Fe8Ni金属注射成形黑线缺陷研究

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金属注射成形通常用于生产体积小、结构复杂、需求量极大的金属零件。对复杂结构的成形能力、产品优异的力学性、极大产能下花费较低的成本,使得金属注射成形工艺在电子3C、汽车零件、五金工具、医疗器械等领域得到了极大的发展。在金属注射成形过程中会产生黑线缺陷。黑线缺陷不仅会影响产品的表面质量,也会对产品的力学性能造成影响。研究如何控制黑线缺陷,减少甚至避免黑线缺陷的产生,对金属注射成形产品的性能提升有着重要意义。本文以一金属连接件为例,选用Fe8Ni粉末添加蜡基黏结剂混合成金属注射喂料,通过喂料的热重分析,确立产品注射上限温度,设定热脱脂与烧结工艺的参数,采用溶剂脱脂+热脱脂的脱脂工艺,脱脂坯经烧结后得到了产品烧结件。通过对比成形坯及烧结件的黑线缺陷,发现黑线缺陷在注射阶段就已经形成,后续工艺并不会对黑线的形状造成影响,因此本文主要对注射阶段产生的黑线缺陷展开了研究。通过对产品成形坯黑线缺陷的表面观察及扫描电镜观测,发现黑线区域充满了黏结剂,区域内粉末含量极低,大颗粒的粉末几乎不存在于黑线区域内,从颗粒间、颗粒与黏结剂之间的相互作用角度出发,得到了在流动状态下,熔体中的大颗粒粉末受剪切作用力影响由低流速区域向高流速区域迁移,粉末分布的不均匀现象造成了黑线缺陷的论断。根据这一论断,运用CAE软件模拟结果中的粉末浓度验证预测黑线缺陷的可行性。在CAE验证过程中发现结果与实际存在偏差,推测材料属性存在差异,随即对Fe8Ni喂料的性能展开研究。观测粉末颗粒的形状,对喂料的流变性能进行测试,发现喂料黏度随剪切速率增加而降低,但黏度降低状态存在由稳定降低到波动状降低转变,在本文中将转变处的剪切速率定义为临界剪切速率。对临界剪切速率前的流变曲线进行曲线拟合,并导入到Moldex3D中进行黑线缺陷的影响因素研究。研究结果表明,增加进浇口的截面积、采用扇形浇口、浇口一侧面与模腔壁重合的设计,采用60%粉末装载量的喂料,降低料温、降低注射压力、增加模温以及确立合适的充填时间均可以降低产品出现黑线缺陷的概率或降低黑线缺陷的影响。将优化后的喂料参数用于产品黑线缺陷模拟,黑线缺陷形状的模拟精确度上有了大幅提高,并运用增加注射时间、升高模温、减小料温及优化浇口结构的方式降低了黑线缺陷的影响。
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