金属粉末注射成形(PIM)是一种将粉末冶金和塑料注射成形相结合的新技术。与高密度钨镍合金相比，中密度钨镍合金材料由于密度不同导致喂料熔体不同的流变性能，给零件成形带来很大难度。在PIM技术中，由于成形阶段中所产生的缺陷往往在后续工序才被发现且无法弥补，成形阶段质量控制是PIM关键工艺之一。 本文在国内外粉末注射成形研究的基础上，结合广东省科技攻关项目和广东省高校科技成果转化项目，对中密度钨镍合金粉末成形过程进行数学建模，并通过一系列流变实验对中密度(10～17g/cm3)钨镍合金喂料流变行为进行研究，确定在给定粘结剂体系下喂料成形最佳粉末装载量并构造其成形过程的本构模型，初步确定了不同密度钨镍合金粉末喂料的成形工艺范围；对成形过程数学模型的数值求解引入复杂的几何模型、喂料熔体流变本构模型、以及边界条件等多种信息，实现了对喂料流动过程中温度变化、成形时间和成形压力等进行预测；并基于数学建模和数值模拟，结合正交实验，实现中密度钨镍合金粉末在成形阶段的相关模具设计和工艺参数优化，并获得如下研究成果： 基于粘性流体的非等温流动，针对注射成形过程的流动、传热机理及特点，采用适当的简化和假设，建立了描述粉末注射成形的充填/保压过程的数学模型，模型考虑了熔体在保压阶段可压缩性及相变的影响。构造了耦合有限元/有限差分/控制体积法的数值求解方法，实现了注射充填/保压过程一体化数值模拟，预测温度、压力、剪切速率等随空间和时间上的变化，并进一步预测制品质量指标如收缩、重量等。实验表明，数值模拟与验证实验相吻合。 通过实验对中密度钨镍合金体系喂料流变行为作了系统研究。实验结果表明：在石蜡—聚乙烯为主要成分的粘结剂体系下，钨镍合金粉末喂料表观粘度随剪切速率的增大、温度的升高而减小；非牛顿指数随温度的升高而增大；在相同粉末装载量下，钨在合金中所占比重越大，钨镍合金喂料对剪切速率和温度的变化越敏感，喂料粘流活化能增大；在相同的钨镍合金粉末密度下，随着粉末装载量增大，喂料熔体对剪切速率变化敏感程度降低，对温度变化敏感程度增加：在比较不同粉末装载量下的喂料熔体在流变实验后所测得样本密度分布可知：粉末装载量为53％的喂料熔体在较广的剪切速率范围内密度变化均匀，更适合注射成形；通过分析粘结剂的成分和实验成形温度的变化范围，初步确定了粉末装载量为53％的不同密度合金粉末喂料成形工艺范围；并根据所得实验数据，建立了中密度钨镍合金粉末的喂料体系流动本构方程；为下一步确定钨镍合金粉末成形的工艺参数和相关模具设计提供了基本依据。 结合解析法和CAE分析，本文提出了浇注系统尺寸优化设计方法及设计步骤。该方法以实现提高注射机注射压力利用率为目标来改善流道尺寸，在充分保证模具型腔充模压力的情况下，通过适当减小流道截面尺寸，加大了浇注系统部分的压力降，同时也优化了充模时间与喂料凝固时间。通过模拟表明在保证熔体充模的情况下，优化后的浇注系统有效降低了锁模力和浇口的剪切速率，具有较理想的浇口凝固时间。 在PIM充模成形过程中，工艺参数直接影响熔体在型腔中的流动状态和生坯质量。本文将粉末注射成形数值模拟技术和部分因子实验设计方法结合起来筛选出了对成形坯件质量有重要影响工艺参数及其之间交互作用：并根据其结果，采用Taguchi实验方法分析所选的工艺参数及其重要交互作用对坯件质量的贡献率，并通过信噪比分析进行工艺优化。工艺实验表明数值模拟分析结果和试验结果相比其总体趋势是一致的，即注射温度和注射时间是两个主要的影响因素，同时二者交互作用也是影响工艺质量重要因素。中密度钨镍合金粉末喂料在充填和保压阶段，熔体温度、注射速度、保压时间之间有较为复杂的相互作用关系，因子之间的交互作用对注射制品质量的影响超过单个因子的影响，在注射成形过程中不容忽视。在交互作用影响中，熔体温度与注射速度交互作用对中密度钨镍合金粉末喂料成形影响最大；在单因素影响中，随着粉末密度增加，熔体温度逐渐成为影响最大的因素；通过比较三种喂料成形的最佳工艺参数组合可知，熔体温度随喂料密度增加而提高，注射时间随喂料密度增加而增加。 研究了一种分级注射确定方法，使得坯件的密度更为均匀理想，变形更小。即利用等流率注射数值模拟获得熔体前沿的速度，将该速度的倒数与充填百分比的曲线作为螺杆注射速率的相对变化曲线，然后依据该变化曲线导出一个简化的分级注射参数求解方法，得到调整后注射速率并确定模腔的分级注射点和各分级注射点对应的填充比例与螺杆注射位置的对应关系。分级注射数值模拟结果和实验结果较为一致，表明分级注射是一种有效工艺方法，实验表明，分级注射使得坯件的质量指标有较为明显的提高。