Effects of size reduction on deformation,microstructure, and surface roughness of micro components for micro metal injection molding

The fabrication of 17-4PH micro spool mandrils by micro metal injection molding was described here. The effects of size reduction on deformation, microstructure and surface roughness were studied by comparing a φ500 μm micro post and a φ1.7 mm cylinder after debinding and sintering. Experimental results show that slumping of the micro posts occurred due to a dramatic increase in outlet vapor pressure initiated at the thermal degradation onset temperature and the moment of gravity. Asymmetrical stress distribution within the micro component formed during the cooling stage may cause warping. Prior solvent debinding and adjustment in a thermal debinding scheme were useful for preventing the deformation of the micro components. Smaller grain size and higher micro hardness due to impeded grain growth were observed for the micro posts compared with the φ1.7 mm cylinder. Surface roughness increased with distance from the gate of the micro spool mandril due to melt front advancement during mold filling and the ensuing pressure distribution. At each position, surface roughness was dictated by injection molding and increased slightly after sintering.     

Fabrication and sintering behavior of high-nitrogen nickel-free stainless steels by metal injection molding

High-nitrogen nickel-free stainless steels were fabricated by the metal injection molding technique using high nitrogen alloying powders and a mixture of three polymers as binders. Mixtures of metal powders and binders with various proportions were also investigated, and an optimum powder loading capacity was determined as 64vol%. Intact injection molded compacts were successfully obtained by regulating the processing parameters. The debinding process for molded compacts was optimized with a combination of thermo-gravimetric analysis and differential scanning calorimetry analysis. An optimum relative density and nitrogen content of the specimens are obtained at 1360℃, which are 97.8% and 0.79wt%, respectively.     

Microstructure and properties of nano-TiN modified Ti（C,N）-based cermets fabricated by powder injection molding and die pressing

Powder injection molding （PIM） and die pressing were employed to fabricate nano-TiN modified Ti（C,N）- based cermets. The shrinkage behavior, microstructure, porosity, and mechanical properties of the samples with and without nano-TiN addition fabricated by PIM and die pressing were analyzed. It is demonstrated that for either PIM or die pressing, the porosities are obviously reduced, the mechanical properties are significantly improved after adding nano-TiN, and the hard particles are refined; the rim phase thickness obviously becomes thinner, and the number of dimples in fracture also increases. Compared the samples fabricated by die pressing, it is difficult for PIM to obtain dense Ti（C,N）-based cermets. Due to the too much existence of pores and isolated carbon, the mechanical properties of the sintered samples by PIM are inferior to those of the sintered ones by die pressing.     

聚丙交脂-乙交酯纤维的温压成形

通过溶液沉析纺丝法制备聚丙交酯-乙交酯(PLGA)纤维,观察纤维的形貌并对其进行XRD和SEM表征.采用纤维温压成形法控制压力和温度得到条形的PLGA材料结合试样断口分析,研究成型压力与温度对PLGA材料的力学性能的影响.研究结果表明:非晶多孔结构的PLGA纤维可通过溶液沉析纺丝的方法获得,其孔径为0.1～ 1.0 μm;压制压力和压制温度对材料的力学性能影响较大,材料的抗弯强度、剪切强度和抗弯模量均随着温度和压力的增大而先增大后降低;在压制压力为105 MPa,压制温度为160 ℃时,试样的力学性能比较理想,此时,其抗弯强度可达到187.3 MPa,剪切强度达到100.1 MPa,抗弯模量达到2.5 GPa,可望作为非承重部位骨折愈合内固定材料.     

注射成型残余应力的数值模拟

对注射成型过程中的残余应力进行了研究.针对注射成型的特点,采用线性粘弹性模型计算了注射成型过程中温度和压力引起的残余应力,充分考虑了保压压力和应力松弛对残余应力的影响,数值实现中采用了在时间上有限差分的计算方法.通过模拟计算平板形状制品残余应力在壁厚方向和流动方向上的分布及其在成型中的变化过程,深入讨论了注射成型过程中残余应力的形成机理和演变情况.实验证明了所提出的残余应力模型和计算方法的正确性与合理性.通过预测和优化注射成型中的残余应力,可以提高制品最终形状的尺寸稳定性和力学性能,对实际生产有一定的指导意义.     

运行参数对微型内燃机微燃烧特性影响机理分析

微型内燃机微燃烧过程对当量比和转速变化非常敏感,采用层流有限速率模型和甲醇氧化反应机理对其预混层流微燃烧过程开展仿真研究,探讨当量比和转速对微燃烧特性的影响规律及临界运行参数。在此基础上,提出采用热着火理论和化学反应动力学理论探索当量比对微燃烧特性的影响机理。结果表明仿真与实验比较吻合。当量比从0.6增加到1.1时,燃烧速率增加,压力和温度增加,压力最高值增加约1.5E+6Pa,温度最大值增加约1 300K,此后随当量比增加,燃烧速率减小,压力和温度减小。研究还进一步揭示了当量比影响微燃烧特性的机理:稀燃区当量比主要通过温度变化来影响微燃烧特性,随当量比增加,燃料浓度增加,燃烧释放的总热量增加,所以温度和压力增加,燃烧速率增加;浓燃区当量比主要通过氧气量变化来影响微燃烧特性,当量比越大,氧气量越不足,基元反应速率越小,所以燃烧速率越小,温度和压力越低。转速越高,燃烧时间越短,燃烧越不充分,所以温度、压力越低。受微燃烧相对热损大、驻留时间短的特征影响,微型发动机实现完全燃烧的运行区域较窄,其实现完全燃烧的稀燃极限约0.9,最高转速约6 000r/min。这在设计微型内燃机时值得关注。     

流道截面形状对微流体流动性能的影响

微尺度条件下流体的流动特性是微纳零件制造与微机械装置控制系统设计中需考虑的重要因素.采用基于Navier-stokes运动方程开发的Moldflow MPI软件,以PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）材料为对象,研究圆形、半圆形、梯形、矩形和正三角形5种微流道截面形状对非等温非牛顿流体流动性能的影响.研究结果表明：微流体在截面形态不同,长度均为50 mm微流道中的流动长度与流道截面的比表面积（截面周长与截面面积的比值）呈反比关系,比表面积越小,流动长度越大;当微流道的比表面积较小时,熔体温度与注射压力对流动长度的影响较大;当比表面积较大时,熔体温度与注射压力对流动长度的影响较小,且不论比表面积如何变化,注射压力对流动长度的影响比熔体温度对流动长度的影响显著.     

粉末注射成形多相流动过程数值模拟模型

把计算流体动力学的多相流概念及两相流模型引入到粉末注射成形领域,介绍了描述粉末-粘结剂充模流动过程的单流体模型、双流体模型及欧拉-拉格朗日模型,并简要分析了各种模型的特点.分析表明,双流体模型相对于单流体模型更有利于监视两相分离、粉末聚集等出现在粉末注射成形过程中的特殊现象,并且比欧拉-拉格朗日模型更容易收敛.     

基于BP神经网络的注塑变频控制系统设计

针对注塑机存在严重能耗,提出了基于BP神经网络的注塑变频控制系统设计方案。该方案采用ARM Cortex-M3内核微控制器采集压力、流量信号,利用BP算法计算出对应的控制量,改变变频器的输出频率,进而控制油泵电机,实现注塑节能。实验结果表明,该系统节约注塑机能耗可达30%—60%。     

用正交法分析注塑工艺参数对制品质量的影响

在注塑成型过程中,工艺参数是决定制品质量的重要因素。为了研究工艺参数对制品质量的影响,在注射机上根据正交实验表安排4水平的关键注塑工艺参数(熔体温度、注射压力、注射速度及模具温度)和制品质量间的试验,在此基础上根据实际需要增加了4组追加试验。根据实验结果,用极差分析技术对各因素的显著度进行排序,同时建立了工艺参数和制品质量的神经网络模型,为注塑件质量控制和工艺参数的调整提供了有益的参考。     

金属粉末注射成形用石蜡-油-聚乙烯粘结剂

研制了用于Fe-2Ni粉末注射成形的石蜡-油-聚乙烯粘结剂,选择了石蜡和聚乙烯组分,考察了油的加入对组分相容性、生坯强度、粉末装载量、喂料比热容、溶剂脱脂速率的影响.实验结果表明石蜡-油-聚乙烯粘结剂是热力学不相容的体系;油的加入降低了混炼扭矩、最大粉末装载量和生坯强度,但同时也减少了注射缺陷,并使溶剂脱脂速率增大;加入该粘结剂,可使Fe-2Ni粉末装载量(体积分数)达60％,生坯强度达5.5MPa,溶剂脱脂速率大于2mm/h.     

注射工艺参数对超薄塑件成型影响实验研究

超薄塑件在微机电领域具有巨大的应用潜力,为研究其注塑成型特性,设计制造了一可成型超薄塑件的模具,利用正交试验方法和数值模拟技术研究了各工艺参数（注射速度、注射压力、熔体温度及注射量等）对超薄塑件注塑成型充模过程的影响．研究结果表明注射量及注射速度对超薄塑件注塑成型的填充起主导作用,提高注射速度能大幅度地提高填充率;熔体温度和注射压力相对于注射量和注射速度只起次要作用,但在填充过程中,较高的熔体温度和注射压力也是必要的．该结论为深入开展超薄塑件成型缺陷（如翘曲、熔接痕）的形成机理研究提供了有益的借鉴．     

基于熔体黏度均匀性的注塑螺杆性能评价方法

通过理论推导和实验验证,开发了一种简便易行的测量注塑过程中熔体黏度均匀性的方法,即通过高速采集和分析塑化熔体流经注塑机喷嘴处的压力波动来反映塑化熔体的黏度波动。通过对4根不同结构类型及参数的注塑螺杆进行实验,分析螺杆构型对熔体黏度波动的影响,及熔体黏度均匀性与熔体温度均匀性、制品的质量重复精度及力学性能的关系,验证了该方法的可行性,最后从熔体黏度均匀性方面对实验用4根螺杆性能予以评价。     

基于GLS／SUPG的三维注射成形充模过程数值模拟

为稳定地求解速度、压力、温度并准确跟踪流动前沿,实现三维塑料注射成形充模过程数值模拟,采用迦辽金最小平方法(GLS)消除因速度和压力的不当插值组合导致的数值震荡问题,建立了速度与压力同次插值的对称、稳定的集成有限元计算格式;用流线迎风Petrov伽辽金法(SUPG)消除因能量方程中的对流项而导致的数值震荡问题,建立了能量场的稳定有限元计算格式.比较了不同网格密度对计算结果的影响,并通过与文献中实验结果及现有的商业分析软件Moldflow的模拟结果对比,表明提出的数值模拟方法具有良好的稳定性和精度.     

A strategy to obtain a high-density and high-strength zirconia ceramic via ceramic injection molding by the modification of oleic acid

Despite its unique high efficiency and good environmental compatibility, the water-soluble binder system still encounters problems achieving a desired sintered part via ceramic injection molding because of the poor compatibility and the powder-binder segregation between ceramic powders and binders. The objective of this study was to obtain a sintered part with excellent properties by introducing a small quantity of oleic acid to the surface of zirconia powders before the mixing process. As opposed to many previous investigations that focused only on the rheological behavior and modification mechanism, the sintering behavior and densification process were systematically investigated in this study. With the modified powders, debound parts with a more homogeneous and smaller pore size distribution were fabricated. Also, a higher density and greater flexural strength were achieved in the sintered parts fabricated using the modified powders.     

褐煤无粘结剂热压成型特性

针对国内外丰富的褐煤资源及其在利用中存在的问题,阐述了发展褐煤无粘结剂热压成型的重要意义.通过对褐煤无粘结剂热压成型重要影响因素-成型温度和成型压力的分析,试验结果表明,型煤的抗压强度随成型温度的上升先增大后减小,即每种褐煤均存在最佳的成型温度,褐煤的失重率随成型温度的上升而增加,但其速率的变化是受褐煤煤质控制的.型煤的抗压强度随成型压力的增大而加强,但其防水性与褐煤的煤质有关.     

钨基重合金注射成形产品变形原因及其控制

研究了ＭＩＭ重合金产品在注射、脱脂和烧结３个阶段的变形原因及其解决方法，结果表明：注射时由于成形坯的冷却收缩和合模线的存在使成形坯的形状和大小与模具形腔有差异；粘结剂中聚丙烯质量分数高于３０％时可保证溶剂萃取脱脂时样品不变形；先在１３５０℃进行低温固相烧结，然后在１５３０℃进行高温液相烧结，可较好地消除烧结过程中填料对产品内孔孔径收缩的阻碍作用     

PIM热脱脂工艺过程的SEM分析及机理探讨

主要通过粉末注射成形（ＰＩＭ）生坯热脱脂过程的ＳＥＭ分析，考察了单组元粘结剂及多组元粘结剂体系生坯在常压及真空热脱脂过程中液相分布及孔隙结构的变化。通过比较分析，提出了由环境压力、毛细管力及渗透压相互作用的热脱脂过程机理模型。     

聚对苯二甲酸乙二醇酯与液晶高分子共混改性

聚对苯二甲酸乙二醇酯（ＰＥＴ）与液晶高分子（ＬＣＰ）挤出共混，注射模塑制得试样。采用示差扫描量热仪、扫描电子显微镜、力学性能测试仪等手段，表征共混物的热行为、形态、结构和力学性能。研究结果表明：在实验范围内，ＰＥＴ与液晶高分子（ＰＥＴ－６０ＰＨＢ）的共混体系，共混物的强度对ＬＣＰ的含量呈曲线变化，ＬＣＰ的质量分数在０～２０％之间，共混物的强度有极大值；ＬＣＰ的质量分数在４０％～６０％之间，共混物的强度有极小值。     

基于注塑过程数据的制品尺寸合格性判定

针对注塑生产过程中人工质量检测存在的效率低、成本高等问题,提出了一种基于注塑加工过程数据来对产品尺寸是否合格进行预测判定的方法。先对清洗后的数据集采用5折交叉验证筛选出LR(logistic regression)模型、SVM(support vector machine)模型等5个分类模型,再以ROC(receiver operating characteristic)曲线和AUC(area under curve)值作为性能评估指标,综合比较和分析了5个分类模型在不同特征选取方法下的分类性能。结果表明：基于树模型特征选取与LR分类模型组合对本文的数据集表现出了优良的分类性能,准确率可达96.42%,具有一定的工程应用价值。