金属粉末注射成型技术在轻武器上的应用研究

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  前言
  
  金属粉末注射成型(MIM)技术是一门集塑料成型工艺学、粉末冶金工艺学和金属材料学等学科于一身的新兴制造技术,是将金属粉末通过注射成型,从而得到精度高、形状复杂的构件的工艺过程。
  MIM技术是由美国加州一家公司于1973年发明的,80 年代初欧洲许多国家以及日本也都花费很大精力投入此项研究,并迅速得到推广。特别是80年代中期,MIM技术实现了产业化,发展更为突飞猛进。到目前为止,全球已有百余家公司从事该项技术的产品开发、研制与销售工作,MIM技术也因此成为新型制造领域最为活跃的前沿技术,被誉为“当今国际上最热门的零部件成型技术”。国外的轻武器零件中,大量采用了MIM技术,如新制造的柯尔特M1911手枪上的扳机、保险、照门等零部件。由于该技术可加工出形状复杂、结构奇特、体积小、精度高的零件,因此在兵器制造行业中有着非常广阔的前景。
  
  1 MIM技术在我国兵器行业的实际应用
  
  我国20世纪80年代中期开始研究开发粉末注射成型技术,最早应用在航天航空、机械电子等行业,兵器行业的研究开发起步较晚。
  2000年3月开始,重庆长风机器厂与五三所、金珠公司、中南大学和英捷公司一起联合对92式9mm手枪5个形状复杂的零件(保险、击锤簧座、枪管套、照门、扳机)采用MIM 技术制造进行技术攻关。2001年11月其小批量产品正式通过了国家靶场的综合寿命试验、环境试验、互换性试验和安全性试验,试验证明用MIM技术制造的零部件综合性能可满足国军标要求,适用于兵器行业。
  另外,“九五”期间,我国在箭弹技术研究过程中,运用MIM技术制造箭体与尾翼,并通过烧结工艺使箭体与尾翼结合在一起,提高了箭弹的尺寸一致性、对称性及强度。在箭弹长度尺寸较原来减小的情况下,质量却没有减少,使箭弹的质心前移,从而增加了箭弹的稳定性,增强了箭弹的抗干扰能力。
  
  2 工艺过程、难点及注意事项
  
  2.1 工艺过程
  该工艺的基本过程是:将金属粉末与高分子粘结剂充分混合,并加入润滑剂,在一定的温度下混炼成均匀的粘塑性流体,并制成粒料,再通过注射机将粒料注射成具有零件形状的坯件,经脱脂处理脱除坯件中粘结剂,然后进行烧结使坯件内部高度致密,制成各种形状复杂的零部件。对于尺寸要求较高的零部件,还需进行必要的机械加工。
  2.2 粉末原材料的选择
  MIM技术首先考虑的是材料成分的选择,考虑到枪械零件的受力状况和金属注射成型材料性能的特点,确定一般受力件采用铁镍合金即可,受疲劳应变及冲击应力大的零件(如保险),可用以羰(音t ng)基铁等为原料的马氏体时效钢,跌落试验证明效果很好。
  2.3 模具设计及尺寸控制
  枪械零件尺寸精度比较高,一般都要求在0.01~0. 05mm左右,合理确定零件收缩率与模具型腔尺寸很关键,这些都需要在实践中不断探索积累。
  2.4 混料
  9mm手枪的保险采用了“干混+湿混+挤出”工艺。
  2.5 注射温度
  注射温度最佳值为155℃。
  2.6 脱粘
  脱粘是将注射前添加的粘结剂脱除,它有两种方式:溶剂脱粘和热脱粘。前者必须严格控制溶剂的温度波动,否则毛坯易产生裂纹、气沟等缺陷。后者必须严格控制升温速度及各段保温温度、保温时间,特别是在250℃以前,否则会使产品内部分层,表面开裂起沟。
  2.7 烧结
  烧结工艺对最终零件的金相组织和性能影响很大,要根据零件性能要求合理控制烧结温度和保温时间。
  2.8 质量保证要求
  由于MIM技术与一般的金属切削加工技术有着质的区别,在制造过程中可能有气泡、缩孔等内部缺陷,所以必须有相应的检测设备和检测手段以保证内在的质量,如通过“X射线衍射线”等发现内部缺陷等。
  将MIM技术应用在枪械制造上,可提高枪械生产效率,降低成本,稳定质量。◆
  (编辑/魏开功)
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