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金属粉末注射成型工艺及其在汽车上的应用前景
来源: | 作者:天悦MIM | 发布时间: 2020-01-07 | 335 次浏览 | 分享到:
金属粉末注射成形(Metal Injection Molding,简称MIM)是由专门从事 MIM 技术的研究和产品研发的美国加州Parmatech公司于1973年发明的,MIM 是融合了塑料注射成形工艺、高分子学、粉末冶金工艺和金属材料学的一门新型金属零件近净成形技术。此技术在当时外界知之甚少。过去由于缺少合适的粉末及原料价格太高、知识平台不完善、技术不成熟(脱脂时间长、产品易变形等)、人们了解和市场接受时间不长、生产(包括模具制造)周期太长、投资不够等原因,其发展和应用较为缓慢。

金属粉末注射成型工艺及其在汽车上的应用前景

        1.MIM发展简介

        金属粉末注射成形(Metal Injection Molding,简称MIM)是由专门从事 MIM 技术的研究和产品研发的美国加州Parmatech公司于1973年发明的,MIM 是融合了塑料注射成形工艺、高分子学、粉末冶金工艺和金属材料学的一门新型金属零件近净成形技术。此技术在当时外界知之甚少。过去由于缺少合适的粉末及原料价格太高、知识平台不完善、技术不成熟(脱脂时间长、产品易变形等)、人们了解和市场接受时间不长、生产(包括模具制造)周期太长、投资不够等原因,其发展和应用较为缓慢。

        到了20世纪80年代中期,为解决MIM技术的难点,促进MIM技术实用化,美国制定了一个高级粉末工计划,研究内容涵括了与注射成形有关的18个课题。随后日本、德国等也积极开展MIM的开发研究。美国政府的引导加快了MIM技术的发展。经过随后几十年的发展,由于粉末产出率大大提高、合理的粘结剂设计、先进的脱脂方法的出现,MIM技术得到了快速的发展。

        随着MIM研究的不断深入,到90年代初已实现产业化。经过20多年的努力,目前MIM 已成为国际粉末冶金领域发展迅速、最有前途的一种新型近净成形技术,被誉为"国际最热门的金属零部件成形技术"之一。

        2.MIM工艺

        MIM是一种将金属粉末与其粘结剂的增塑混合料注射于模型中的成形方法。它是先将所选粉末与粘结剂进行均匀混合(按重量比例/体积比例),然后将混合料进行制粒再注射成形所需要的形状。聚合物将其粘性流动的特征赋予混合料,而有助于成形、模腔填充和粉末装填的均匀性。成形以后排除粘结剂,再对脱脂坯进行烧结。有的烧结产品还可能要进行进一步致密化处理、热处理或机加工。烧结产品不仅具有与塑料注射成形法所得制品一样的复杂形状和高精度,而且具有与锻件接近的物理、化学与机械性能。该工艺技术适合大批量生产小型、精密、三维形状复杂以及具有特殊性能要求的金属零部件的制造。

        MIM 技术包含四个主要工艺过程:①粉末和粘结剂混炼、制粒;②注塑机注射成形;③选取恰当的脱脂工艺脱脂;④烧结零件使其致密化。

        3.MIM工艺优势

        MIM技术作为一种制造高质量精密零件的近净成形技术,具有常规粉末冶金、机加工和精密铸造方法无法比拟的优势。

        1.能像生产塑料制品一样生产形状复杂的小型金属零件(0.1-500g);

        注塑是影響MIM的关键技术,MIM的成型设备、模具、甚至注射周期与注射很相似。与其他几种成形技术存在竞争,如砂型铸造、压铸和精密铸造、机加工等。MIM不仅继承了传统粉末冶金和塑料注射成形的优势,而且突破了粉末冶金在零件形状上的限制。形状复杂增加,MIM的成本竞争优势增加。MIM的最佳应用是制造复杂形状的小零件,尤其是那些采用其他生产工艺需要多个装配和成形工序才能实现的零件;

        2.制件各部分组织均匀、尺寸精度高、相对密度高(≥95%);

        因为MIM是注射和粉末烧结技术的混合工艺,因此公差的控制能力也是二者的结合。通常的注射公差范围是±0.3%~0.5%mm;相对密度可以达到95%以上;

        3.表面光洁度好;

        烧结后的表面粗擦度在0.2~1.6μm。这个范围与磨削加工的表面质量相当,可直接用于很多对表面粗糙度要求相对不高的场合;

        4.产品质量稳定,生产效率高,易于实现大批量、规模化生产。

        4.MIM零件在汽车上的应用

        随着科技的进步,汽车发展的主要方向是节能、环保、舒适、智能化和轻量化等。MIM 作为一种近净成形工艺,不仅能得到致密度高、力学性能良好、表面粗糙度小的零件,而且还能大批量、高效率地生产结构复杂的零件,一般不需要继续精加工,零件成本降低,促进了汽车轻量化发展,减少了环境污染,因而引起了汽车行业的重视。

        利用 MIM 技术,可以将微小的汽车零件设计成为一个整体或多个组件,运用 MIM工艺一次注射成形,使得零件在满足性能的前提下,达到微型、集成、低成本等特点。同时可制造零件带有外部切槽、外螺纹、交叉孔、盲孔、加强筋板、凹槽与键销等复杂形状。

        汽车制造业是MIM的最大用户,典型用途是高温、高耐磨性发动机零件和变速箱零件,其他的还有诸如杆件(拉索接头)、离合器内环、摇臂镶块、拨叉套、分配器套、汽车安全气囊件、汽车锁具零件等。

        中国已经成为世界第一大汽车生产、销售国家,汽车生产已经占到全世界约30%,汽车工业在我国经济发展中占有重要地位。就我国而言,MIM市场自2000年开始逐步增长,短短十几年,国内MIM市场已呈现出较为强劲的发展势头。根据数据统计,2011年国内 MIM市场规模突破了10亿元大关(全球约10亿美元),到2015年市场规模已经接近50亿元(全球约20亿美元),我国MIM市场已经发展成为全球 MIM 市场的重要组成部分。同时,中国钢结构协会粉末冶金分会预计到2018年我国 MIM 市场规模将突破70亿元,判断未来我国 MIM市场仍将拥抱高速的发展空间。

        国际上每辆汽车的粉末冶金制品使用量,在欧洲是14公斤,日本是16公斤,美国是19.5公斤。而国内汽车的MIM 产品使用量只有5 公斤左右。可以预见,在汽车产量持续增长的带动下,未来 MIM 产品在汽车产业中的应用将面临更加广阔的发展空间。

        5.总结

        随着MIM工艺的不断成熟,以及汽车行业的迅猛发展,新工艺和新材料的应用也在不断更新,而汽车消费者对汽车提出了更高的要求:安全性、舒适性、环保性等,汽车上的零部件数量巨大,在汽车节能低排、轻量化的发展趋势下,会有更多的MIM零件被应用,以替代传统的加工工艺,这也必将为汽车工业发展的变革创新注入新的动力。