粉末注射成形是将金属或陶瓷粉末与粘结剂混合后注射成型，再经过脱脂和烧结制备精密零件的工艺。该技术兼具塑料注射成形的复杂形状成型能力和粉末冶金的材料性能优势，广泛应用于电子、医疗、汽车等领域。然而，过程中零件的收缩率控制是影响产品尺寸精度的关键因素，本文将分析影响零件收缩率的因素及其控制策略。

一、原材料特性对收缩率的基础性影响

1、粉末特性的决定性作用

①粉末粒径分布：当粉末D50从5μm增大到20μm时，烧结收缩率会从18%降至12%。细粉末具有更大的比表面积，在烧结过程中更易致密化。

②粉末形貌：球形粉末的振实密度可达理论密值的65%，而不规则粉末仅50%，这导致后者在烧结时需填充更多孔隙，产生更大收缩。

③粉末纯度：当Fe基粉末氧含量从0.3%增至0.8%，烧结收缩率波动幅度扩大2.3倍。

2、粘结剂体系的调控机制

石蜡基粘结剂在脱脂阶段会形成连续通道，其含量每增加5%，生坯尺寸收缩增加1.2%。而采用新型水溶性粘结剂体系，可使脱脂收缩率控制在0.8%以内。

二、混炼工艺参数的优化空间

1、混炼温度的影响规律

在160-200℃范围内，温度每升高10℃，喂料均匀性提高15%，但过高的温度会导致粘结剂降解。

2、混炼时间的平衡点

混炼时间从60min延长至120min时，粉末装载量可从58%提升至62%，但超过150min后会产生粉末硬化现象。

三、注射成型阶段的精密控制

1、模具温度梯度设计

模具温度从30℃升至60℃时，熔体前沿温度差可缩小8℃，使线性收缩率波动范围从1.8%降至1.2%。

2、保压压力的优化

保压压力从60MPa增加到100MPa时，体积收缩率从5.2%降至3.8%，但压力超过120MPa会导致毛刺缺陷。

四、脱脂工艺的关键参数

1、热脱脂速率控制

对于厚度5mm的粉末注射成形零件，脱脂速率超过0.5mm/h会产生裂纹。采用阶梯式升温工艺，将200℃以下升温速率控制在1℃/min，可使脱脂收缩稳定在0.3-0.5%。

2、溶剂脱脂的渗透平衡

溶剂脱脂时，溶剂扩散系数与温度的关系遵循阿伦尼乌斯公式。

五、烧结过程的收缩机制

1、烧结温度的准确调控

17-4PH不锈钢的烧结实验显示，温度从1360℃升至1380℃时，收缩率从16.5%突增至18.3%。

2、烧结气氛的影响

氢气氛烧结的氧化铝比氩气氛收缩率高1.2%，而真空烧结的钨合金收缩率波动范围可控制在±0.15%以内。

六、后处理工艺的补偿作用

1、尺寸精整技术

通过冷等静压处理，可使烧结后零件的尺寸公差从±0.5%提高到±0.2%。

2、热处理调控

对Fe-Ni合金进行850℃×2h热处理，可通过相变膨胀补偿0.8%的烧结收缩，实现尺寸微调。

通过建立原料-工艺-设备的全流程控制体系，采用DOE实验设计方法优化参数组合，配合在线尺寸检测技术，可使粉末注射成形零件的收缩率波动控制在±0.3%以内。随着人工智能技术在工艺参数优化中的应用，以及纳米粉末喂料体系的开发，零件的尺寸精度控制将迈向新高度。