金属注射成形烧结后压制二次成型装置的制作方法

本方案涉及金属粉末注塑成型技术领域，具体涉及一种金属注射成形烧结后压制二次成型装置。

背景技术：

金属注射成形，(简称mim)是一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术，其基本工艺过程为:首先是选择符合mim要求的金属粉末和粘结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和粘结剂混合成均匀的注射成形喂料，经制粒后在注射成形机上注射成形，获得的成形坯经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品。金属注射成形技术在制备具有复杂几何形状、均匀组织结构和高性能的高精度近净形产品方面具有独特的优势。凡可以制成粉末的任何金属或合金均可用此方法制造零件。此外，该技术可以完全实现自动化连续作业，生产效率高。

不过目前金属注射成型工艺生产的产品公差范围为千分之三。针对大尺寸（30mm-300mm）的产品，尺寸精度不能够保证。比如长度100mm的产品，尺寸误差为0.3mm。如：100(范例长度)×0.3%（公差比例）=0.3（0.3为公差带，单位mm）。对于产品常规±0.05mm的公差不能保证。所以金属注射成型工艺不具备较大尺寸零件精密制造的可行性。

技术实现要素：

本方案的目的在于针对粉末注射成型现有技术的缺陷和不足，特别是较大的产品，产品烧结成型后尺寸波动大。针对这样的情况，提供一种金属注射成形烧结后压制二次成型装置。

为达到上述目的，本方案采用的技术方案是：一种金属注射成形烧结后压制二次成型装置，它包括上模块和下模块，下模块包括下模固定板，在下模固定板上固定设置有下模垫板，其特征是在下模垫板的顶面上设有盲孔，浮针弹簧放置在盲孔内，在下模垫板上还设置有下模镶件固定块，在下模镶件固定块上设有圆形台阶孔用以定位浮针；浮针为圆柱状,包括头部,中部和尾部，头部直径小于中部直径，中部直径小于尾部直径，浮针插在下模镶件固定块的圆形台阶孔里，浮针的尾部插入到下模垫板盲孔中压在浮针弹簧上。

浮针的头部直径与中部直径相差0.2mm-0.47mm。

上模块包括上模固定板，在上模固定板的底部固定设置有镶件压板，上模压齿成型镶件和上模垫板，在上模垫板底面设置有上模镶件固定块，在上模镶件固定块上与浮针的位置对应设有方形台阶孔，上模镶件固定块上通过方形台阶孔装配撞针，撞针包括头部和杆部，头部为四棱柱状且大于杆部的径向尺寸。

上模镶件固定块上设置有容纳上模压齿成型镶件的方形通孔，上模镶件固定块套装在上模压齿成型镶件上。上模垫板上设置有方形台阶孔套装在镶件压板和上模压齿成型镶件上限制镶件压板和上模压齿成型镶件垂向和周向自由度，上模镶件固定块方形通孔位置度要求在0.01mm，孔大小公差控制在±0.005mm，以此保证工装使用精度。

上模镶件固定块方形台阶孔位置度要求在0.01mm，孔大小公差要求在±0.005mm。

在下模垫板上还设置有下模定位镶件和下模镶件固定板，下模镶件固定板上设有方形台阶孔装配下模镶件固定块。在下模镶件固定块上设有方孔定位下模定位镶件，下模镶件固定块上方孔和圆形台阶孔位置度要求在0.01mm，孔大小公差控制在±0.005mm，下模定位镶件和浮针装配在孔内，以此保证产品放入工装定位的准确性。

下模镶件固定板锁模螺丝穿过下模镶件固定板，下模垫板上的螺丝过孔，把下模镶件固定板和下模垫板固定在下模固定板上。

在上模垫板上设有圆形台阶孔安装工装导杆，上模垫板圆形台阶孔是上模固定板加工的定位基准。

下模镶件固定板上设有圆形台阶孔作为下模镶件固定板加工的定位基准安装工装导套，所以上模块工装导杆和工装导套相对精度非常高。工装导杆与工装导套相配合上下运动。

上模块工装导杆和工装导套做配合上下运动。由于上模块工装导杆和工装导套配合间隙0.01mm，小于模架导套和模架导杆配合间隙0.05mm。所以上模块工装导杆和工装导套相互配合作为上模块和下模块的最终精密定位。

在上模镶件固定板上设置有圆形台阶孔，位置度要求在0.01mm，孔大小公差要求在±0.005mm。上模镶件固定块上固定设置在上模镶件固定板圆形台阶孔中。

在上模镶件固定板底面设置有工装导杆。在上模固定板上位于上模垫板的两侧还设置有模架导套，上模固定板和模架导套相互紧密配合固定。与下模固定板相互紧密配合固定的模架导杆，在模架导杆上套装圆线弹簧。模架导套和模架导杆配合间隙0.05mm。

上模镶件固定板锁模螺丝，上模镶件固定板锁模螺丝通过上模垫板，上模镶件固定板上的螺丝过孔，把上模垫板和上模镶件固定板固定在上模固定板上。上模压齿成型镶件工作过程中需要承受很大的力，所以在底部设有镶件压板，增大受力面积。确保上模固定板不会受力变形。

上模压齿成型镶件，材料硬度可选择在hrc40--hrc95之间。

冲压设备工作台面上有一个与定位环能够相互配合的圆孔。定位环通过定位环固定螺丝固定在上模固定板顶部，通过定位环完成整套工装与冲压设备工作台的粗定位（定位精度±0.1mm以内）,确保工装在冲压设备上安装的有效性。

本方案金属注射成形烧结后压制二次成型装置的有益效果是：部分尺寸较大的产品，由于粉末烧结工艺不稳定，无法使用粉末成型工艺批量量产。使用本方案，通过廉价的冲压工艺实现了二次成形，解决了大尺寸（30mm-300mm）粉末成形类产品，烧结后尺寸波动大无法满足装配需求的技术难题。大大提高了产品生产的产能，降低了产品成本。下模镶件固定块与零件形状和大小与产品外形完全贴合，可以对压制工作中的产品起到二次整形和稳定的作用。确保在压齿的过程中，不会因为受力不均匀导致产品变形。上模镶件固定块，特征形状与产品完全贴合，可以完成与产品的精密定位与固定。下模镶件固定块中设置有下模定位镶件，在下模垫板上设有浮针弹簧。通过下模定位镶件，浮针弹簧，合模前对放置在工装里的产品进行准确定位。为确保定位精度，所有单个零件的加工精度做到0.005mm以内，装配后零件的整体位置精度做到0.01mm以内。以此确保批量生产的稳定良率。在上模块设有上模压齿成型镶件，上模压齿成型镶件上设有与产品二次成型相符的尺寸特征，零件精度±0.005mm。在大吨位（100吨--1000吨）的压力下，通过上模压齿成型镶件与产品压合，下模定位镶件对产品从底部承托固定。把上模压齿成型镶件的形状特征压制成型在产品上。完成产品形状特征的二次成型。结构简单，成型过程方便，通过先烧结再二次成型的方式，能够有效解决粉末注射成型烧结尺寸波动大的缺陷，能够保证制件高精度的尺寸要求，保证制件达到使用要求。精度可达到±0.05mm以内。使金属注射成形工艺制作大尺寸产品具备可行性。

附图说明

图1是本方案基本结构示意图。图2是图1中的a-a视图。图3是本方案上模块示意图。图4是图3中的b-b视图。图5是本方案下模块结构示意图。图6是图5中c-c视图。图7是图2中d部放大图。图8是13-上模压齿成型镶件正视图。图9是图8的3d视图。图10是产品的正视图。图11是图10的e-e视图。图12是图10的俯视图。图13是图10的3d视图。图14是图3的3d图。图15是图5的3d图。图16是图7开模状态浮针与产品配合关系图。图17是图7合模状态浮针与产品配合关系图。

图中：1-定位环；2-定位环固定螺丝；3-模架导杆；4-模架导套；5-上模固定板；6-上模垫板；7-撞针；8-上模镶件固定板；9-下模镶件固定板；10-下模垫板；11-下模固定板；12-镶件压板；13-上模压齿成型镶件；14-上模镶件固定块；15-下模镶件固定块；16-圆线弹簧；17-下模定位镶件；18-浮针弹簧；19-浮针；20-工装导杆；21-上模镶件固定板锁模螺丝；23-下模镶件固定板锁模螺丝；24-工装导套；25-产品压制成型面；26-产品浮针定位孔。

具体实施方式

如图1至图6所示，一种金属注射成形烧结后压制二次成型装置，它包括上模块（图3、图4）和下模块（图5、图6）。

如图3、图4、图14所示，上模块包括上模固定板5，在上模固定板5的底部固定设置有镶件压板12，上模压齿成型镶件13和上模垫板6，在上模垫板6底面设置有上模镶件固定块14，在上模镶件固定块14上与浮针的位置对应设有方形台阶孔，上模镶件固定块14上通过方形台阶孔装配撞针7，撞针7包括头部和杆部，头部为四棱柱状且大于杆部的径向尺寸。上模镶件固定块14压住撞针7，撞针7不随工装运动进行活动，材料使用的是高硬度耐磨材料，延长工装使用寿命。

如图3所示，上模镶件固定块14上设置有容纳上模压齿成型镶件13的方形通孔，上模镶件固定块14套装在上模压齿成型镶件13上。上模垫板6上设置有方形台阶孔套装在镶件压板12和上模压齿成型镶件13上限制镶件压板12和上模压齿成型镶件13垂向和周向自由度，上模镶件固定块14方形通孔位置度要求在0.01mm，孔大小公差控制在±0.005mm，以此保证工装使用精度。

上模镶件固定块14方形台阶孔位置度要求在0.01mm，孔大小公差要求在±0.005mm。上模镶件固定块14，特征形状与产品完全贴合，可以完成与产品的精密定位与固定。

如图5、图6、图15所示，下模块包括下模固定板11，在下模固定板11上固定设置有下模垫板10，在下模垫板10的顶面上设有盲孔，浮针弹簧18放置在盲孔内，在下模垫板10上还设置有下模镶件固定块15，在下模镶件固定块15上设有圆形台阶孔用以定位浮针19；浮针19为圆柱状,包括头部,中部和尾部，头部直径小于中部直径，中部直径小于尾部直径，浮针19插在下模镶件固定块15的圆形台阶孔里，浮针19的尾部插入到下模垫板10盲孔中压在浮针弹簧18上。

如图7所示，浮针19的头部直径2mm，浮针19的中部直径2.47mm，浮针的头部直径与中部直径相差0.47mm，单边间隙值为0.235mm。经验证：单边间隙值为0.05mm的时候，受产品尺寸波动影响，100件产品会出现3件产品浮针定位孔26拉伤的情况。单边间隙值为0.1mm的时候，验证100件产品全部合格。为了彻底消除产品浮针定位孔26拉伤情况发生，同时又能够保证撞针7与浮针19相互作用时浮针19的强度。浮针19的头部直径采用了2mm数据。通过上述验证，浮针19头部与中部相差值范围为：0.2mm-0.47mm。上限0.47mm的数值在牺牲浮针19零件强度的情况下可以继续加大1mm，加大后浮针19头部与中部相差极限范围：0.2mm-1.47mm。

如图16、图17所示，图16产品浮针定位孔26与浮针19的中部定位，工装压制过程中，撞针7先接触浮针19，浮针19下方是浮针弹簧18，浮针弹簧18受浮针19向下的力被压缩。浮针19沿下模镶件固定块15上的台阶圆孔垂直方向向下移动，直至上模块和下模块闭合到位后动作停止。此时，如图17所示，产品浮针定位孔26处于浮针19头部位置。

如图15所示，在下模垫板10上还设置有下模定位镶件17和下模镶件固定板9，下模镶件固定板9上设有方形台阶孔装配下模镶件固定块15。在下模镶件固定块15上设有方孔定位下模定位镶件17，下模镶件固定块15上方孔和圆形台阶孔位置度要求在0.01mm，孔大小公差控制在±0.005mm，下模定位镶件17和浮针19装配在孔内，以此保证产品放入工装定位的准确性。下模镶件固定块15与零件形状和大小与产品外形完全贴合，可以对压制工作中的产品起到二次整形和稳定的作用。确保在压齿的过程中，不会因为受力不均匀导致产品变形。

下模镶件固定块15中设置有下模定位镶件17，在下模垫板10上设有浮针弹簧18。通过下模定位镶件17，浮针弹簧18，合模前对放置在工装里的产品进行准确定位。为确保定位精度，所有单个零件的加工精度做到0.005mm以内，装配后零件的整体位置精度做到0.01mm以内。以此确保批量生产的稳定良率。

下模镶件固定板锁模螺丝23穿过下模镶件固定板9，下模垫板10上的螺丝过孔，把下模镶件固定板9和下模垫板10固定在下模固定板11上。

如图6所示，在上模垫板6上设有圆形台阶孔安装工装导杆20，上模垫板6圆形台阶孔是上模固定板5加工的定位基准。

下模镶件固定板9上设有圆形台阶孔作为下模镶件固定板9加工的定位基准安装工装导套24，所以上模块工装导杆20和工装导套24相对精度非常高。工装导杆20与工装导套24相配合上下运动。

上模块工装导杆20和工装导套24做配合上下运动。由于上模块工装导杆20和工装导套24配合间隙0.01mm，小于模架导套4和模架导杆3配合间隙0.05mm。所以上模块工装导杆20和工装导套24相互配合作为上模块和下模块的最终精密定位。

在上模镶件固定板8上设置有圆形台阶孔，位置度要求在0.01mm，孔大小公差要求在±0.005mm。上模镶件固定块14上固定设置在上模镶件固定板8圆形台阶孔中。

在上模固定板5上位于上模垫板6的两侧还设置有模架导套4，上模固定板5和模架导套4相互紧密配合固定。与下模固定板11相互紧密配合固定的模架导杆3，在模架导杆3上套装圆线弹簧16。模架导套4和模架导杆3配合间隙0.05mm。

上模镶件固定板锁模螺丝21，上模镶件固定板锁模螺丝21通过上模垫板6，上模镶件固定板8上的螺丝过孔，把上模垫板6和上模镶件固定板8固定在上模固定板5上。上模压齿成型镶件13工作过程中需要承受很大的力，所以在底部设有镶件压板12，增大受力面积。确保上模固定板5不会受力变形。

上模压齿成型镶件13，材料硬度可选择在hrc40--hrc95之间。

冲压设备工作台面上有一个与定位环1能够相互配合的圆孔。定位环1通过定位环固定螺丝2固定在上模固定板5顶部，通过定位环1完成整套工装与冲压设备工作台的粗定位（定位精度±0.1mm以内）,确保工装在冲压设备上安装的有效性。

浮针19（详见图6）为圆柱状,包括头部,中部和尾部，头部直径小于中部直径，中部直径小于尾部直径，头部直径与中部直径相差0.47mm，浮针19插在下模镶件固定块15的圆形台阶孔里，浮针19的尾部插入到下模垫板10盲孔中压在浮针弹簧18上，浮针19与整套工装的位置度控制在0.01mm。在放入产品的过程中，通过浮针∅2.47mm的尺寸固定产品，确保产品在工装里的位置尺寸不会发生偏移。

浮针19在下模镶件固定块15上有挂台，对浮针19高度进行了约束。底部设置有弹簧和圆孔避让位置，浮针19高度也通过设计和±0.02mm精密加工。工作过程中，在上模块的下压和上升往复运动中，弹簧的收缩和复位过程中，实现了浮针19上下运动工作。

在大吨位（100吨--1000吨）冲压机的工作中，上模块和下模块未合模的浮针19与产品27的配合效果（详见图16），上模块中的撞针7首先会接触浮针19，使浮针19向下移动（详见图17），使产品27定位孔与浮针19接触的位置从原先定位的大圆变为浮针19头部的台阶小圆。这时浮针19台阶小圆与产品27的圆孔存在一定的避让间隙。

浮针19的功能作用是：上模压齿成型镶件13，零件特征表面如同锯齿状（详见图8，图9），整套工装的作用是把上模压齿成型镶件13的锯齿特征通过很高的压力，印在产品上。在上模压齿成型镶件13与产品接触到压制完成的过程中，产品被上模压齿成型镶件13表面的锯齿特征压凹（详见图10，图11），产品的表面压凹后，产品多余的铁会向四周延伸。产品的定位孔会被延伸外张的铁造成产品孔二次偏移（详见图13,产品浮针定位孔26），如果使用普通不活动的定位针，图13中的产品浮针定位孔26就会出现产品二次偏移定位孔被定位针干涉导致产品拉伤的现象。浮针19通过结构的变化让出产品膨胀间隙，避免了产品拉伤不良情况的发生。

浮针19的结构可以解决冲压类模具、工装普遍出现的因压制过程中金属产品水平方向四周膨胀延伸，产品变形定位孔偏移，导致与原定位针位置相互干涉造成产品拉伤不合格现象。在本方案前的解决方案是定位针固定，加大产品与定位针的间隙的方法，产品定位孔与工装定位针的间隙值设计范围0.1mm-0.2mm。这样的后果就是产品在工装里的定位精度不高，只能满足公差±0.5mm以内的产品。而使用本方案结构，产品定位精度可以控制在0.05mm以内，可以满足产品制造精度±0.1mm的要求。

以上所述仅为本方案的实施例，并非因此限制本方案的专利范围，凡是利用本方案说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本方案的专利保护范围内。。