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金属粉末注射成形(MIM)由于其高性能、低成本、净成形的工艺优势,在小型复杂零部件制备领域得到了广泛应用,但只能制备均一材质产品。粉末共注射成形(Powder Co-Iniection Molding,PCM)技术可以把不同组分在模具内复合注射成形,整合各组分的优越性能,从而在一个生产步骤内获得功能性和形状复杂性相统一的成形坯,使得表层/芯层具有不同材料及功能的结构。
协调芯壳层喂料流变性能,实现界面形貌及芯层穿透距离的可控是决定PCM产品性能的关键。本文通过金属单组分、塑料夹芯共注射成形的模拟与实验研究,讨论采用实验测量及数据拟合获得物料性能数据的办法进行金属夹芯共注射模拟的可行性;通过工艺实验和CAE技术研究了金属喂料芯壳层粘度比及工艺参数对芯壳层形貌及芯层穿透距离的影响,建立了出现芯层突破的工艺标准,分析了芯壳层喂料的充填机理。具体工作如下:
首先,对本实验用料进行各项物理性能的测定,通过拟合得到了物料流变学及热力学的本构方程参数。
其次,将316L喂料(装载量55％)以及聚丙烯(PP-T30S)的测量数据及参数拟合结果输入Moldflow软件中,分别进行MIM极小、极大零件和塑料夹芯共注射成形充模流动模拟与实验研究,结果表明:1)MIM模拟出现缺陷的趋势及产生变形量的大小与实验结果符合较好;2)随着芯/壳层粘度比R的减小,芯层熔体穿透深度y增加,穿透宽度x1,x2,x3有不同程度的减小;塑料芯壳层粘度比在O.3～1.2时,SOC为43％～38％;3)实验测量及拟合得到的物性参数可以用于MIM及塑料夹芯共注射成形充模流动模拟研究。
以316L喂料(芯层装载量40％、壳层装载量60％)的测量数据及参数拟合结果为基础,采用Moldflow对PCM进行模拟与实验研究,结果表明:1)芯/壳层喂料粘度比及壳层预填充量对芯层熔体穿透距离和芯壳层形貌的影响规律与塑料共注射成形相似;2)金属芯壳层粘度比在0.28～1.5时,SOC为55.4％～48.5％;3)金属夹芯注射成形与塑料相比,喂料中大量粉末的存在及壳层物料的“受迫运动”两种因素的综合作用导致前者壳层物料表面会留下较多的裂纹,芯层更容易突破,即SOC值比后者偏高,且突破位置往往在壳层的上下表面;4)在Moldflow中输入物料性能数据及方程参数,进行金属夹芯注射成形模拟的办法能较真实的反应实际熔体流动情况,但由于该软件基于单相连续介质模型,没有考虑到粉末相的存在对喂料熔体连续性的影响,因此无法模拟芯层喂料在壳层表面突破的现象。