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1、文献综述最新金属粉末注射成型工艺发展概述1、引言将现代塑料注射成型技术引入到粉末冶金领域,不仅扩大注射成型技术的应用范围 ,同时也推动粉末冶金工艺的发展。金属粉末注射成型工艺及其应用,对材料选择、产品和模具的设计、 注射成型工艺过程及烧结工艺过程都进行了系统的分析 ,同时详细介绍该工艺中金属粉末、粘结剂、注射成型装备和工艺模拟软件等方面的发展趋势。2、金属注射成形技术金属注射成形 (Metal Injection Molding, 简称 MIM) 是一种从塑料注射成型行业中引伸出来的新型粉末冶金近技术,大家都知道塑料注射成形技术以低廉的价格生产各类形状复杂的制品,但塑料制品强度却有限,为了改善
2、性能 ,可以在塑料中加入金属或陶瓷粉末以获得强度较高、耐磨性好的产品， 多年来， 这一想法已演化为最大限度地提高固体粒子的含量并且在烧结过程中完全除去粘结剂使成形坯致密化。这种新的粉末冶金成型方式叫做金属注射成形。金属注射成形的基本工艺方法是： 首先选取符合 MIM 要求的金属粉末和粘结剂， 然后在一定温度条件下采用适当的方法将粉末和粘结剂混合均匀然后喂料，经制粒后在注射成形， 获得的成形毛坯再经过脱脂处理烧结致密化的最终成品。3、 MIM 产业发展1973年，美国人 Weich 等组建了 Parmatech公司来专门从事 MIM 技术的研究和产品开发工作，但此时 MIM 技术还处于萌发状态，
3、 知道的人少之又少。 直到 1979精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 7 页年， 公司产品在国际粉末冶金大会产品设计大赛中荣获两项大奖才引起工业界的重视。此后， MIM 应用技术的得到飞速的发展。当20世纪 80-90年代，MIM 技术产业化发展进入快速发展期，在美国、 日本、欧洲等国家和地区都得到了广泛的应用。其中瑞士中高档手表的表壳70%用 MIM 工艺制造而成。美国政府也将MIM技术列为美国经济发展和国家长久安全起至关重要作用的“国家关键技术” 。直到 2007 年，全球 MIM 产品销售额达 10 亿美元。据国际权
4、威部门统计，在未来几年 MIM 产业将会以超过20%的幅度增长。由于国际先进国家对MIM技术的转让限制等因素，中国在开始只能进行自主研发，早在“七五”、 “八五”计划时期就将MIM 技术研究列入高新技术，后在“863” 、 “973”计划的成形技术中又加大研究力度。在80 年代中后期，国内的一些高校和研究单位开始进行MIM 技术的介绍和研究，并在90 年代后期逐步有生产线的建成，开始工业化生产。直到2006 年以后，随着德国BASF 喂料在中国的有效推广， 新兴的 MIM 厂商绝大多数选用BASF 的 CATA-MOLD 喂料作为 MIM 原料进行 MIM 项目投资与建设。到目前为止，国内存在
5、蜡基喂料体系脱脂方式：溶剂脱脂+热脱粘和德国 BASF 公司推广的聚甲醛喂料体系脱脂方式：酸催化脱脂 。中国原创的蜡基喂料体系与国际上的蜡基喂料体系在原理上是致的， 但是在喂料的品质稳定性方面有着明显的差距，在产业发展过程中给此类 MIM 企业带来了很大的困扰。随着MIM 产业的迅速发展，催化脱脂技术在生产标准化程度、 生产效率、综合制造成本等方面的表现全面优于中国蜡基喂料体系。解决了中国MIM 行业产业化发展的瓶颈问题。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 7 页图一4、金属注射成形技术优点及其应用金属粉末注射成形突破了传统
6、金属粉末模压成型工艺在产品外形上的限制，结合了粉末冶金与塑料注射成形两大技术的优点，同时由于塑料注射成形技术能大批量、高效率生产具有复杂不规则形状的零件：如外部切槽、外螺纹、交叉通孔、锥形外表、盲孔、凹台、加强筋，外表滚花等等4.1 MIM 技术的优点1直接成形几何形状复杂的零件，通常重量0.1200g。2外表光洁度好、精度高，典型公差为0.05mm。3合金化灵活性好，材料适用范围广，制品致密度达95%99%，内部组织均匀，无内应力和偏析。4生产自动化程度高，无污染，可实现连续大批量清洁生产。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，
7、共 7 页图二与传统工艺相比， MIM 技术具有精度高、组织均匀、性能优异、生产成本低等特点，制品被广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。航空航天业有火箭喷嘴、 机翼铰链、 导弹尾翼、 涡轮叶片等高技术含量的产品，在汽车业有安全气囊组件、点火控制锁部件、座椅部件、刹车装置部件等一般用品。 电子业有磁盘驱动器部件、电缆连接器、振子、电脑打印头等产品，在 军工业有地雷转子、枪扳机、穿甲弹心、准星座、集束箭弹小弹等武器核心部件，在日用品：表壳、表带、表扣、缝纫机零件、电动玩具零件等复杂部件。在机械行业有异形铣刀、切削工具、电开工
8、具部件、微型齿轮、铰链等生产加工部件。而在医疗器械方面也有牙矫形架、剪刀、镊子、手术刀等专业工具制品。图三精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 7 页5、 MIM 的基本工艺步骤及特点5.1 MIM 的基本工艺步骤MIM 的基本工艺步骤是：首先选取符合MIM 要求的金属粉末和黏结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和黏结剂混合成均匀的喂料，经制粒后再注射成形，获得成形坯Green Part ，再经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品 White Part 。5.2 粉末注射成形技术的特点粉末注射成形技术的特点：粉末注射成形能
9、像生产塑料制品一样，一次成形生产形状复杂的金属、陶瓷零部件。该工艺技术利用注射方法，保证物料充满模具型腔， 也就保证了零件高复杂结构的实现。以往在传统加工技术中， 对于复杂的零件，通常是先分别制作出单个零件，然后再组装；而在使用MIM 技术时，可以考虑整合成完整的单一零件，这样大大减少了生产步骤， 简化了加工程序。1与传统的机械加工、精密铸造相比，制品内部组织结构更均匀；与传统粉末冶金压制烧结相比， 产品性能更优异， 产品 尺寸精度高， 外表光洁度好，不必进行再加工或只需少量精加工。金属注射成形工艺可直接成形薄壁结构件，制品形状已能接近或到达最终产品要求， 零件尺寸公差一般保持在0.10%0.
10、30%水平，特别对于降低难以进行机械加工的硬质合金的加工成本、减少贵重金属的加工损失尤其具有重要意义。2零部件几何形状的自由度高，制件各部分密度均匀、尺寸精度高，适于制造几何形状复杂、精度密高及具有特殊要求的小型零件 (0.2200g)。3合金化灵活性好，对于过硬、过脆、难以切削的材料或原料铸造时有偏析或污染的零件，可降低制造成本。4产品质量稳定、性能可靠，制品的相对密度可达95%100%，可进行渗碳、淬火、回火等热处理。5适用材料范围宽，应用领域广，原材料利用率高，生产自动化程度高，工序简单，可连续大批量规模化生产。 生产过程无污染，为清洁工艺生产。 MIM 技术使用的模具，其寿命与塑料注射
11、成形模具相似。由于使用金属模具，MIM 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 7 页适于零件的大批量生产；由于利用注射机成形产品毛坯，极大地提高了生产效率，降低了成本，而且注射成形产品一致性好、重复性好，从而为大批量和规模化工业生产提供了保证， 再者一模多腔可进一步提高效率和降低毛坯的成形成本。m，精度高，一般无需后续加工。6、连续烧结设备及其控制技术MIM脱脂与其他相关工艺有着很大的差异，大量的热脱脂研究说明，热脱脂的关键在于控制温度在低温阶段(150350)慢速升温 (1Cmin)，不产变形或者缺陷，所以要求真守脱脂炉具有
12、好的温度稳定性和均匀性。真空热脱脂与气氛热脱脂相比较，真空压力低时，有利于黏结剂的挥发及分解物的排出，所以脱脂速率大于常压下的气氛脱脂。随着金属注射成型技术的不断发展，其技术层面也越来越广，其中德国研制开发一种快速催化脱脂技术。该技术对脱脂炉的要求较高，需要专门的耐酸性的脱脂设备，设计炉子时要考虑环保问题。这种技术脱脂后的零件毛坯件强度很低，极易损坏 (实际上任何脱脂后的毛坯件强度都不高)；并且在烧结前总会有黏结刺残留住毛坯件中。这种情况下，减少产品的中问环节对提高产品成品率起到了相当重要的作用。金属注射成型零件经过脱脂炉后，通过一条密封的横向传送带送入连续烧结炉。零件在脱剩余的黏结剂和烧结过
13、程中应防止振动，因此采用特殊设计的步进梁传送结构。烧结部分主要分为升温、烧结、冷却三段。升温段担负脱剩余黏结剂与预烧的作用，采用Ni-cr 线圈作为加热元件，一般最高温度为800。 烧结带承担了主要的烧结作用， 加热元件为丝，最高温度可达 l600oC。金属粉末注射成型零件在惰性或复原性气氛中进行烧结，生产中产生的废气由一个位于人口段的排气烟筒经燃烧后排出。冷却带设计为双层壁式水冷结构，冷却水流速及冷却水温度均可以手动调节。烧结质量虽然与各个工序都有关系，但是最主要的还是由温度的均匀性和烧结工艺的稳定性决定的。所以，要求用于金属粉末注射成型的烧结设备具有非常好的温度均匀性，使得MIM 产品到达
14、各向同性收缩，从而减少烧结变精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 7 页形和提高产品精度；要求烧结炉密封性能好，漏气率小，保证所需温度和压力及气氛，从而实现烧结质密化；要求温度准确，控制灵敏，可实现MIM产品稳定的批量化生产。7、结束语近日在美国加州长滩举办的金属、陶瓷和硬质合金注射成型国际会议上，金属注射成型协会MIMA 主席 Matt Bulger 报告中称协会的大部分会员 77%预计今年业务将会继续增长。 来自 17 个国家的 120 名代表参加了此次会议。但是，预测今年收入会增长的会员单位中，只有不到一半的公司表示在2010年会增加工人，而超过一半的会员表示将增加资本投资。Bulger 称医疗和枪支应用是美国金属注射成型工业增长最快的市场。金属注射成型零件面临的最主要的挑战是全球竞争，原材料成本，以及更好的满足客户需求。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 7 页