不锈钢齿轮是 MIM 技术的典型应用

不锈钢齿轮是MIM技术的典型应用案例1：不锈钢精密齿轮MIM模具设计（Φ20mm，模数0.5）不锈钢齿轮是MIM技术的典型应用场景，需保证齿形精度、齿面光洁度，且脱脂/烧结后无变形开裂。以下是完整设计方案+参数明细，可直接用于模具加工。一、制品基本信息项目参数制品材料316L不锈钢粉末（粒径15~25μm）喂料类型蜡基粘结剂（粉末含量65%vol）制品尺寸外径Φ20mm，内径Φ8mm，厚度3mm，模数0.5，齿数36精度要求齿形公差IT8，齿面粗糙度Ra≤0.8μm生产批量50万件/年（中高产量）二、前期工艺参数确定1.收缩率测定通过小试样注射-脱脂-烧结实验，测得：脱脂收缩率：3.2%（蜡基粘结剂脱除）烧结收缩率：13.5%（316L不锈钢致密化）总收缩率

\(S_{总}=3.2\%+13.5\%=16.7\%\)模具型腔尺寸计算公式：\(D_{模}=D_{制}\times(1+S_{总})+\Delta\)（\(\Delta\)取IT8级公差，0.015mm）2.喂料流变参数参数测试条件数值熔体流动速率（MFR）190℃/2.16kg8.5g/10min熔体粘度剪切速率100s⁻¹，180℃2800Pa·s最佳模具温度-45℃（蜡基喂料适配）三、模具结构设计1.模具类型与型腔布局模具结构：三板式点浇口模具（便于自动剪浇口，保证齿形无浇口残留）型腔布局：一模4腔（平衡式排布，提高生产效率）模架标准：选用LKM标准模架（CI型，适配卧式注射机）2.型腔与型芯设计（1）尺寸计算（以齿顶圆为例）制品齿顶圆直径

\(D_{制}=20mm\)模具型腔齿顶圆直径

\(D_{模}=20\times(1+0.167)+0.015=23.355mm\)齿形型腔：采用线切割+电火花成型，齿形精度需达到IT7（高于制品精度）型腔表面处理：TD处理（表面硬度HV1200~1500，提升耐磨性，寿命≥50万模次）脱模斜度：型腔/型芯均取

1°（保证生坯顺利脱模，无变形）表面粗糙度：型腔齿面抛光至

Ra0.08μm，抛光方向与喂料充模方向一致（2）型芯设计内孔型芯：Φ8×(1+0.167)+0.01=9.346mm，采用镶拼结构（便于加工和更换）型芯材料：SKD11（淬火+回火至HRC60~62）3.流道与浇口设计（1）流道设计（平衡式）主浇道：圆锥型，大端Φ12mm，小端Φ8mm，锥度2°（与注射机喷嘴匹配）分流道：圆形截面，直径Φ6mm（兼顾流动性与料耗），4条分流道长度一致（误差≤0.5mm）流道表面：抛光至Ra0.2μm，减少喂料流动阻力（2）浇口设计浇口类型：点浇口（直径Φ1.2mm，长度1.5mm）浇口位置：设置在齿轮内孔处（远离齿形区域，避免浇口残留影响齿形精度）浇口套：SKH51高速钢（HRC58~60），耐磨耐冲击4.排气系统设计齿轮齿槽为排气死角，需重点设计排气：齿槽排气：在每个齿槽末端开设排气槽，深度0.04mm，宽度2mm，长度5mm型腔末端排气：在型腔外侧开设环形排气槽，深度0.03mm，宽度10mm辅助排气：型芯上开设Φ0.8mm排气孔，连通至模架外侧5.顶出机构设计生坯强度低，需均匀顶出：顶出方式：顶针+顶管组合顶出顶针：4根Φ2mmSKH51顶针，均匀分布在齿轮外缘顶管：1根Φ9.5×Φ8mm顶管，顶出内孔型芯（防止内孔变形）顶出行程：15mm（确保生坯完全脱出型腔）顶出间隙：顶针与顶针孔间隙≤0.01mm（防止喂料溢料）6.温控系统设计温控方式：水冷循环温控（保证模具温度稳定在45±2℃）型腔温控：4条冷却水道，直径Φ8mm，间距20mm，与型腔表面距离10mm型芯温控：内孔型芯内置Φ4mm冷却管（保证型芯温度均匀，避免生坯粘芯）四、模具材料选择模具部件材料型号热处理要求作用型腔、型芯SKD11淬火+回火HRC60~62高硬度、高耐磨性，适配中高产量浇口套、顶针SKH51淬火+回火HRC58~60耐冲击、耐磨损模架45#钢调质HB220~250保证模具强度和刚度顶管SKD61淬火+回火HRC52~54耐高温、抗变形排气镶件不锈钢304退火状态防止生锈，便于清理五、试模与参数优化1.注射工艺参数（初始值）参数数值料筒温度一区160℃，二区175℃，三区190℃模具温度45℃注射压力80MPa注射速度30mm/s（低速充模，避免齿形变形）保压压力/时间40MPa/10s冷却时间20s2.常见问题及优化方案试模问题原因分析优化措施齿槽充模不足浇口偏小，注射压力低浇口直径增至1.4mm，注射压力提高至90MPa生坯齿面有划痕型腔表面粗糙度高型腔齿面抛光至Ra0.05μm，抛光方向沿齿向烧结后齿顶圆尺寸偏大收缩率取值偏小修正总收缩率至17%，型腔尺寸微调至23.415mm生坯内孔变形型芯冷却不均增大型芯冷却管直径至Φ5mm，提高冷却水流量案例2：钛合金医疗螺钉MIM模具设计（Φ5mm，长度15mm）钛合金医疗部件要求无杂质、高精度、生物相容性好，模具设计需避免污染，保证生坯致密度均匀。一、制品基本信息项目参数制品材料TC4钛合金粉末（粒径10~20μm）喂料类型聚合物基粘结剂（粉末含量60%vol）制品尺寸外径Φ5mm，长度15mm，螺纹M5×0.8精度要求螺纹公差IT7，杆部直线度≤0.02mm生产批量10万件/年（中低产量）二、核心设计要点收缩率：TC4钛合金总收缩率

18.5%（脱脂3%+烧结15.5%），型腔尺寸需严格按此计算。模具材料：型腔选用H13钢（HRC54~56），避免与钛合金粉末反应产生杂质。螺纹型腔：采用电火花成型，螺纹牙型精度IT6，脱模斜度0.5°（防止螺纹生坯开裂）。顶出机构：采用单根顶针+推板顶出，顶针直径Φ3mm，中心布置（保证螺钉杆部无弯曲）。排气设计：螺纹牙底开设0.03mm深排气槽，避免螺纹处产生气泡。三、模具设计关键差异（与不锈钢齿轮对