金属射出与反压系统及其方法与流程

本发明涉及一种金属射出与反压系统及其方法，其利用反压气体影响金属射料，从而使金属粉末能够均匀分布，进而提高拉伸强度，以及改善烧结后收缩不均的系统与方法。

背景技术：

金属射出成型是一种结合塑料射出成型、高分子聚合物与金属粉末的技术。该技术将金属粉末与结合剂经过混合、混炼、加热及造粒等过程制成射出成型原料，再通过高精密特制模具(射出机)成型为生胚，并经脱腊脂或烧结，或自动化快速制造高密度、高精度且形状复杂的金属零件。该技术具有减少传统金属加工的程序与成本的优点。最后依照产品功能及规格需求，必要时进行第二加工程序，例如热处理、表面处理等。

虽然金属射出成型属于精密加工技术的一种，但目前所有射出成型的成品可能遭遇的问题亦可见于金属射出成型，如收缩率与翘曲变形量不理想。故如何克服金属射出成型可能遭遇的问题，就有可以讨论的空间。

技术实现要素：

有鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种金属射出与反压系统及其方法，其于金属射出成型时加入反压气体，以使金属射料于推进时较为紧实，进而提高拉伸强度，并提高金属射出成型时金属粉末于射料中的均匀性，当金属粉末均匀分布时，其可改善烧结 后收缩不均的现象。

为了达到上述目的，本发明提供了一种金属射出与反压系统，其包含：

一颗粒提供总成；以及

一成型单元，其具有一熔融模块、一反压模块与一模具模块；

其中，该颗粒提供总成提供颗粒给该熔融模块，该颗粒具有金属粉末与结合剂，该熔融模块使该颗粒形成为熔融流体，该熔融流体提供给该模具模块，该反压模块提供一具有预定压力的反压气体给该模具模块，该熔融流体于该模具模块凝固为一生胚。

本发明还提供了一种金属射出与反压方法，其包含以下步骤：

提供颗粒；以及

生胚成型，颗粒提供给一熔融模块，以使该颗粒形成为熔融流体，该熔融液体注入一模具模块，一反压模块提供一具有预定压力的反压气体给该模具模块，该熔融流体凝固为一生胚。

综合上述，本发明提供的金属射出与反压系统及其方法，其于金属射出成型的过程中增加一具有预定压力的反压气体，从而使生胚的密度提升。因受到反压气体的压力影响，金属射料于推进时较为紧实，进而提高拉伸强度，故通过反压气体能够提高金属射出成型时金属粉末于射料中的均匀性，当金属粉末均匀分布时，其可改善烧结后收缩不均。

附图说明

图1为本发明提供的金属射出与反压系统的示意图；

图2为一高温气体模块与一模具模块的示意图；

图3为本发明提供的金属射出与反压方法的流程图；

图4为一生胚密度比较图；

图5为一经脱脂后的生胚密度比较图；

图6为一经脱脂后的生胚经烧结后的密度比较图。

附图标记说明：10-混合单元；11-混炼单元；12-粉碎单元；13-造粒单元；14-成型单元；140-熔融模块；1400-供料喷嘴；141-反压模块；1410-反压气体源；1411-压缩机；1412-高压气体控制阀；1413-第一分流阀；1414-气体温度传感器；1415-控制器；142-模具模块；1420-第一半模；1421-第二半模；1422-模穴；1423-射料道；1424-模穴传感器；1425-模穴温度传感器；1426-气道；1427-模温机；143-高温气体单元；1430-空气压缩机；1431-空气干燥器；1432-流量计；1433-第二分流阀；1434-加热器；144-控制阀；15-脱脂单元；16-烧结单元；17-颗粒提供总成；s1-s3-步骤；a-i-曲线。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书公开的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。

如图1所示，本发明公开了一种金属射出与反压系统，其包含一混合单元10、一混炼单元11、一粉碎单元12、一造粒单元13、一成型单元14、一脱脂单元15与一烧结单元16。

混合单元10将金属粉末与结合剂予以混合，以形成混合粉末。结合剂为石蜡与高分子材料的组合或高分子材料。高分子材料可以为聚丙烯。金属粉末的比例为50％～70％，较佳为55％、60％、65％或70％。若结合剂为石蜡与高分子材料的组合，高分子材料的比例为19％～29％，较佳为20％、22％、24％、26％或28％，石蜡的比例为11％～21％，较佳为12％、14％、16％或18％。于本实施例 中，金属粉末与结合剂的比例仅供说明，在实际操作时，其会依产品种类或状况调整比例，故不将结合剂与金属粉末的比例限制于本案，特先陈明。

混炼单元11接收混合粉末并将混合粉末以高温搅拌，以使结合剂能够均匀地分布于金属粉末的表面，以形成混炼粉末。

粉碎单元12接收混炼粉末并将混炼粉末于以粉碎，以形成粉末。

造粒单元13接收粉末，以使粉末形成为颗粒。造粒单元13、粉碎单元12、混炼单元11与混合单元10可以视为一颗粒提供总成17。

成型单元14具有一熔融模块140、一反压模块141、一模具模块142与一高温气体模块143。熔融模块140接收颗粒，以使颗粒形成为熔融流体。熔融流体提供给模具模块142。反压模块141提供一反压气体给模具模块142，熔融流体于模具模块142凝固为一生胚(greenpart)。

如图2所示，若更进一步论述，熔融模块140具有一供料喷嘴1400。

模具模块142具有一第一半模1420、一第二半模1421与一模温机1427。

第一半模1420具有一模穴1422、至少一模穴温度传感器1425、至少一模穴压力传感器1424与一气道1426。模穴温度传感器1425与模穴压力传感器1424设于第一半模1420的内部并相邻于模穴1422。气道1426与模穴1422相通。

第二半模1421具有一射料道1423、至少一模穴压力传感器1424 与至少一模穴温度传感器1425。当第一半模1421与第二半模1421闭合时候，设料道1423与模穴1422相通。供料喷嘴1400延伸至射料道1423，以将熔融流体注入模穴1422中。

模穴压力传感器1424感测模穴1422的压力的变化，以进一步控制反压气体的注入时机。

模穴温度传感器1425连接模温机1427，模穴温度传感器1425感测模穴1422的温度变化，以进一步控制高温气体的注入时间。

反压模块141具有一反压气体源1410、一压缩机1411、一高压气体控制阀1412、一气体温度传感器1414、一控制器1415与一第一分流阀1413。反压气体源1410通过管线耦接压缩机1411，以使压缩机1411能够加压来自反压气体源1410的气体。压缩机1411通过管线耦接高压气体控制阀1412。高压气体控制阀1412通过管线耦接气体温度传感器1414与第一分流阀1413。高压气体控制阀1412与气体温度传感器1414连接控制器1415。控制器1415接收气体温度传感器1414感测的气体温度以及控制控制阀1412的开度。

高温气体模块143具有一空气压缩机1430、一空气干燥器1431、一流量计1432、一第二分流阀1433与一加热器1434。

空气压缩机1430通过管线耦接空气干燥器1431，以使空气干燥器1431能够干燥来自空气压缩机1430所压缩的空气。流量计1432通过管线耦接空气干燥器1431，以使流量计1432能够计量来自空气干燥器1431的空气量。流量计1432与第一分流阀1413通过管线耦接第二分流阀1433。第二分流阀1433通过管线耦接加热器1434。

第一分流阀1413与加热器1434通过管线耦接控制阀144。控制阀144通过管线耦接气道1426。

如上所述，当模具模块142合模后，第一分流阀1413使来自控制阀141的高压气体进入第二分流阀1433，从而来自流量计1432的气体流入第二分流阀1433。高压气体与气体混合并流入加热器1434，以形成一高温高压气体。高温高压气体流入控制阀144，再经由控制阀144的控制，以经由气道1426流入模穴1422中，以加热模穴1422。

或者来自流量计1432的气体流入第二分流阀1433并被加热器1434加热，再通过控制阀144的控制，以经由气道1426流入模穴1422中，以加热模穴1422。

当模穴1422中具有熔融流体，来自第一分流阀1413的高压气体流入控制阀144并被控制阀144控制，以经由气道1426流入模穴1422中，该高压气体为反压气体。该高压气体的压力为1～300bar，可依据实际状况选择压力值，而非被本案所限制。

脱脂单元15接收生胚，并以一预定温度对生胚进行脱脂。

烧结单元16接收经脱脂的生胚并以一预定温度对生胚进行烧结，经烧结的生胚形成为一成品。

如图3与图1所示，本发明还公开了一种金属射出与反压方法，包含以下步骤：

s1，提供颗粒，将一预定比例的金属粉末与结合剂，以一混合单元10予以混合，从而形成混合粉末。混合粉末提供给一混炼单元11并以一预定混炼温度进行混炼，以使混合粉末形成为混炼粉末，该预定混炼温度为180℃～220℃，较佳为190℃、195℃或200℃。混炼粉末提供给粉碎单元12，以将混炼粉末粉碎为粉末。粉末提供给造粒单元13，以使粉末形成为颗粒。或者一颗粒提供总成17进行上述混合、混炼、粉碎与造粒作，从而使金属粉末与结合剂形成 为颗粒。

s2，生胚成型。颗粒提供给熔融模块140，以使颗粒形成为熔融流体。熔融液体注入模具模块142，反压模块141提供一具有预定压力的反压气体给模具模块142。熔融流体凝固为一生胚。该预定压力为45bar至200bar。

s3，进行生胚脱脂与烧结。生胚提供给一脱脂单元15并以第一预定温度进行脱脂，该第一预定温度为40～60℃，较佳为45℃、50℃或55℃。

若结合剂为高分子材料与石蜡，则脱脂步骤分为冷脱脂步骤与热脱脂步骤。首先进行冷脱脂步骤，先将生胚进入一溶剂中，以使石蜡脱离生胚。再进行日热脱脂步骤，将生胚以第一预定温度进行脱脂，使高分子材料脱离生胚。

若结合剂为高分子材料，则进行一酸性气体脱脂，酸性气体使高分子材料脱离生胚。

经脱脂的生胚提供给一烧结单元16，烧结单元16以第二预定温度对生胚进行烧结，从而使生胚烧结为一成品，该第二预定温度为1250℃～1500℃，较佳为1300℃、1350℃、1380℃、1400℃或1450℃。

如上所述，本发明以一金属拉伸试片进行说明，该金属拉伸试片的生胚的尺寸为110.05㎜×23.05㎜×4㎜狗骨头型式片。经烧结后收缩率为15％。

如图4所示为一生胚密度比较图。曲线a表示熔融流体于模具模块142时，反压模块141未提供反压气体，生胚于近浇、中间与远浇三个区域的密度分布。曲线b表示熔融流体于模具模块142时， 反压模块141提供一压力为50bar的反压气体。曲线c表示熔融流体于模具模块142凝固成型时，反压模块141提供一压力为100bar的反压气体。

如图4所示，当反压气体的压力较大时，生胚的密度就越大，反之，若无反压气体提供时，生胚的密度就越小。

如图5所示，其为一经脱脂后的生胚密度比较图。曲线d表示上述曲线a的生胚于脱脂后的密度分布。曲线e表示上述曲线b的生胚于脱脂后的密度分布。曲线f表示上述曲线c的生胚于脱脂后的密度分布。

如图5所示，当反压气体的压力较大时，经脱脂的生胚的密度就越大，反之，若无反压气体提供时，经脱脂的生胚的密度就越小。

如图6所示，其为一经脱脂后的生胚经烧结后的密度比较图。曲线g表示上述曲线d的生胚于烧结后的密度比较图。曲线h表示上述曲线e的生胚于烧结后的密度比较图。曲线i表示上述曲线f的生胚于烧结后的密度比较图。

如图6所示，当反压气体的压力较大时，经烧结的生胚的密度就越大，反之，若无反压气体提供时，经烧结的生胚的密度就越小。

综合上述，本发明提供的金属射出与反压系统及其方法，其于金属射出成型的过程中增加一具有预定压力的反压气体，从而使生胚的密度提升。因金属粉末与结合剂在反压气体的影响下，金属粉末与结合剂所可能产生的粉胶分离的几率大大降低，主要原因在于浇口附近的剪应力降低的缘故，导致结合剂的黏度不会突然骤降，所以降低收缩不均匀所造成的凹陷或变形的缺陷。并且受到反压气体的压力影响，金属射料于推进时较为紧实，进而提高拉伸强度，故通过反压气体可提高金属射出成型时金属粉末于射料中的均匀 性，当金属粉末均匀分布时，其可改善烧结后收缩不均。

以上所述具体实施例仅用于例释本发明的特点及功效，而非用于限定本发明的可实施范畴，于未脱离本发明上揭的精神与技术范畴下，任何运用本发明所揭示内容而完成的等效改变及修饰，均仍应为本案权利要求范围所涵盖。