MIM金屬注射成型工藝

MIM工藝介紹與對(duì)比

一、MIM概念及工藝流程

金屬粉末注射成形是傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)與塑料注射成形技術(shù)相結(jié)合的高新技術(shù)，是小型復(fù)雜零部件成形工藝的一場(chǎng)革命。工藝流程：曝光法：工程根據(jù)圖形開出備料尺寸-材料準(zhǔn)備-材料清洗-烘干→貼膜或涂布→烘干→曝光→顯影→烘干-蝕刻→脫膜→OK網(wǎng)印法：開料→清洗板材(不銹鋼其它金屬材料)→絲網(wǎng)印→蝕刻→脫膜→OK技術(shù)特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)：1、可進(jìn)行金屬表面細(xì)微加工。它將適用的技術(shù)粉末與粘合劑均勻混合成具有流變性的喂料，在注射機(jī)上注射成形，獲得的毛坯經(jīng)脫脂處理后燒結(jié)致密化為成品，必要時(shí)還可以進(jìn)行后處理

生產(chǎn)工藝流程如下

配料→混煉→造粒→注射成形→化學(xué)萃取→高溫脫粘→燒結(jié)→后處理→成品

二、MIM技術(shù)特點(diǎn)

金屬粉末注射成形結(jié)合了粉末冶金與塑料注射成形兩大技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，突破了傳統(tǒng)金屬粉末模壓成形工藝在產(chǎn)品形狀上的限制，同時(shí)利用塑料注射成形技術(shù)能大批量、高效率生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的零件：如各種外部切槽、外螺紋、錐形外表面、交叉通孔、盲孔、凹臺(tái)、鍵銷、加強(qiáng)筋板，表面滾花等

·MIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

a.直接成形幾何形狀復(fù)雜的零件，通常重量0.1~200g

b.表面光潔度好、精度高，典型公差為±0.05mm

c.合金化靈活性好，材料適用范圍廣，制品致密度達(dá)95%~99%，內(nèi)部組織均勻，無內(nèi)應(yīng)力和偏析

d.生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，無污染，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)大批量清潔生產(chǎn)

MIM產(chǎn)品典型應(yīng)用領(lǐng)域

航空航天業(yè)：機(jī)翼鉸鏈、火箭噴嘴、渦輪葉片芯子等

汽車業(yè)：安全氣囊組件、點(diǎn)火控制鎖部件、渦輪增壓器轉(zhuǎn)子、座椅部件、剎車裝置部件等

電子業(yè)：磁盤驅(qū)動(dòng)器部件、電纜連接器、電子封裝件、手機(jī)振子、計(jì)算機(jī)打印頭等

日用品：表殼、表帶、表扣、高爾夫球頭和球座、縫紉機(jī)零件、電動(dòng)玩具零件等

機(jī)械行業(yè)：異形銑刀、切削工具、電動(dòng)工具部件、微型齒輪、鉸鏈等

醫(yī)學(xué)行業(yè)：牙矯形架、剪刀、鑷子、手術(shù)刀等

六、適合材質(zhì)

不銹鋼 Fe合金 Fe-Ni-Co 合金鎢 鈦合金 工具鋼 高速鋼 硬質(zhì)合金 氧化鋁 氧化鋯

真空熱處理

真空熱處理即真空技術(shù)與熱處理兩個(gè)專業(yè)相結(jié)合的綜合技術(shù)，是指熱處理工藝的全部和部分是在真空狀態(tài)下進(jìn)行的。真空熱處理幾乎可實(shí)現(xiàn)全部熱處理工藝，如淬火、退火、回火、滲碳、滲鉻、氮化，在淬火工藝中可實(shí)現(xiàn)氣淬、油淬、硝鹽淬火、水淬等，它與普通熱處理相比較具有以下優(yōu)點(diǎn)。其基本工藝過程是：首先將固體粉末與有機(jī)粘結(jié)劑均勻混練，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(~150℃)用噴射成形機(jī)注入模腔內(nèi)固化成形，然后用化學(xué)或熱分解的方法將成形坯中的粘結(jié)劑脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。

1、不氧化、不脫碳、不增碳對(duì)工件內(nèi)部和表面有良好的保護(hù)作用

2、提高整體機(jī)械性能、脫氣和促進(jìn)金屬表面的凈化作用

3、工件變形小

4、可減少工件含金元素?fù)]發(fā)性

5真空熱處理爐熱效率高,可實(shí)現(xiàn)快速升溫和降溫；穩(wěn)定性和重復(fù)性好。工作環(huán)境好，操作安全，沒有污染和公害。

注射毛坯的加工裝配技術(shù)

脫脂前的注射坯雖然強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于燒結(jié)后的金屬零件的強(qiáng)度，但仍具有一定的強(qiáng)度可以進(jìn)行加工修整。

加減材料的加工工藝均可實(shí)施，用來改變毛坯的尺寸和形狀?？梢詫?duì)脫脂前的注射坯進(jìn)行澆口切除、分型線處理、鉆孔、倒角等去除材料的加工。

由于毛坯較軟，對(duì)刀具的磨損大大降低。毛坯強(qiáng)度較弱，容易損壞，需要較高的切削速度和低的進(jìn)給量來滿足最終的尺寸加工精度。

傳統(tǒng)的裝配工藝是將燒結(jié)后的零件連接起來，將脫脂前的注射毛坯零件組合成一體也是可行的。該組裝工藝目前有三種方法：一是將zui初的成型坯作為嵌件進(jìn)行第二次注射成型；二是多組分材料進(jìn)行復(fù)合成型；三是在脫脂前將單個(gè)的注射坯組裝成一體。

如果各個(gè)毛坯零件是由完全相同的注射材料注射成型，匹配的脫脂燒結(jié)收縮性能可以保證其很好地結(jié)合；若各個(gè)毛坯是由不同的注射料注射成型，必須采取措施防止開裂變形。

采用此項(xiàng)技術(shù)可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低模具成本；成型形狀更加復(fù)雜、傳統(tǒng)工藝難以加工的零件；成型具有不同性能、功能要求的復(fù)合材料零件或節(jié)省貴重原材料。

我國(guó)近十年來粉末冶金成形新技術(shù)綜述

粉末冶金是一項(xiàng)集材料制備與零件成形于一體，節(jié)能、節(jié)材、高效、最終成形、少污染的先進(jìn)制造技術(shù)，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的地位和作用，已經(jīng)進(jìn)入當(dāng)代材料科學(xué)的發(fā)展前沿。

   目前粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、低成本方向發(fā)展，本文著重介紹幾種近十年來粉末冶金零件的成形新技術(shù)。

   一、溫壓技術(shù)

   溫壓技術(shù)是粉末冶金領(lǐng)域近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，可生產(chǎn)出高密度、高強(qiáng)度，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。所謂溫壓技術(shù)就是采用te制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤(rùn)滑劑的預(yù)合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動(dòng)控制在±2．5℃以內(nèi)，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進(jìn)行壓制、燒結(jié)而制得粉末冶金零件的技術(shù)。其技術(shù)關(guān)鍵：一是溫壓粉末制備，二是溫壓系統(tǒng)。因?yàn)槊嫘牧⒎骄Ц竦膔-Fe總的間隙量雖比a-Fe的小，但空隙半徑比較大，所以能溶較多的碳。

   與傳統(tǒng)工藝相比，溫壓成形的壓坯密度約有0.15～0.30g／cm3的增幅，其密度可達(dá)7.45g／cm3。在相同的壓制壓力下，溫壓材料的屈服強(qiáng)度比傳統(tǒng)工藝平均高11％，極限拉伸強(qiáng)度平均高13．5％，沖擊韌性可提高33％。另外，溫壓零件的生坯強(qiáng)度高，可達(dá)2O～30MPa，比傳統(tǒng)方法提高50—100％，不僅降低生坯搬運(yùn)過程中的破損率而且能對(duì)生坯進(jìn)行機(jī)加工，表面光潔度好。此外，溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小，同時(shí)零件性能均一，產(chǎn)品精度高，材料利用率高。鐵素體含碳量很低，其性能接近純鐵，是一種塑性、韌性高和強(qiáng)度、硬度低的組織。

   溫壓工藝還有一個(gè)特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。研究表明，假如一次壓制、燒結(jié)的普通粉末冶金工藝的成本為1.0，則粉末鍛造的相對(duì)成本為2.0，復(fù)壓復(fù)燒的相對(duì)成本為1.5，滲銅的相對(duì)成本為1.4，而溫壓技術(shù)的相對(duì)成本為1．25。目前，采用溫壓技術(shù)生產(chǎn)的粉末冶金零件已達(dá)200多種，零件重量在5—1200g。例如，德國(guó)SinterstahlGmbH公司用溫壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的摩擦傳動(dòng)用同步齒環(huán)，在美國(guó)新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國(guó)際會(huì)議上獲獎(jiǎng)。該零件的齒部密度超過7.3g／cm，環(huán)體密度超過7.1g／cm，生坯強(qiáng)度達(dá)到28MPa。采用了擴(kuò)散合金化的燒結(jié)硬壓粉末，zui低抗拉強(qiáng)度為850MPa。放熱型可用于控制粉末冶金（含注射成形）燒結(jié)制品中的碳含量控制，分為淡型和濃型氣氛，淡型放熱氣氛的碳勢(shì)很低，用作低碳鋼、銅制品的燒結(jié)時(shí)，只用作無氧化加熱。由于使用了溫壓技術(shù)和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38％。

   二、流動(dòng)溫壓技術(shù)

   流動(dòng)溫壓技術(shù)(Warm Flow Compaction，簡(jiǎn)稱WFC)是在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點(diǎn)而提出來的一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)是提高混合粉末的流動(dòng)性。它通過提高了混合粉末的流動(dòng)性、填充能力和成形性，從而可以在8O～130~C溫度下，在傳統(tǒng)壓機(jī)上精密成形具有復(fù)雜幾何外形的零件，如帶有與壓制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件，而不需要其后的二次機(jī)加工。WFC技術(shù)既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形復(fù)雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術(shù)的高成本，是一項(xiàng)極具潛力的新技術(shù)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。七、噴砂噴砂:是采用壓縮空氣為動(dòng)力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到需處理工件表面，使工件表面的外表面的外表或形狀發(fā)生變化，獲得一定的清潔度和不同的粗糙度的一種工藝。

   WFC技術(shù)作為一種新型的粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)，其主要特點(diǎn)如下：(1)可成形具有復(fù)雜幾何形狀的零件；(2)壓坯密度高、密度均勻；(3)對(duì)材料的適應(yīng)性較好；(4)工藝簡(jiǎn)單，成本低。