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MIM工艺介绍
来源: | 作者:天悦MIM | 发布时间: 2019-12-29 | 408 次浏览 | 分享到:

一:序言

MIM(Metal Injection Moulding)金属注射成形,是由美国在上个世纪70年代发明的一种新型制造工艺,在发明后的二十几年中,由于其非常强的适应性得到了飞速的发展。尤其是从2000年开始,发展速度更加迅猛。据专家统计,2003年全世界MIM产品的生产达到了2500吨的水平,勘称“第五代加工工艺”,是加工行业的一次“革命”。

可以用于MIM技术的材料非常广泛,原则上任何可高温烧结的粉末材料均可由MIM技术制成零件,包括传统工艺中难以加工的材料及高融点材料。此外,MIM技术也可以根据用户的要求进行材料的配方设计,制造任意组份的复合材料,并制成特种要求的零件。MIM工艺制品应用领域已经涉及到国民经济各领域,市场前景广阔。如:

1:计算机及辅助设施:如打印机零件、磁芯、撞针轴销、驱动零件;

2:工具:如枪钻、钻卡头、电动工具、手工工具、扳手等所用零件,铣刀头、喷嘴等;

3:家用器具:如表壳、表链、电动牙刷、剪刀、风扇、高尔夫球头、仿真珠宝、刀具刀头等零件;

4:医疗器械零件:如牙齿矫形架、剪刀、镊子;

5:军用军械零件:导弹尾翼、枪支零件、弹头、药型罩、引信用零件;

6:电气零件:如微型马达零件、电子零件、传感器件、手机、BP机用零件;

7:机械用零件:如松棉机、纺织机、缝纫机、办公机械等各类机械的小型复杂零件;

8:汽车、船舶零件:如离合器内环、摇臂镶块、拨叉套、分配器套、汽车安全气囊件、汽车锁具;

9:油田钻井用金各类异型硬质合喷嘴等。

 

MIM技术是1973年由美国加州Parmatech公司的航天燃料专家Wiech博士发明的,如今已成为世界粉末冶金领域发展最快的高新技术。由于该技术的独特优点和先进性,被美国列为不对外扩散技术加以保密,直到1985年才向全世界公布这一技术,而在这期间美国国内的MIM技术得以成熟并迅速发展形成产业化。该项技术向世界披露后得到世界各国政府、学术界、企业界的广泛重视,并投入了大量人力物力和财力予以开发研究。其中日本在研究上十分积极而且表现突出,许多大型株式会社参与了MIM技术的工业化推展,继日本快速发展之后,台湾、韩国、新加坡、以色列、土尔其、瑞士以及欧洲和南美的其他国家MIM产业也雨后春笋般的发展起来,获得了较大的商业利润。

作为该项技术的发明国美国,MIM技术产品已经广泛的应用于航天、摩托车、汽车、医疗器械、食品机械、计算机、通信设备、五金工具、仪器仪表、钟表等各个制造行业,MIM企业也因得到了长足的发展。

据粉末冶金协会粗略统计和预测,全球MIM产品的销售量正在以每年30%~40%的速度递增,截止2000年,全球的年平均销售额为10亿美元,预计到2010年平均年销售量将超过24亿美元。

2: 国内状况

中国MIM技术的发展只有不到十年的时间,技术的研究始于八十年代末,从事研究开发的单位不足10家,虽然粘结剂各有不同,但都取得了可喜的成果,有的已经达到国际先进水平,但在MIM技术的应用及产业化方面与国外相比存在一定的差距。原因有以下几个方面:

1)中国1956年才开始粉末冶金的发展,基础实力薄弱。(2)机械制造业与发达国家相比落后,工程技术人员的开发能力不足。(3)国内技术人员对MIM技术的认识程度不够,制约了MIM技术的推广,但随着中国工业水平的不断提高和WTO的加入,国外商品大量涌入中国,政府对MIM技术的重视 ,以及国内工程技术人员对MIM技术认知程度的进一步加深,MIM技术必将在中国得以迅速发展。

据中国粉末冶金协会预测:1-2年内我国MIM产品的市场需求量将达3-5亿元人民币,2010年可望突破15亿元人民币。

 

MIM工艺与其它加工工艺的对比。

1. MIM使用的原料粉末粒度直径为2-15μm,而传统粉末冶金的原料粉末粒度为50-100μm。MIM工艺的成品密度高,原因是使用微细粉末。MIM工艺具有传统粉末冶金工艺的优点,但是形状自由度是传统粉末冶金所不能达到的,其比较见表一。

1  MIM制程和传统粉末冶金的比较

 

制造工艺

比较项目

MIM工艺

传统粉末冶金工艺

粉末粒径(μm)

2-15

50-100

相对密度(%)

95-98

80-85

产品重量(g)

≤200

≥10

产品形状

三维复杂形状

二维复杂形状

机械性能

 

2. 传统的精密铸造工艺作为一种制作复杂形状产品极有效的技术,近年使用陶心辅助可以完成狭缝、深孔穴的产品,但碍于陶心的强度以及铸液的流动性限制,该工艺仍有某些技术上的难题。一般而言,此工艺制造大、中型零件较为合适,而小型复杂零件则MIM工艺较为合适,而且精铸工艺材质受到一定限制。

3. 压铸工艺适用于铝和锌合金等低熔点、铸流性好的材料,而MIM工艺适合各种材质。

4. 精密锻造可以成型复杂零件,但不能成型三维复杂的小型零件,其产品的精度低,产品有局限。

5. 传统机械加工法:近来靠自动化和数控提升加工能力,在效率和精度上有很大的进展,但是基本的程序上,仍未脱离逐步加工(车、刨、铣、磨、钻、抛等)完成零件形状的方式,机械加工的方法精度和复杂度远优于其他方法,但是因为材料的有效利用率低,且形状的完成受限于设备与刀具,有些零件无法用机械加工完成,相反,MIM可以有效利用材料,形状自由度不受限制。对于小型、复杂、高难度形状的精密零件的制造,MIM工艺比较机械加工而言,其成本较低用效率高,具有竞争力。

6. MIM技术弥补了传统加工方法在技术上的不足或无法制作的缺撼,并非与传统加工方法竞争,MIM技术可以在传统加工方法无法制作的零件领域发挥其特长,与传统加工法的图表比较见表2。

 2  MIM和其他金属加工法的比较

 

   加工方法

比较项目

MIM

精铸

传统粉末冶金

精锻

机加

压铸

形状自由度

4

5

2

2

4

4

形状精巧度

5

4

4

5

5

4

精度

4

3

4

5

5

3

材质自由度

5

4

5

2

3

2

模具费

3

4

3

1

5

3

量产性

5

2

5

5

3

5

机械强度

4

4

2

5

5

1

产品价格

3

2

4

5

2

4

注:比较的点数以5为最高,1为最低

 

 

 

 

复杂形状 低成本

MIM

 

高性能

 

 

 

   1 MIM三大优点

1.3 MIM工艺应用领域概述

1. 计算机及辅助设施:如打印机零件、磁芯、撞针轴销、驱动零件;

2. 工具:如枪钻、钻卡头、电动工具、手工工具、扳手等所用零件,铣刀头、喷嘴等;

3. 家用器具:如表壳、表链、电动牙刷、剪刀、风扇、高尔夫球头、仿真珠宝、刀具刀头等零件;

4. 医疗器械零件:如牙齿矫形架、剪刀、镊子;

5.  军用军械零件:导弹尾翼、枪支零件、弹头、药型罩、引信用零件;

6. 电气零件:如微型马达零件、电子零件、传感器件、手机、BP机用零件;

7. 机械用零件:如松棉机、纺织机、缝纫机、办公机械等各类机械的小型复杂零件;

8. 汽车、船舶零件:如离合器内环、摇臂镶块、拨叉套、分配器套、汽车安全气囊件、汽车锁具;

9. 油田钻井用金各类异型硬质合喷嘴等。

 

1.4  MIM工艺在零件制造方面的小结

1 可成型高度复杂结构的结构零件。该工艺技术利用注射方法,保证物料充分充满模具型腔,也保证了零件高复杂结构的实现.以往在传统加工技术中先做成个别元件再组成组件的方式,在使用MIM技术时可以考虑整合成完整的单一零件,大大减少步骤,简化加工程序。

2 制品尺寸精度高,不必进行二次加工或只需少量精加工

注射成型工艺可直接成型薄壁结构件,制品形状已达到或接近最终产品要求,零件尺寸公差一般保持在±0.1%~±0.3%左右,特别对降低难以机械加工的硬质合金、陶瓷零部件的加工成本,减少贵金属的加工损失尤其具有重要的意义。

3 制品微观组织均匀、密度高、性能好。在压制过程中由于模壁与粉末以及粉末与粉末之间的摩擦力,使得压制压力分布不均匀,也就导致了压制毛坯微观组织的不均匀,材料致密性差,密度低且不均匀,严重影响产品的机械性能。反之MIM是一种流体成型工艺,粘结剂的存在保证了粉末均匀分布,从而可以消除毛坯微观密度的不均匀,进而使制品的烧结密度接近材料的理论密度,从而使强度增加、韧性加强;延展性、导电性、导热性得到改善,综合性能提高。

4 效率高,易于实现大批量和规模化生产。MIM技术使用的模具,其寿命与塑料注射成型模具相当,由于使用金属模具,MIM适于零件的大批量生产,由于利用注射机成型产品毛坯,极大的提高了生产效率,降低成本,而且注射成型产品一致性好,重复性好,从而为大批量和规模化工业生产提供了保证,再者一模多腔可以进一步提高效率和降低毛坯的生产成本。

5 适用材料范围宽,应用领域广。可以用于MIM技术的材料非常广泛,原则上任何可高温烧结的粉末材料均可由MIM技术制成零件,包括传统工艺中难以加工的材料及高融点材料。此外,MIM技术也可以根据用户的要求进行材料的配方设计,制造任意组份的复合材料,并制成特种要求的零件。MIM工艺制品应用领域已经涉及到国民经济各领域,市场前景广阔。

 

四:环境保护、工业卫生及安全和消防

1:项目主要污染源和主要污染物

组批混料工段有少量粉尘;脱脂、烧结工段有微量废气排除,成分包括氮气、氮氧化物等。车间及周围噪声低于60分贝,符合国家《工业企业噪声控制设计规范》(GBJ87-85)和国家《工业企业厂界噪声标准》(GB12348-90);无辐射及无有毒、有害物质产生。

2:污染物的治理措施

组批混料工段局部泄露的粉尘通过布袋式除尘装置收集过滤后,去除了空气中99.9%的悬浮颗粒物,排放浓度低于国家《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996),而且回收物可再利用。脱脂、烧结工段产生的废气,经二段燃烧设备处理后,气体中氮氧化物和甲醛的浓度低于0.5PPM,符合《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)。