯表面积成正比,与生坯厚度的平方成反比.     

粉末注射成形热塑-热固粘结剂研究

开发了一种新型热塑 热固性粘结剂RG1 2 ,该粘结剂可直接应用于热塑性注射机 ,喂料的低温流变性能好 ,粉末临界装载量达到 5 9% .注射生坯强度和固化后成形坯强度分别达到 5 .8MPa和 17.6MPa .采用该粘结剂及相应的注射成形工艺制备的YG8,YT5硬质合金强度分别达到 2 4 80MPa和 2 10 0MPa ,硬度分别达到HRA89.7和HRA90 .4 ,制品最小尺寸偏差达到± 0 .0 2mm ,尺寸精度及保形性优于传统蜡基粘结剂 .     

不锈钢较粗粉末的注射成形

研究了粒度为－２００目的不锈钢３１６粉末的注射成形。通过原材料的选择，注射成形工艺和性能测试等实验工作发现，用较粗粉末作注射成形，也可以得到密度较高的制品，并且有较稳定的收缩率，很好的韧性和硬度，说明用不锈钢粉末注射成形法制造生产实际中的零件是完全可行的。     

粉末注射成形充模过程仿真软件的UML建模

粉末注射成形(PIM)制品可能的缺陷通常是在注射成形中形成的,因此开发粉末注射成形充模过程仿真软件,对提高产品成品率和材料利用率有着重要的实际意义.利用面向对象的思想,采用统一建模语言(UML)描述PIM充模仿真软件MoldFill充模求解器MoldAnalyse的建模过程,并对该模块进行需求分析、总体设计和详细设计,建立了系统用户模型、静态模型和动态模型的各种视图和规范化文档,描述了系统的功能需求、功能流程、类的结构与关系、对象之间的交互以及输入和输出数据的格式,最终利用面向对象的编程语言实现了MoldFill的充模求解器模块.采用这种方式开发CAE软件开发,优化了开发过程,提高了软件的稳定性.     

粉末注射成形中幂律稳态问题的数值计算

对粉末注射成形中幂律流体的稳态问题构造了牛顿迭代公式，进行数值模拟，并利用FEPG3．0软件对绕流问题进行了数值计算，获得该问题的速度场．     

激光烧结陶瓷粉末成形零件的研究

实验研究了Ａｌ２Ｏ３陶瓷粉末的激光烧结过程,介绍了激光烧结实验装置,分析了烧结参数对烧结过程的影响,得到了激光烧结的Ａｌ２Ｏ３陶瓷零件。所设计的实验装置的结构简单,可满足实验要求。     

基于数值模拟的粉末注射成形工艺参数优化

在本文中,基于粉末注射成形CAE技术,采用部分因子实验设计法, 结合moldflow 软件对粉末注射成形的注射过程进行数值模拟,确定了各参数及起交互作用对坯件质量的影响程度的预测。并以此为基础,在丰庆FC-80型注塑机进行工艺实验,研究了压力、速度、时间之间的关系及其最优工艺参数组合。结果表明,温度、压力、填充速度、时间之间存在着显著的交互作用并超过了单个工艺参数的影响,实验条件下的最优工艺参数组合和数值模拟的结果较为一致,将CAE技术与实验相结合,可在较少的分析次数下获得优化工艺,从而改善了制品质量。     

M42高速钢粉末级配规律和注射成形工艺参数优化

研究了M42高速钢粉末的粒度级配对粉末振实密度的影响规律,并采用正交试验法研究了注射温度、注射压力、注射流量、保压压力及其交互作用对注射坯质量的影响．试验结果表明,粗细粉末进行级配能够有效提高粉体的堆积密度．与-400目粉末相比,＋140目与-400目的原料粉末通过级配,振实密度可提高44．3％～56．4％．注射工艺参数正交试验发现注射温度、保压压力及其交互作用对注射坯质量的影响最为显著．试验确定的标准长方体弯曲试样最佳注射工艺参数为：注射温度160℃、注射压力82MPa、注射流量42％及保压压力31MPa．     

二氧化锆与不锈钢混合粉末的挤压成形特性

研究了在二氧化锆与不锈钢的混合粉末中加入粘结剂时的挤压成形特性，并着重考察了混合粉的可挤上限条件，所用粘结剂为水溶性羟丙基在纤维素（ＨＰＭＣ）和水，结果表明，混合粉末的可挤压上限成分（质量分数）随不锈钢粉末含量的增加而上升，当不锈钢的粉末含量（体积分数）为７０－９０％时达到最大，粘结剂中ＨＰＭＣ的质量分类以１０％为宜。     

碳化硅陶瓷热敏电阻的导电机理

利用聚碳硅烷与碳化硅粉混合,采用陶瓷工艺,低温烧成了碳化硅热敏电阻,其lnR-1/T关系具有鲜明的两段线性区.借助两相结构(α-SiC粉被聚碳硅烷热解得到的β-SiC所包围)的电流输运通道模型,用能带理论,计算了一个微导电单元的电导,从而对阻-温特性中反映的两种激活能的本质作出了解释.     

粉末注射成型的分数微分模型及其数值模拟

在Hele—Shaw近似下采用有限元／有限差分混合法求解粉末注射成型充填过程．首次提出利用分数微分替换运动方程中的经典导数,压力场方程演变为线性方程,数值计算代价显著减少．数值实验表明该方法有效．     

智能型粉末成形液压机的研究

讨论了关于现代粉末成形液压机的液机压,模型架,控制系统三方面的设计要求,提出了控制系统的结构;讨论了基于规则智能ＰＩＤ控制和自动装粉校正问题。