本發明屬于注射成型加工技術領域，具體涉及一種大件金屬件的注射成型方法。
背景技術：
金屬注射成形（MIM）是將金屬粉末與其粘結劑的增塑混合料注射于模型中的成形方法，是一種新型金屬工業產品生產造型的方法；具體是先將所選粉末與粘結劑進行混合，然后將混合料進行制粒再注射成形所需要的形狀。目前，在傳統的MIM工藝中，當金屬件較大時，容易因脫脂不完全，導致燒結過程中出現的鼓泡，開裂等問題，產品的質量無法保證。
技術實現要素：
為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種大件金屬件的注射成型方法，解決傳統的方法制造大件金屬件時在由于脫脂不完全造成燒結不完全導致容易出現的鼓泡、開裂等問題，實現提高大件金屬件的質量的同時避免生產安全隱患。
為解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下：
一種大件金屬件的注射成型方法，該方法包括以下步驟：
1）原材料前處理：將購買的金屬粉末烘干去濕；
2）原材料包覆：經過步驟1）處理后的金屬粉末與POM、PE、PP以及抗氧化劑加入到混煉機中進行密煉，完全混合均勻后得到膏狀物；
3）喂料造粒：將步驟2）得到的膏狀物經過擠出機擠出造粒，得到顆粒原料；
4）設計模具：設計用于制作帶連接孔的金屬件的模具和用于制作與連接孔相匹配的連接件的模具
5）注射金屬件：將步驟3）得到的顆粒原料用注射機注射至步驟4）的模具中，得到帶有連接孔的金屬件半成品；
6）注射連接件：將步驟3）得到的顆粒原料用注射機注射至步驟4）的模具中，得到與步驟5）所述連接孔相匹配的連接件；
7）脫脂：將上述步驟5）得到的件金屬件半成品和步驟6）得到的連接件放進脫脂爐中脫除POM；
8）拼接：將脫脂后所得到的兩個以上的金屬件通過連接件接形成完整的大件金屬件半成品；
9）燒結：經過步驟8）所得到的大件金屬件半成品轉入到真空爐中燒結，得到成品。
作為進一步的方案，本發明的步驟2）中所述金屬粉末與POM、PE、PP以及抗氧化劑的用量以質量百分數計分別為：
POM 3%-10%；
PE 4%-6%；
PP 2%-4%；
抗氧化劑 0.1%-1%；
金屬粉末余量。
作為進一步的方案，本發明的步驟2）中采用混煉機的密煉的溫度設置為160-200℃，密煉時間為1.5-2.5小時。
作為進一步的方案，本發明的步驟7）脫脂過程中，催化氣體為HNO3，脫脂爐的溫度設置為110-130℃，脫脂時間為4-12小時。
作為進一步的方案，本發明的所述的催化氣體通入脫脂爐中的速率為0.01-0.05mL/min。
作為進一步的方案，本發明的步驟9）燒結的溫度為1200-1400℃。
作為進一步的方案，本發明的所述金屬粉末為鐵合金粉末、不銹鋼粉末、鈦合金粉末、鋁合金粉末、鈦粉末中的一種。
作為進一步的方案，本發明的所述大件金屬件的注射成型方法中還包括對步驟9）燒結后的大件金屬件再次在HIP燒結爐中進行完全致密化處理。
作為進一步的方案，在致密化處過程中，燒結爐的溫度為1200-1360℃。
作為進一步的方案，本發明的步驟8）拼接過程中，在連接件的兩端涂覆硼粉。
相比現有技術，本發明的有益效果在于：
1. 本發明所述的大件金屬件的注射成型方法中通過實現對金屬粉末的處理，提高了原材料的利用率，大大降低了對設備的要求，節約了制造成本；
2. 本發明所述的大件金屬件的注射成型方法解決了傳統的方法制造大件金屬件時，由于脫脂過程不干凈導致燒結不完全導致的鼓泡、開裂等問題，實現大件金屬件量產的可行。
下面結合具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。
具體實施方式
本發明所述的大件金屬件的注射成型方法，該方法包括以下步驟：
一種大件金屬件的注射成型方法，該方法包括以下步驟：
1）原材料前處理：將購買的金屬粉末烘干去濕；
2）原材料包覆：經過步驟1）處理后的金屬粉末與POM、PE、PP以及抗氧化劑加入到混煉機中進行密煉，完全混合均勻后得到膏狀物；
3）喂料造粒：將步驟2）得到的膏狀物經過擠出機擠出造粒，得到顆粒原料；
4）設計模具：設計用于制作帶連接孔的金屬件的模具和用于制作與連接孔相匹配的連接件的模具
5）注射金屬件：將步驟3）得到的顆粒原料用注射機注射至步驟4）的模具中，得到帶有連接孔的金屬件半成品；
6）注射連接件：將步驟3）得到的顆粒原料用注射機注射至步驟4）的模具中，得到與步驟5）所述連接孔相匹配的連接件；
7）脫脂：將上述步驟5）得到的件金屬件半成品和步驟6）得到的連接件放進脫脂爐中脫除POM；
8）拼接：將脫脂后所得到的兩個以上的金屬件通過連接件接形成完整的大件金屬件半成品；
9）燒結：經過步驟8）所得到的大件金屬件半成品轉入到真空爐中燒結，得到成品。
作為進一步的方案，本發明的步驟2）中所述金屬粉末與POM、PE、PP以及抗氧化劑的用量以質量百分數計分別為：
POM 3%-10%；
PE 4%-6%；
PP 2%-4%；
抗氧化劑 0.1%-1%；
金屬粉末余量。
在本發明中，“POM”是指聚甲醛，其在上述方案中用作粘合助劑，在對金屬粉末的密煉包覆過程中起到流動和粘合的作用。“PE”即聚乙烯，在上述方案中，PE起到燒結前金屬件半成品的保型作用；作為優選的，在本發明中，聚乙烯采用高密度聚乙烯。“PP”即聚丙烯，起到燒結前金屬件半成品的保型作用。
作為進一步的方案，本發明的步驟2）中采用混煉機的密煉的溫度設置為160-200℃，密煉時間為1.5-2.5小時。
在本發明的脫脂過程中，催化脫脂的原理是利用一種催化劑把有機載體分子解聚為較小的可揮發的分子，這些分子比其它脫脂過程中的有機載體分子有較高的蒸氣壓，能迅速地擴散出坯體。因此，脫脂率受脫脂溫度的影響，由于聚甲醛在酸性作用下是由末端開始進行逐步分解，隨著反應溫度的增加，但是溫度過高，使催化脫脂反應過快，坯體內產生有機小分子氣壓過大會造成坯體出現脫脂缺陷；另外溫度過高，會造成坯體軟化變形；而催化脫脂溫度太低，脫脂速率也太小這種解聚反應的速度增加，導致脫脂速率增大。此外脫脂率受脫脂催化時間的影響，具體表現為隨著催化脫脂時間增加，注射成形坯脫脂量增加，而且隨著時間增加，脫脂量增加趨勢變平穩。因此，作為優選的方案，本發明所述的步驟7）脫脂過程中，催化氣體為HNO3，脫脂爐的溫度設置為110-130℃，脫脂時間為4-12小時。
在本發明的脫脂過程中，HNO3氣體流量增加使得催化氣體中HNO3濃度增加，從而促進POM的解聚反應，但是HNO3氣體的流量也不能太大，如果HNO3濃度太大催化氣體具有一定的腐蝕性，會對粉末和設備造成危害。因此，作為優選的方案，本發明所述的催化氣體通入脫脂爐中的速率為0.01-0.05mL/min。
作為進一步的方案，本發明所述的步驟9）燒結的溫度為1200-1400℃。
作為進一步的方案，本發明所述的金屬粉末為鐵合金粉末、不銹鋼粉末、鈦合金粉末、鋁合金粉末、鈦粉末等中的一種。由于在注射成型前對金屬粉末進行一系列的處理，因此在本發明中并不需對金屬粉末的形貌、含氧量以及粒徑做特殊的要求。
作為進一步的方案，本發明的步驟8）拼接過程中，在連接件的兩端涂覆硼粉或同類金屬粉末。在本發明中，涂覆硼粉或者同類金屬粉末的作用是在燒結過程中可以是連接件和連接孔之間更加緊密通過硼粉粘結，使金屬件之間的結合更加牢固。
在本發明中，用以連接金屬件的連接件可以是插銷也可以是與插銷同等作用的其他結構形式的連接件。
以下是本發明具體的實施例，在下述實施案例中所采用的原料、設備等均可以通過商業渠道獲得。
實施例1
一種大件金屬件的注射成型方法，該方法包括以下步驟：
1）原材料前處理：將購買的鋁合金粉末烘干去濕；
2）原材料包覆：經過步驟1）處理后的金屬粉末與POM、PE、PP以及抗氧化劑加入到180℃的混煉機中進行密煉2.5小時，完全混合均勻后得到膏狀物；其中所述金屬粉末與POM、PE、PP以及抗氧化劑的用量以質量百分數計分別為：
POM 3%；
PE 4%；
PP 4%；
抗氧化劑 0.1%；
金屬粉末余量；
3）喂料造粒：將步驟2）得到的膏狀物經過擠出機擠出造粒，得到顆粒原料；
4）設計模具：設計用于制作帶連接孔的金屬件的模具和用于制作與連接孔相匹配的連接件的模具
5）注射金屬件：將步驟3）得到的顆粒原料用注射機注射至步驟4）的模具中，得到帶有連接孔的金屬件半成品；
6）注射連接件：將步驟3）得到的顆粒原料用注射機注射至步驟4）的模具中，得到與步驟5）所述連接孔相匹配的連接件；
7）脫脂：將上述步驟5）得到的件金屬件半成品和步驟6）得到的連接件放進脫脂爐中脫除POM；脫脂過程中催化氣體為HNO3，HNO3氣體通入脫脂乳中的速率為0.01mL/min，脫脂爐的溫度設置為110℃，脫脂時間為4小時；
8）拼接：將脫脂后所得到的兩個以上的金屬件通過連接件接形成完整的大件金屬件半成品；
9）燒結：經過步驟7）所得到的大件金屬件半成品轉入到真空爐中，在1200℃溫度下燒結，得到成品。
在該實施例中，脫脂率為86.7%。
實施例2
一種大件金屬件的注射成型方法，該方法包括以下步驟：
1）原材料前處理：將購買的鐵合金末烘干去濕；
2）原材料包覆：經過步驟1）處理后的金屬粉末與POM、PE、PP以及抗氧化劑加入到180℃的混煉機中進行密煉2小時，完全混合均勻后得到膏狀物；其中所述金屬粉末與POM、PE、PP以及抗氧化劑的用量以質量百分數計分別為：
POM 6%；
PE 6%；
PP 4%；
抗氧化劑 0.6%；
金屬粉末余量；
3）喂料造粒：將步驟2）得到的膏狀物經過擠出機擠出造粒，得到顆粒原料；
4）設計模具：設計用于制作帶連接孔的金屬件的模具和用于制作與連接孔相匹配的連接件的模具
5）注射金屬件：將步驟3）得到的顆粒原料用注射機注射至步驟4）的模具中，得到帶有連接孔的金屬件半成品；
6）注射連接件：將步驟3）得到的顆粒原料用注射機注射至步驟4）的模具中，得到與步驟5）所述連接孔相匹配的連接件；
7）脫脂：將上述步驟5、6）得到的件金屬件半成品放進脫脂爐中脫除POM；脫脂過程中催化氣體為HNO3，HNO3氣體通入脫脂乳中的速率為0.01mL/min，脫脂爐的溫度設置為120℃，脫脂時間為10小時；
8）拼接：將脫脂后所得到的兩個以上的金屬件通過連接件接形成完整的大件金屬件半成品；
9）燒結：經過步驟8）所得到的大件金屬件半成品轉入到真空爐中，在1250℃溫度下燒結，得到成品。
在該實施例中，脫脂率為87.4%。
實施例3
一種大件金屬件的注射成型方法，該方法包括以下步驟：
1）原材料前處理：將購買的不銹鋼粉末烘干去濕；
2）原材料包覆：經過步驟1）處理后的金屬粉末與POM、PE、PP以及抗氧化劑加入到200℃的混煉機中進行密煉1.5小時，完全混合均勻后得到膏狀物；其中所述金屬粉末與POM、PE、PP以及抗氧化劑的用量以質量百分數計分別為：
POM 8%；
PE 4%；
PP 2%；
抗氧化劑0.8%；
金屬粉末余量；
3）喂料造粒：將步驟2）得到的膏狀物經過擠出機擠出造粒，得到顆粒原料；
4）設計模具：設計用于制作帶連接孔的金屬件的模具和用于制作與連接孔相匹配的連接件的模具
5）注射金屬件：將步驟3）得到的顆粒原料用注射機注射至步驟4）的模具中，得到帶有連接孔的金屬件半成品；
6）注射連接件：將步驟3）得到的顆粒原料用注射機注射至步驟4）的模具中，得到與步驟5）所述連接孔相匹配的連接件；
7）脫脂：將上述步驟5、6）得到的件金屬件半成品放進脫脂爐中脫除POM；將上述大件金屬件半成品放進脫脂爐中脫除POM；脫脂過程中催化氣體為HNO3，HNO3氣體通入脫脂乳中的速率為0.01mL/min，脫脂爐的溫度設置為125℃，脫脂時間為11小時；
8）拼接：將脫脂后所得到的兩個以上的金屬件通過連接件接形成完整的大件金屬件半成品；
9）燒結：經過步驟8）所得到的大件金屬件半成品轉入到真空爐中，在1300℃溫度下燒結，得到成品。
在該實施例中，脫脂率為88.3%。
實施例4
一種大件金屬件的注射成型方法，該方法包括以下步驟：
1）原材料前處理：將購買的鈦合金粉末烘干去濕；
2）原材料包覆：經過步驟1）處理后的金屬粉末與POM、PE、PP以及抗氧化劑加入到180℃的混煉機中進行密煉2小時，完全混合均勻后得到膏狀物；其中所述金屬粉末與POM、PE、PP以及抗氧化劑的用量以質量百分數計分別為：
POM 10%；
PE 5%；
PP 3%；
抗氧化劑 1%；
金屬粉末余量；
3）喂料造粒：將步驟2）得到的膏狀物經過擠出機擠出造粒，得到顆粒原料；
4）設計模具：設計用于制作帶連接孔的金屬件的模具和用于制作與連接孔相匹配的連接件的模具
5）注射金屬件：將步驟3）得到的顆粒原料用注射機注射至步驟4）的模具中，得到帶有連接孔的金屬件半成品；
6）注射連接件：將步驟3）得到的顆粒原料用注射機注射至步驟4）的模具中，得到與步驟5）所述連接孔相匹配的連接件；
7）脫脂：將上述步驟5、6）得到的件金屬件半成品放進脫脂爐中脫除POM；脫脂過程中催化氣體為HNO3，HNO3氣體通入脫脂乳中的速率為0.01mL/min，脫脂爐的溫度設置為130℃，脫脂時間為4—12小時；
8）拼接：將脫脂后所得到的兩個以上的金屬件通過連接件接形成完整的大件金屬件半成品；
9）燒結：經過步驟8）所得到的大件金屬件半成品轉入到真空爐中，在1400℃溫度下燒結，得到成品。
在該實施例中，脫脂率為88.9%。
上述實施方式僅為本發明的優選實施方式，不能以此來限定本發明保護的范圍，本領域的技術人員在本發明的基礎上所做的任何非實質性的變化及替換均屬于本發明所要求保護的范圍。