0 引 言

金屬粉末注射成型（metal injection mould，MIM）是相對(duì)較新的近凈形狀材料加工技術(shù)，MIM工藝允許一次成型復(fù)雜的零件，成型效率高

。MIM生產(chǎn)過程包括混料、注射成型、脫脂和燒結(jié)，每個(gè)步驟都可能產(chǎn)生缺陷，如開裂、分層、表面塌陷、充填不足和內(nèi)部縮孔等缺陷

。有些缺陷可能是由機(jī)械因素引起的，如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不佳、模具零件制造不良，或由工藝相關(guān)因素引起，如合模不完全、成型壓力不足、注射速度與保壓壓力不合理以及欠佳的脫脂和燒結(jié)參數(shù)等

。這些缺陷的存在通常會(huì)影響成型件的外觀質(zhì)量及其力學(xué)性能，黑線缺陷就是其中的一種

。因此，針對(duì)Fe8Ni金屬粉末注射件，通過觀察生產(chǎn)工藝中不同階段的零件外觀分析其表面黑線缺陷產(chǎn)生的原因

，并通過CAE軟件模擬，探究影響黑線缺陷產(chǎn)生的因素，并對(duì)零件進(jìn)行模擬優(yōu)化

。

根據(jù)在3DGIS中設(shè)計(jì)完成的線路里程，自動(dòng)裝配好橋梁、隧道和路基三維模型，組成線路整體模型。在Civil 3D中，可通過三維漫游瀏覽線路設(shè)計(jì)效果，如圖6和圖7所示。此外，還可以生成設(shè)計(jì)圖紙、計(jì)算填挖方工程量等數(shù)據(jù)。

1 零件結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝

以實(shí)際生產(chǎn)的Fe8Ni金屬連接件為例，其結(jié)構(gòu)與部分尺寸如圖1所示，零件為轉(zhuǎn)軸連接件，整體形狀呈片狀，厚度約為2 mm，中間區(qū)域存在1個(gè)長(zhǎng)臺(tái)階，邊緣一側(cè)存在翹起并包含圓柱孔結(jié)構(gòu)，相鄰處邊緣側(cè)存在厚度約為1 mm的折疊型小薄片，零件存在較多垂直平面的孔位。

許多MIM的工藝取決于填料，試驗(yàn)中所采用的金屬粉末為鐵、鎳及鉬的混合粉末。將其按常規(guī)的Fe8Ni比例在混合機(jī)中混合20 min，具體比例如表1所示。試驗(yàn)中選用蠟基黏結(jié)劑，選用最常用60%的粉末裝載量進(jìn)行生產(chǎn)，其中金屬粉末與蠟基黏結(jié)劑質(zhì)量比為6.9∶93.1，稱量好填料中的各組分后進(jìn)行混合。

將填料投入注塑機(jī)中進(jìn)行注射成型，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試至成型坯飽滿且重量穩(wěn)定后，記錄注射參數(shù)為：料筒溫度200℃、充填時(shí)間1 s、保壓時(shí)間5 s、冷卻時(shí)間16 s、注射壓力142 MPa、保壓壓力152 MPa、模具溫度恒定55℃。在注射完成后進(jìn)行熱脫脂，熱脫脂結(jié)束后繼續(xù)升溫進(jìn)行燒結(jié)工藝。

高校班主任工作內(nèi)容繁雜瑣碎，并且需要做到個(gè)體性與群體性并重、專業(yè)性與思想性相結(jié)合，既要具有良好的政治理論素養(yǎng)，又要能夠把思想政治教育與專業(yè)學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合起來，以專業(yè)化的方式幫助學(xué)生，才能更容易為學(xué)生所接受，也才能取得良好的效果。根據(jù)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，由專業(yè)教師擔(dān)任班主任指導(dǎo)大學(xué)生解決就業(yè)問題有明顯的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)榘嘀魅胃鷮W(xué)生接觸最多，對(duì)學(xué)生相對(duì)較為了解，而專業(yè)教師能夠在專業(yè)知識(shí)和能力提升方面給到學(xué)生切切實(shí)實(shí)的意見和建議，因而能夠最大程度的根據(jù)學(xué)生性格、能力等為其未來職業(yè)規(guī)劃作出較為科學(xué)的指導(dǎo)與建議。

2 零件表面黑線缺陷的觀察

2.1 零件表面宏觀觀察

對(duì)比觀察穩(wěn)定注射工藝下的成型坯與燒結(jié)后的燒結(jié)件，發(fā)現(xiàn)無論是成型坯還是燒結(jié)件，在其澆口一側(cè)都會(huì)有類似黑線形狀的缺陷產(chǎn)生，如圖2所示。

在成型坯上，表面缺陷從澆口處開始流動(dòng)成一定的形狀，缺陷中心處的顏色較淺，兩側(cè)的顏色較深；在燒結(jié)件中，缺陷處顯示異于周圍的異常光澤，且在末尾處最為明顯。通過對(duì)比成型坯與燒結(jié)件黑線缺陷處發(fā)現(xiàn)，除了顏色有變化外，具體形狀并沒有發(fā)生變化。

2.2 零件缺陷處微觀結(jié)構(gòu)觀察對(duì)比

將成型坯與燒結(jié)件的黑線處微觀結(jié)構(gòu)作比較，在高倍率下觀察兩者黑線處的聯(lián)系。圖3（a）、（c）所示為不同倍率下成型坯黑線處的SEM圖，圖3（b）、（d）所示為不同倍率下燒結(jié)件黑線處的SEM圖。在圖3（a）中可以清晰觀察到金屬粉末顆粒狀如“珠串”排列，相鄰珠串間存在3～15 μm不等的黑色區(qū)域；在圖3（b）中，黑線處表面存在距離較近且凹凸不平的溝壑。在高倍率下對(duì)比圖3（c）、（d），發(fā)現(xiàn)燒結(jié)件黑線處明暗溝壑間的距離（圖3（d）中白色線段長(zhǎng)度）與成型坯中深色且無粉末區(qū)域的寬度（圖3（c）中白色線段長(zhǎng)度）接近。通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，零件在經(jīng)過燒結(jié)后黑線處的微觀結(jié)構(gòu)與成型坯仍存在一定的聯(lián)系，溝壑處的形狀和尺寸并沒有發(fā)生太大的變化。

農(nóng)村地區(qū)基層防疫檢疫工作至關(guān)重要，涉及的范圍較廣，工作任務(wù)量較大，相關(guān)部門需要落實(shí)各項(xiàng)管理辦法，設(shè)定相應(yīng)的管理機(jī)制。整合各項(xiàng)問題，有針對(duì)性采取應(yīng)對(duì)控制措施，提升防疫檢疫工作質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)村畜牧業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

3 表面黑線缺陷形成原因的探究

（一）人物分析。以“項(xiàng)羽”為例，依據(jù)高中語文必修課本中的《鴻門宴》、高中選修中的《項(xiàng)羽之死》等文本，研究項(xiàng)羽的多面形象。

在不改變其他條件下探究不同的熔融溫度對(duì)黑線缺陷的影響。圖8所示分別為熔融溫度在180、190、200℃下的金屬粉末濃度分布結(jié)果。由圖8可知粉末濃度結(jié)果差異不大，在180℃時(shí)粉末的輻射范圍較小，粉末濃度分布較為均勻。因此，如因填料在充填階段產(chǎn)生黑線缺陷，可通過降低填料熔融溫度減輕黑線缺陷影響。但在改變?nèi)廴跍囟葧r(shí)，一定要保證填料的最佳流動(dòng)性，即要保證填料穩(wěn)定的上限溫度。

3.1 成型坯黑線缺陷處斷口截面觀察

如圖4（a）所示，將從成型坯料沿著指示線截?cái)?，觀察其斷口狀況，斷口截面處的微觀結(jié)構(gòu)如圖4（b）所示。從斷口某處的電鏡照片可以發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域可沿虛線分為兩類區(qū)域：區(qū)域

及區(qū)域

。在區(qū)域

中，無論是在成型坯面表層還是內(nèi)部，都有金屬粉末顆粒緊密堆砌，粉末濃度高，最大粉末顆粒約7 μm，顆粒間被黏結(jié)劑填充，該區(qū)域中出現(xiàn)的孔洞大部分是在零件切割時(shí)粉末顆粒移動(dòng)造成。而深色區(qū)域

聚集了大量黏結(jié)劑，在表層觀察不到粉末顆粒，由表層逐漸向內(nèi)，才有粉末充填其中，接近表面處的粉末顆粒粒徑均較小（＜3 μm），整個(gè)區(qū)域的粉末顆粒粒徑不超過5 μm。

3.2 黑線缺陷形成原因探究

圖 7（a）～（c）所示分別為澆口 I、II及 III充填模擬結(jié)果中粉末濃度分布，從圖7可以看出靠近澆口處的粉末濃度較低，易在此處產(chǎn)生缺陷。相比其他組，澆口II低粉末濃度區(qū)域輻射范圍相對(duì)較小，澆口I與澆口II的低粉末濃度輻射范圍類似。觀察粉末濃度數(shù)值，澆口II的粉末濃度最低值為59.180%，小于其他兩組。澆口III粉末濃度最低值為59.448%，為三組最優(yōu)。對(duì)于片狀金屬注射成形零件，選用扇形澆口設(shè)計(jì)可減小對(duì)黑線缺陷的影響。

通過觀察對(duì)比零件表面黑線缺陷的宏觀與微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)后的零件黑線缺陷依然存在，且黑線處的缺陷并沒有太大的變化，這表明黑線缺陷在注射階段已經(jīng)形成，且后續(xù)的燒結(jié)工藝并不會(huì)對(duì)其有所改善。因此為了探究黑線缺陷形成的原因，對(duì)注射階段形成的成型坯進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析。

為避免復(fù)雜的零件形狀對(duì)注射階段的充填模擬產(chǎn)生影響，且黑線缺陷產(chǎn)生在零件的板狀平面位置，選用30 mm×20 mm×3 mm的片狀成型坯模型進(jìn)行模擬，探究影響缺陷產(chǎn)生的因素，再對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的金屬連接件進(jìn)行模擬驗(yàn)證。將模型導(dǎo)入軟件中，選擇粉末注射成型的模塊；設(shè)置主要的成型參數(shù)為：充填時(shí)間0.5 s、注射壓力81 MPa、保壓壓力120 MPa、熔融溫度200℃、模具溫度50℃、保壓時(shí)間6 s及冷卻時(shí)間15 s。

1992年初，國(guó)有企業(yè)掀起了“破三鐵”（鐵飯碗、鐵工資、鐵交椅）為中心的企業(yè)勞動(dòng)、工資和人事制度的改革熱潮，被稱為計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下國(guó)有經(jīng)濟(jì)經(jīng)營(yíng)機(jī)制改革的最后一戰(zhàn)，這一改革措施得到了中央的首肯，并迅速在國(guó)有企業(yè)中廣泛實(shí)施。

4 基于Moldex 3D對(duì)零件黑線缺陷模擬

通過對(duì)零件缺陷處的微觀與宏觀結(jié)構(gòu)觀察分析可以得出，合理控制金屬注射成型階段粉末濃度的分布是預(yù)防黑線缺陷產(chǎn)生的重要解決思路。因此通過Moldex 3D軟件進(jìn)行注射階段的模擬，從不同角度進(jìn)一步探究黑線缺陷產(chǎn)生的原因并優(yōu)化黑線缺陷。

由圖5可以看出，正常區(qū)域的成型坯與燒結(jié)件在光線照射下，由于兩者表面平整，粉末顆粒均勻緊密堆砌，可直接反射光線。而在黑線區(qū)域，光線進(jìn)入成型坯中，由于粉末濃度分布不均勻，射入的光線被粉末顆粒捕獲吸收，從而宏觀上呈現(xiàn)相比周圍更暗、更深的區(qū)域；在燒結(jié)件上則是產(chǎn)生漫反射，使該區(qū)域金屬光澤不同于正常區(qū)域。

4.1 澆口結(jié)構(gòu)對(duì)黑線缺陷的影響

點(diǎn)澆口及扇形澆口是注射過程中常見的澆口形式，在片狀成型坯的側(cè)壁中心處設(shè)計(jì)了3組不同的澆口，圖 6（a）、（b）分別為點(diǎn)澆口 I、II，澆口截面直徑分別為

1 mm及

2 mm，圖6（c）為扇形澆口，澆口截面為1 mm×3 mm的矩形。

通過對(duì)成型坯和燒結(jié)件表面的微觀結(jié)構(gòu)觀察，發(fā)現(xiàn)在正常情況下成型坯粉末濃度高分布均勻而緊密，燒結(jié)件表面較為平整；而在黑線缺陷處，成型坯接近表面處粉末顆粒缺失，被大量黏結(jié)劑占據(jù)，燒結(jié)件表面則存在凹凸不平的溝壑。圖5（a）所示為成型坯正常區(qū)域與黑線區(qū)域結(jié)構(gòu)，圖5（b）所示為燒結(jié)件正常區(qū)域與黑線區(qū)域結(jié)構(gòu)。

共建，融入了地方的環(huán)保治理體系。西江流域已全面建立了省、市、縣、鎮(zhèn)、村五級(jí)河長(zhǎng)湖長(zhǎng)體系，相關(guān)水上安全活動(dòng)也納入了河長(zhǎng)制的檢查考核體系。依托河長(zhǎng)制體系，在“清污、清漂、清淤、清障、清違”等“五清”行動(dòng)以及飲用水源地環(huán)保專項(xiàng)督察等行動(dòng)中，西江船舶管理有效加強(qiáng)，相關(guān)管理部門之間的聯(lián)系和協(xié)作也進(jìn)一步密切。

4.2 充填時(shí)間和熔融溫度對(duì)黑線缺陷的影響

充填時(shí)間決定了填料射出速度，填料在澆口處的流速越快，其金屬粉末在模具中的運(yùn)動(dòng)也越快，增加了粉末濃度分布的不均勻性，記錄充填時(shí)間為0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1.1、1.5 s時(shí)，粉末濃度最小值如表2所示。在充填時(shí)間不同的情況下，粉末濃度最小值也不同，在1.5 s時(shí)最低粉末濃度值高于其他組，因此，在不考慮其他因素的情況下可適當(dāng)增加充填時(shí)間來減少黑線缺陷的影響。

根據(jù)式(2)～式(4),利用MATLAB軟件對(duì)永磁體周圍磁場(chǎng)的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算仿真,結(jié)果如圖2所示。圖2(a)為在距永磁體上表面5 mm處沿圓柱徑向(x方向)遠(yuǎn)離圓柱軸線(z軸),磁場(chǎng)強(qiáng)度在x方向磁場(chǎng)強(qiáng)度分量Hx和z方向磁場(chǎng)強(qiáng)度分量Hz的變化情況;圖2(b)為沿柱狀磁鐵軸線方向遠(yuǎn)離圓柱表面磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化,由于對(duì)稱性在圓柱軸線上磁場(chǎng)強(qiáng)度只有z方向磁場(chǎng)強(qiáng)度分量Hz,其他方向磁場(chǎng)強(qiáng)度分量相互抵消。所以為了消除其他方向磁場(chǎng)對(duì)磁傳感器的影響,將圓柱軸線作為加速度傳感裝置的敏感軸。

4.3 注射壓力對(duì)黑線缺陷的影響

保持其他參數(shù)不變，探究注射壓力對(duì)黑線缺陷的影響，僅改變注射壓力對(duì)填料充填進(jìn)行模擬。圖9所示分別為在80、70、60 MPa注射壓力時(shí)粉末濃度模擬結(jié)果，隨著注射壓力的降低，粉末濃度最小值由59.719%略微升高至59.738%，在注射壓力為60 MPa時(shí)，粉末濃度的均勻性較其他兩組高。但應(yīng)避免注射壓力過小而導(dǎo)致零件出現(xiàn)填充不足的現(xiàn)象，因此在改變注射壓力時(shí)，要注意保證零件的填充問題。

4.4 模具溫度對(duì)黑線缺陷的影響

當(dāng)熔融填料從料筒流經(jīng)澆口進(jìn)入型腔時(shí)，填料溫度從受料筒加熱控制變成由模具恒溫控制。其他條件不變的情況下，設(shè)定模具溫度分別為30、50、70℃，觀察不同模具溫度對(duì)黑線缺陷的影響。圖10所示分別為模具溫度在30、50、70℃下粉末濃度的模擬結(jié)果，隨著模具溫度的升高，粉末濃度最小值由59.606%提升至59.838%，粉末濃度分布的均勻性提高，因此可以通過適當(dāng)?shù)靥岣吣＞邷囟葋砀纳品勰舛鹊木鶆蛐裕瑴p輕黑線缺陷。

4.5 金屬注射成型連接件工藝優(yōu)化

通過對(duì)較為簡(jiǎn)易的板狀零件進(jìn)行模擬，得到不同的參數(shù)對(duì)黑線缺陷的影響，不同的澆口結(jié)構(gòu)與不同成型參數(shù)對(duì)黑線缺陷有不同程度的影響，其中對(duì)黑線缺陷影響較大的是充填時(shí)間、模具溫度及熔融溫度。

將金屬注射成型的連接件導(dǎo)入軟件中進(jìn)行模擬。根據(jù)初始的實(shí)際成型條件，其澆口設(shè)計(jì)為點(diǎn)澆口，同時(shí)設(shè)定充填時(shí)間為0.5 s、熔融溫度為200℃及模具溫度為55℃時(shí)，得到圖11（a）所示的結(jié)果。從圖11（a）可以看出低粉末濃度區(qū)域與實(shí)際成型坯上的黑線缺陷特征相似。

為了對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，改變澆口結(jié)構(gòu)和調(diào)整注射成型參數(shù)后再對(duì)零件進(jìn)行模擬。首先對(duì)黑線缺陷具有較大影響的注射成型參數(shù)進(jìn)行修改優(yōu)化，增加充填時(shí)間至0.6 s，降低熔融溫度至195℃，升高模具溫度至70℃。改變成型參數(shù)后再次進(jìn)行充填模擬，圖11（a）所示為初始粉末濃度分布結(jié)果，圖11（b）所示為參數(shù)優(yōu)化后的粉末濃度分布結(jié)果，粉末濃度最小值由59.626%提升至59.723%，粉末濃度分布的均勻性提高，降低了黑線缺陷的影響。

將初始的點(diǎn)澆口改為扇形澆口采用優(yōu)化后的成型參數(shù)進(jìn)行充填模擬，得到圖11（c）所示的結(jié)果，澆口結(jié)構(gòu)的優(yōu)化使低粉末濃度區(qū)域有所減小，粉末分布均勻性有所提高，減少了黑線缺陷的影響。

5 結(jié)束語

通過對(duì)成型坯及燒結(jié)件黑線缺陷處的宏觀對(duì)比與微觀觀察，發(fā)現(xiàn)零件的表面黑線缺陷在注射成型階段就已經(jīng)產(chǎn)生，且燒結(jié)件的黑線形狀與成型坯相一致，說明后續(xù)的燒結(jié)工藝不會(huì)對(duì)黑線缺陷有所影響。從缺陷斷口處的微觀結(jié)構(gòu)可看出，金屬顆粒在成型坯中的粉末濃度分布是黑線缺陷產(chǎn)生的重要影響因素，在成型坯的黑線缺陷區(qū)域內(nèi)粉末含量較少，所含的金屬顆粒粒徑較低，因此經(jīng)過光線反射的作用不明顯，導(dǎo)致缺陷部分失去光澤而發(fā)黑。通過對(duì)零件進(jìn)行CAE模擬分析發(fā)現(xiàn)，不同的澆口形狀會(huì)影響黑線缺陷的產(chǎn)生，而在注射成型參數(shù)中對(duì)黑線缺陷影響較大的是充填時(shí)間、模具溫度及熔融溫度；其中注射壓力也會(huì)對(duì)黑線缺陷有一定的影響，但影響不大。

[1]LIN C M,WU J Y,TAN C M.Processing optimization for metal injection molding of orthodontic braces considering powder concentration distribution of feedstock[J].Polymers,2020,12(11):11-12.

[2]黃 猛.金屬注射成型技術(shù)在其不銹鋼零件成型中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2018(3):124-125.

[3]趙吉慶,黃曉華,張言中,等.基于Fluent的中間擺臂注射成型工藝參數(shù)優(yōu)化[J].機(jī)械與電子,2020,38(1):19-22.

[4]羅 浩,宗 偉,周晚珠,等.注射成形聚甲醛基In713C高溫合金喂料流變行為的研究[J].材料研究與應(yīng)用,2016,10(3):205-213.

[5]KAWATA H,HAYASHI K,WAKABAYASHI C,et al.Martensite transformation start temperature during quench and austempering in Fe-8Ni-0.2CAlloys[J].Metallurgical and Materials Transactions A,2021:21-24.

[6]陳 超,廖秋慧,李大杰,等.基于Moldex 3D對(duì)注射成型厚壁金屬零件進(jìn)行缺陷預(yù)測(cè)及分析[J].模具工業(yè),2021,47(5):13-20.

[7]王健碩,鄧子玉,崔海濤,等.基于Y-PSZ/Ti粉末注射成形的脫脂工藝研究[J].沈陽理工大學(xué)學(xué)報(bào),2019,38(5):41-45.

[8]范景蓮.粉末增塑近凈成形技術(shù)及致密化基礎(chǔ)理論[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2011:71.

[9]王 威.高比重鎢合金注射成形工藝研究[J].中國(guó)鎢業(yè),2019,34(2):34-38.

[10]汪傳生,胡紀(jì)全,朱 琳.椎間融合器金屬粉末注塑成型模具設(shè)計(jì)研究[J].橡膠工業(yè),2018,65(1):89-93.

[11]張維合.牙齒矯正器底座金屬粉末精密注塑模具設(shè)計(jì)[J].中國(guó)塑料,2017,31(6):118-122.

[12]杜勝軍.基于Moldex3D的固定座結(jié)構(gòu)改善及澆口優(yōu)化分析[J].模具技術(shù),2021(4):44-50.

[13]韓國(guó)聲.基于Moldex3D的微動(dòng)開關(guān)澆口設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].機(jī)電信息,2020(26):120-122.

[14]方 堃,張有忱,徐春棟,等.基于Moldex3D的護(hù)目鏡注塑成型工藝優(yōu)化和缺陷改善研究[J].塑料工業(yè),2021,49(7):61-65.

[15]胡紅軍.金屬粉末注射成型模設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].模具工業(yè),2005,31(1):40-43.

[16]閆麗麗,陳志剛,馮福財(cái),等.活檢鉗零件金屬粉末注射工藝與模具[J].模具工業(yè),2011,37(4):49-52.