金属粉末注射成型法快速制造刀具

不消24小时,就能将稀疏的金属混合物变为坚硬、锋利的切削刀片,而获得这种形状是其它方法根本无法做到的。山特维克可乐满运用金属粉末注射成型法(MIM),成功开发出这一独特的生产工艺。而这个工艺仍在不断优化——未来技术就在此处渐露端倪。

在山特维克可乐满位于斯德哥尔摩的工艺实验室中,风机不停地转动着,人们可以听到注模机在注射成型时有规律地发出的“噔”的一声。研发部正进一步对MIM工艺进行开发,而该工艺已催生了2003年推出市场的CoroCut3切削刀具。

山特维克可乐满在斯德哥尔摩的研究员兼项目经理PeterSamuelson表示:“我们一直在开发各种工艺参数,以优化工艺和产品。对产品质量日益提高的要求导致对实际产品开发工艺的要求也越来越高。”

MIM是指金属粉末注射成型。简单来说,就是将化合物(混合材料)喷入或注入模具或塑形工具中。使用注射成型法来生产各种零件并非新意——它在塑料工业中早已得到应用。

山特维克可乐满开发MIM工艺已有10年历史。生产CoroCut3时,先将金属粉末和塑料粉末混合,然后再注入模中。这种混合物在室温下呈固态,先将其倒进一个内有螺杆的圆筒,此时螺杆开始旋转。旋转运动将混合物推向“螺杆”顶端,与此同时混合物被加热,并从固体变成半液体,这种物质称为“坯料”。在圆筒的远端,不断增加的压力将螺杆推回圆筒内,直至达到合适的坯料量。然后将温度达到大约150～180℃的坯料注入刀具模中。

由于刀具模的温度比坯料的温度低很多,于是坯料在模中固化。CoroCut3的固化过程一般需时l5秒,然后由机器人取出工件,并将其放置在一个石墨盘上。

但是今天却由注模操作员CeciliaEkholm用手工方法取出工件。在研发部研究员KarinOlofsson的帮助下,她测试了优化工件处理时所需的坯料注入量、温度以及激冷时间。

Ekholm通过一个控制盘来修改温度和坯料量设置。当工件固化后,她便戴上白色棉质手套取出工件。她说,“这样我就不会被烫伤,因为它们还是挺热的。”

从注模上取下的工件非常脆弱,用手指拿着就可能破碎。而塑料只是一种粘结剂,需要去除。这意味着“生坯”需要进一步加工。

去除粘结剂时,工件上会出现开气孔以促进烧结工序,工件在烧结过程中受到压缩。而在烧结时,工件在炉中加热至大约l400℃,这样工件便会缩小18%～20%,在烧结后就能保持形态的均匀。

PeterSamuelson说,“如果工件的体积为1公升,烧结后就只剩下约550ml,换句话说,烧结会导致材料浓缩或收缩,以达到理想的硬度、耐久性、韧性等不同特性。”

经过大约10～l2小时便完成烧结,再对工件进行轻微加工,并对各个边缘部位精加工,然后才上涂层。

PeterSamuelson解释说,“在粉末压制过程中,我们通常需要花更多时间对边缘部位进行磨削和刃磨,然后才上最后的涂层。但是使用MIM工艺就无需进行如此完整的精加工。注射成型法的好处是,我们只需一个步骤就可以制造出复杂的槽形或产品,达到精加工或半精加工的质量。我们可以直接接近最终目标,这就是我们选择MIM的真正原因。”

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