本發明涉及一種金屬射出與反壓系統及其方法，其利用反壓氣體影響金屬射料，從而使金屬粉末能夠均勻分布，進而提高拉伸強度，以及改善燒結后收縮不均的系統與方法。

背景技術：

金屬射出成型是一種結合塑料射出成型、高分子聚合物與金屬粉末的技術。該技術將金屬粉末與結合劑經過混合、混煉、加熱及造粒等過程制成射出成型原料，再通過高精密特制模具(射出機)成型為生胚，并經脫臘脂或燒結，或自動化快速制造高密度、高精度且形狀復雜的金屬零件。該技術具有減少傳統金屬加工的程序與成本的優點。最后依照產品功能及規格需求，必要時進行第二加工程序，例如熱處理、表面處理等。

雖然金屬射出成型屬于精密加工技術的一種，但目前所有射出成型的成品可能遭遇的問題亦可見于金屬射出成型，如收縮率與翹曲變形量不理想。故如何克服金屬射出成型可能遭遇的問題，就有可以討論的空間。

技術實現要素：

有鑒于上述問題，本發明的目的在于提供一種金屬射出與反壓系統及其方法，其于金屬射出成型時加入反壓氣體，以使金屬射料于推進時較為緊實，進而提高拉伸強度，并提高金屬射出成型時金屬粉末于射料中的均勻性，當金屬粉末均勻分布時，其可改善燒結 后收縮不均的現象。

為了達到上述目的，本發明提供了一種金屬射出與反壓系統，其包含：

一顆粒提供總成；以及

一成型單元，其具有一熔融模塊、一反壓模塊與一模具模塊；

其中，該顆粒提供總成提供顆粒給該熔融模塊，該顆粒具有金屬粉末與結合劑，該熔融模塊使該顆粒形成為熔融流體，該熔融流體提供給該模具模塊，該反壓模塊提供一具有預定壓力的反壓氣體給該模具模塊，該熔融流體于該模具模塊凝固為一生胚。

本發明還提供了一種金屬射出與反壓方法，其包含以下步驟：

提供顆粒；以及

生胚成型，顆粒提供給一熔融模塊，以使該顆粒形成為熔融流體，該熔融液體注入一模具模塊，一反壓模塊提供一具有預定壓力的反壓氣體給該模具模塊，該熔融流體凝固為一生胚。

綜合上述，本發明提供的金屬射出與反壓系統及其方法，其于金屬射出成型的過程中增加一具有預定壓力的反壓氣體，從而使生胚的密度提升。因受到反壓氣體的壓力影響，金屬射料于推進時較為緊實，進而提高拉伸強度，故通過反壓氣體能夠提高金屬射出成型時金屬粉末于射料中的均勻性，當金屬粉末均勻分布時，其可改善燒結后收縮不均。

附圖說明

圖1為本發明提供的金屬射出與反壓系統的示意圖；

圖2為一高溫氣體模塊與一模具模塊的示意圖；

圖3為本發明提供的金屬射出與反壓方法的流程圖；

圖4為一生胚密度比較圖；

圖5為一經脫脂后的生胚密度比較圖；

圖6為一經脫脂后的生胚經燒結后的密度比較圖。

附圖標記說明：10-混合單元；11-混煉單元；12-粉碎單元；13-造粒單元；14-成型單元；140-熔融模塊；1400-供料噴嘴；141-反壓模塊；1410-反壓氣體源；1411-壓縮機；1412-高壓氣體控制閥；1413-第一分流閥；1414-氣體溫度傳感器；1415-控制器；142-模具模塊；1420-第一半模；1421-第二半模；1422-模穴；1423-射料道；1424-模穴傳感器；1425-模穴溫度傳感器；1426-氣道；1427-模溫機；143-高溫氣體單元；1430-空氣壓縮機；1431-空氣干燥器；1432-流量計；1433-第二分流閥；1434-加熱器；144-控制閥；15-脫脂單元；16-燒結單元；17-顆粒提供總成；s1-s3-步驟；a-i-曲線。

具體實施方式

以下通過特定的具體實施例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書公開的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。

如圖1所示，本發明公開了一種金屬射出與反壓系統，其包含一混合單元10、一混煉單元11、一粉碎單元12、一造粒單元13、一成型單元14、一脫脂單元15與一燒結單元16。

混合單元10將金屬粉末與結合劑予以混合，以形成混合粉末。結合劑為石蠟與高分子材料的組合或高分子材料。高分子材料可以為聚丙烯。金屬粉末的比例為50％～70％，較佳為55％、60％、65％或70％。若結合劑為石蠟與高分子材料的組合，高分子材料的比例為19％～29％，較佳為20％、22％、24％、26％或28％，石蠟的比例為11％～21％，較佳為12％、14％、16％或18％。于本實施例 中，金屬粉末與結合劑的比例僅供說明，在實際操作時，其會依產品種類或狀況調整比例，故不將結合劑與金屬粉末的比例限制于本案，特先陳明。

混煉單元11接收混合粉末并將混合粉末以高溫攪拌，以使結合劑能夠均勻地分布于金屬粉末的表面，以形成混煉粉末。

粉碎單元12接收混煉粉末并將混煉粉末于以粉碎，以形成粉末。

造粒單元13接收粉末，以使粉末形成為顆粒。造粒單元13、粉碎單元12、混煉單元11與混合單元10可以視為一顆粒提供總成17。

成型單元14具有一熔融模塊140、一反壓模塊141、一模具模塊142與一高溫氣體模塊143。熔融模塊140接收顆粒，以使顆粒形成為熔融流體。熔融流體提供給模具模塊142。反壓模塊141提供一反壓氣體給模具模塊142，熔融流體于模具模塊142凝固為一生胚(greenpart)。

如圖2所示，若更進一步論述，熔融模塊140具有一供料噴嘴1400。

模具模塊142具有一第一半模1420、一第二半模1421與一模溫機1427。

第一半模1420具有一模穴1422、至少一模穴溫度傳感器1425、至少一模穴壓力傳感器1424與一氣道1426。模穴溫度傳感器1425與模穴壓力傳感器1424設于第一半模1420的內部并相鄰于模穴1422。氣道1426與模穴1422相通。

第二半模1421具有一射料道1423、至少一模穴壓力傳感器1424 與至少一模穴溫度傳感器1425。當第一半模1421與第二半模1421閉合時候，設料道1423與模穴1422相通。供料噴嘴1400延伸至射料道1423，以將熔融流體注入模穴1422中。

模穴壓力傳感器1424感測模穴1422的壓力的變化，以進一步控制反壓氣體的注入時機。

模穴溫度傳感器1425連接模溫機1427，模穴溫度傳感器1425感測模穴1422的溫度變化，以進一步控制高溫氣體的注入時間。

反壓模塊141具有一反壓氣體源1410、一壓縮機1411、一高壓氣體控制閥1412、一氣體溫度傳感器1414、一控制器1415與一第一分流閥1413。反壓氣體源1410通過管線耦接壓縮機1411，以使壓縮機1411能夠加壓來自反壓氣體源1410的氣體。壓縮機1411通過管線耦接高壓氣體控制閥1412。高壓氣體控制閥1412通過管線耦接氣體溫度傳感器1414與第一分流閥1413。高壓氣體控制閥1412與氣體溫度傳感器1414連接控制器1415。控制器1415接收氣體溫度傳感器1414感測的氣體溫度以及控制控制閥1412的開度。

高溫氣體模塊143具有一空氣壓縮機1430、一空氣干燥器1431、一流量計1432、一第二分流閥1433與一加熱器1434。

空氣壓縮機1430通過管線耦接空氣干燥器1431，以使空氣干燥器1431能夠干燥來自空氣壓縮機1430所壓縮的空氣。流量計1432通過管線耦接空氣干燥器1431，以使流量計1432能夠計量來自空氣干燥器1431的空氣量。流量計1432與第一分流閥1413通過管線耦接第二分流閥1433。第二分流閥1433通過管線耦接加熱器1434。

第一分流閥1413與加熱器1434通過管線耦接控制閥144。控制閥144通過管線耦接氣道1426。

如上所述，當模具模塊142合模后，第一分流閥1413使來自控制閥141的高壓氣體進入第二分流閥1433，從而來自流量計1432的氣體流入第二分流閥1433。高壓氣體與氣體混合并流入加熱器1434，以形成一高溫高壓氣體。高溫高壓氣體流入控制閥144，再經由控制閥144的控制，以經由氣道1426流入模穴1422中，以加熱模穴1422。

或者來自流量計1432的氣體流入第二分流閥1433并被加熱器1434加熱，再通過控制閥144的控制，以經由氣道1426流入模穴1422中，以加熱模穴1422。

當模穴1422中具有熔融流體，來自第一分流閥1413的高壓氣體流入控制閥144并被控制閥144控制，以經由氣道1426流入模穴1422中，該高壓氣體為反壓氣體。該高壓氣體的壓力為1～300bar，可依據實際狀況選擇壓力值，而非被本案所限制。

脫脂單元15接收生胚，并以一預定溫度對生胚進行脫脂。

燒結單元16接收經脫脂的生胚并以一預定溫度對生胚進行燒結，經燒結的生胚形成為一成品。

如圖3與圖1所示，本發明還公開了一種金屬射出與反壓方法，包含以下步驟：

s1，提供顆粒，將一預定比例的金屬粉末與結合劑，以一混合單元10予以混合，從而形成混合粉末。混合粉末提供給一混煉單元11并以一預定混煉溫度進行混煉，以使混合粉末形成為混煉粉末，該預定混煉溫度為180℃～220℃，較佳為190℃、195℃或200℃。混煉粉末提供給粉碎單元12，以將混煉粉末粉碎為粉末。粉末提供給造粒單元13，以使粉末形成為顆粒。或者一顆粒提供總成17進行上述混合、混煉、粉碎與造粒作，從而使金屬粉末與結合劑形成 為顆粒。

s2，生胚成型。顆粒提供給熔融模塊140，以使顆粒形成為熔融流體。熔融液體注入模具模塊142，反壓模塊141提供一具有預定壓力的反壓氣體給模具模塊142。熔融流體凝固為一生胚。該預定壓力為45bar至200bar。

s3，進行生胚脫脂與燒結。生胚提供給一脫脂單元15并以第一預定溫度進行脫脂，該第一預定溫度為40～60℃，較佳為45℃、50℃或55℃。

若結合劑為高分子材料與石蠟，則脫脂步驟分為冷脫脂步驟與熱脫脂步驟。首先進行冷脫脂步驟，先將生胚進入一溶劑中，以使石蠟脫離生胚。再進行日熱脫脂步驟，將生胚以第一預定溫度進行脫脂，使高分子材料脫離生胚。

若結合劑為高分子材料，則進行一酸性氣體脫脂，酸性氣體使高分子材料脫離生胚。

經脫脂的生胚提供給一燒結單元16，燒結單元16以第二預定溫度對生胚進行燒結，從而使生胚燒結為一成品，該第二預定溫度為1250℃～1500℃，較佳為1300℃、1350℃、1380℃、1400℃或1450℃。

如上所述，本發明以一金屬拉伸試片進行說明，該金屬拉伸試片的生胚的尺寸為110.05㎜×23.05㎜×4㎜狗骨頭型式片。經燒結后收縮率為15％。

如圖4所示為一生胚密度比較圖。曲線a表示熔融流體于模具模塊142時，反壓模塊141未提供反壓氣體，生胚于近澆、中間與遠澆三個區域的密度分布。曲線b表示熔融流體于模具模塊142時， 反壓模塊141提供一壓力為50bar的反壓氣體。曲線c表示熔融流體于模具模塊142凝固成型時，反壓模塊141提供一壓力為100bar的反壓氣體。

如圖4所示，當反壓氣體的壓力較大時，生胚的密度就越大，反之，若無反壓氣體提供時，生胚的密度就越小。

如圖5所示，其為一經脫脂后的生胚密度比較圖。曲線d表示上述曲線a的生胚于脫脂后的密度分布。曲線e表示上述曲線b的生胚于脫脂后的密度分布。曲線f表示上述曲線c的生胚于脫脂后的密度分布。

如圖5所示，當反壓氣體的壓力較大時，經脫脂的生胚的密度就越大，反之，若無反壓氣體提供時，經脫脂的生胚的密度就越小。

如圖6所示，其為一經脫脂后的生胚經燒結后的密度比較圖。曲線g表示上述曲線d的生胚于燒結后的密度比較圖。曲線h表示上述曲線e的生胚于燒結后的密度比較圖。曲線i表示上述曲線f的生胚于燒結后的密度比較圖。

如圖6所示，當反壓氣體的壓力較大時，經燒結的生胚的密度就越大，反之，若無反壓氣體提供時，經燒結的生胚的密度就越小。

綜合上述，本發明提供的金屬射出與反壓系統及其方法，其于金屬射出成型的過程中增加一具有預定壓力的反壓氣體，從而使生胚的密度提升。因金屬粉末與結合劑在反壓氣體的影響下，金屬粉末與結合劑所可能產生的粉膠分離的幾率大大降低，主要原因在于澆口附近的剪應力降低的緣故，導致結合劑的黏度不會突然驟降，所以降低收縮不均勻所造成的凹陷或變形的缺陷。并且受到反壓氣體的壓力影響，金屬射料于推進時較為緊實，進而提高拉伸強度，故通過反壓氣體可提高金屬射出成型時金屬粉末于射料中的均勻 性，當金屬粉末均勻分布時，其可改善燒結后收縮不均。

以上所述具體實施例僅用于例釋本發明的特點及功效，而非用于限定本發明的可實施范疇，于未脫離本發明上揭的精神與技術范疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成的等效改變及修飾，均仍應為本案權利要求范圍所涵蓋。