陶瓷注射成型模具设计：从浇口流道到烧结收缩补偿

陶瓷注射成型模具设计：从浇口流道到烧结收缩补偿

陶瓷注射成型模具设计要解决两个塑料模不存在的变量：磨蚀性喂料对型腔的磨损，以及烧结后 15% 到 25% 的线性收缩。型腔尺寸必须在开模阶段就按收缩率放大。试模后再补修，多数情况等于废掉一套模具。这一刀，省不得。

对氧化锆零件，放大系数一般取 1.18 到 1.25；氧化铝多在 1.15 到 1.20。采购工程师评估供应商时，与其看单价，不如问一句：这套模具在 50 万次注射后，还能不能把关键尺寸守在 ±0.01 mm。

为什么 CIM 模具设计不同于塑料与金属注射模

塑料喂料是熔融聚合物，CIM 喂料是陶瓷粉末加粘结剂。粉末体积占比常到 55% 到 65%，流动性差，对浇口和流道的剪切更敏感。金属注射成型（MIM）思路相近，但陶瓷粉末硬度更高，对模具钢的磨蚀速度快 2 到 3 倍。

尺寸逻辑也不同。塑料件脱模后基本定型；陶瓷件脱模只是生坯，真正定尺寸的是脱脂和烧结。所以陶瓷注射成型模具设计的第一步不是画零件，而是画烧结后的零件，再倒推型腔。

御嘉鑫股份的精密制造工艺与产线能力覆盖喂料、注射、脱脂、烧结到检测的闭环。

浇口与流道设计要点

陶瓷注射成型模具设计中，浇口决定喂料进入型腔的位置、速度和取向。陶瓷喂料黏度高，浇口过小会剪切降解粘结剂，过大则冻封慢、周期拉长。

• 浇口类型：小件多用点浇口，直径 0.5 到 1.2 mm；长条件用扇形浇口分散应力
• 冻封控制：浇口截面应在保压结束后 1 到 3 秒内凝固，避免回流
• 平衡流道：多腔模必须做流道平衡，各腔充填时间差超过 0.2 秒就会出现密度不均
• 熔接线规避：熔接线区域烧结后强度下降，浇口位置应把熔接线推到非受力面

流道截面推荐圆形或梯形，圆形比表面积小、降温慢。具体的陶瓷注射成型零件与型腔加工需求，可在 DFM 阶段一并确认。

脱模与顶出系统设计

陶瓷注射成型模具设计的顶出方案要按生坯强度来配。生坯强度低，顶出受力稍大就会开裂，拔模斜度通常给到 0.5° 到 1.5°，比塑料模更大。

• 圆角：内角 R 不小于 0.3 mm，减少应力集中
• 顶针：顶针数量按投影面积布置，单针受力控制在生坯可承受范围内
• 推板：薄壁或环形件优先用推板整体顶出
• 气辅顶出：深腔件可在底部通入低压气体辅助脱模

顶出不平衡会在生坯留下隐性裂纹，脱脂后才暴露，那时已经无法返工。

模具钢材选择与耐磨表面处理

钢材选型直接决定寿命。陶瓷喂料磨蚀性强，选错钢会缩短可用周期。选错就得重开。

S136 属马氏体不锈钢，抛光性好，适合外观件；H13 耐热耐磨，适合浇口等高冲刷区。型腔表面可做氮化或 PVD 涂层。钢材选择要在 DFM 阶段定，试模后再换钢等于重开模。

陶瓷注射成型模具设计的收缩补偿：型腔放大

收缩补偿是陶瓷注射成型模具设计最需要数据的一环。收缩率随粉末粒径、粘结剂配比、注射参数和烧结曲线变化。系数得逐批测。

• ZrO₂：线性收缩 18% 到 25%
• Al₂O₃：线性收缩 15% 到 20%
• 收缩图谱：同一批喂料需先做收缩率测试条，拟合方向性收缩曲线
• 公差堆叠：收缩波动 ±0.3% 会放大到零件实际偏差，需并入公差链计算

型腔尺寸 = 目标尺寸 ÷ (1 - 收缩率)。方向收缩不一致时，X、Y、Z 分别给系数。测法可参考烧结收缩率与型腔放大。氧化锆的收缩特性另见氧化锆陶瓷注射成型的材料与公差控制。

模具寿命与量产稳定性

寿命取决于磨损速率和维护间隔。

• 磨损检查：每 5 万到 10 万模次检查浇口和流道冲刷区
• 维护周期：量产件建议每季度抛光型腔一次
• 量产爬坡：首 5000 件重点监控关键尺寸，CPK 达到 1.33 以上再放量
• 稳定供货：模具状态稳定后，尺寸漂移应控制在 ±0.02 mm 内

关于量产爬坡阶段的尺寸漂移控制，关键是把模具状态和烧结曲线一起纳入监控。

开模流程、报价与周期

标准流程分四步：DFM 评审、模具设计出图、试模与修模、量产移交。开模周期通常 4 到 8 周，复杂多腔模更长。报价取决于钢材牌号、腔数、精度要求和是否含涂层。把零件图与关键公差发给我们评估，供应商才能给出可比的报价。

行业口径可对照粉末注射成型行业标准，市场规模可参考陶瓷注射成型市场报告。

御嘉鑫股份自 1998 年起做精密制造，MIM、PM、精密铸造、齿轮滚齿、CNC 与 CIM 六大工艺的喂料、注射、脱脂、烧结、检测在内部完成，已通过 ISO 9001 认证。陶瓷注射成型模具设计与后续量产由同一套工艺团队跟进。

陶瓷注射成型模具设计的成败，在开模前就基本决定。浇口流道决定充填质量，钢材决定寿命，收缩补偿决定尺寸能否达标。把这三件事在 DFM 阶段算清楚，比试模后反复修模省得多。