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金属注射成型(MIM)解决方案大全

202202-09
来源:卓米科技关键词:金属注射成型(MIM)解决方案大全浏览量:555

1、MIM概述

MIM即(Metal Injection Molding)是金属注射成型的简称。是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混合,然后将混合料进行制粒再注射成形所需要的形状。

MIM流程结合了注塑成型设计的灵活性和精密金属的高强度和整体性,来实现极度复杂几何部件的低成本解决方案。MIM流程分为四个独特加工步骤(混合、成型、脱脂和烧结)来实现零部件的生产,针对产品特性决定是否需要进行表面处理。

2、金属注射成形(MIM)生产工艺与应用概要

MIM制造流程一般包括:混炼造粒、注塑成型、脱脂、烧结以及二次处理等。

(1)MIM工艺主要技术特点:

1、适合各种粉末材料的成形,产品应用十分广泛;

2、原材料利用率高,生产自动化程度高,适合连续大批量生产。

3、能直接成形几何形状复杂的小型零件(0.03g~200g);

4、零件尺寸精度高(±0.1%~±0.5%),表面光洁度好(粗糙度1~5μm);

5、产品相对密度高(95~100%),组织均匀,性能优异;

(2)MIM件的常用几种表面处理工艺

抛光处理

利用机械、化学或电化学的作用,使工件表面粗糙度降低,以获得光亮、平整表面的加工。

电镀处理

利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺。电镀可以起到防止金属氧化(如锈蚀),提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性(硫酸铜等)及增进美观等作用。

PVD处理

利用物理过程实现物质转移,将原子或分子由源转移到基材表面上的过程。它的作用是可以使某些有特殊性能(强度高、耐磨性、散热性、耐腐性等)的微粒喷涂在性能较低的母体上,使得母体具有更好的性能。

发黑处理

使金属表面产生一层氧化膜,以隔绝空气,达到防锈目的,是很常用的一种化学处理手段。外观要求不高时可以采用发黑处理,发黑液的主要成分是氢氧化钠和亚硝酸钠。

磷化处理

是一种化学与电化学反应形成磷酸盐膜的过程。磷化的目的主要是:

1)给基体金属提供保护,在一定程度上防止金属被腐蚀;

2)用于涂漆前打底,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力。

喷涂处理

通过喷枪或碟式雾化器,借助于压力或离心力,分散成均匀而微细的雾滴,施涂于被涂物表面的涂装方法。

总之:

1)抛光、磷化主要是预处理,为其他后处理做准备;

2)电镀、PVD是应用较多的两类处理技术;

3)发黑和喷涂会对制品表面会有较大的改变,更适合于大型工件。

(3)适用材料及应用领域:

MIM的应用极其广泛,包括日常生活用品,诸如汽车、航空航天工业、军工业、手机、手表、医疗、家用器具、照相机及装有MIM零件的电动工具等。MIM技术可适用于任何能制成粉末的材料,目前应用的MIM材料体系主要有:

不锈钢、铁基合金、磁性材料、钨合金、硬质合金、精细陶瓷等系列。

3、MIM与其他加工工艺的比较

(1)MIM与传统的粉末冶金(PM)的比较

(2)MIM与精密铸造的比较

压铸和精密铸造是可以成形三维复杂形状的零件,但压铸仅限于低熔点金属,而精密铸造(IC)限于合金钢、不锈钢、高温合金等高熔点金属及有色金属,对于难熔合金如硬质合金、高密度合金、金属陶瓷等却无能为力,这是IC的本质局限性,而且IC对于很小、很薄、大批量的零件生产是十分困难或不可行的。IC产业化已成熟,发展的潜力有限。MIM是新兴的工艺,将挤入IC大批量小零件的市场。

(3)MIM与传统机械加工的比较

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憾,并非只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

从MIM的工艺本质分析,是目前适合于大批量生产高熔点材料,高强度、复杂形状零件的工艺,其优点可归纳如下:

(1)MIM可以成型三维形状复杂的各种金属材料零件(只要这种材料能被制成细粉)。零件各部位的密度和性能一致,既各向同性。为零件设计提供了较大的自由度。

(2)MIM能大限度制得接近形状的零件,尺寸精度较高。

(3)即使是固相烧结,MIM制品的相对密度可达95%以上,其性能可与锻造材料相媲美。特别是动力学性能优良。

(4)粉末冶金(PM)的自动模压机的价格比注射成型机要高数倍。MIM可方便地采用一模多腔模具,成型效率高,模具使用寿命长,更换调整模具方便快捷。

(5)注射料可反复使用,材料利用率达98%以上。

(6)产品转向快。生产灵活性大,新产品从设计到投产时间短。

(7)MIM特别适合于大批量生产,产品性能一致性好。如果生产的零件选择适当,数量大,可取得较高的经济效益。

(8)MIM所用材料范围宽,应用领域广阔。可用于注射成型的材料非常广泛,如碳钢、合金钢、工具钢、难熔合金、硬质合金、高比重合金等。

4、MIM粘结剂

MIM工艺,离不开粘结剂,目前行业应用的粘结剂有多种:

粘结剂不同类型,各有差异,因此在MIM成型过程的不同环节会有不同的特性,下面我们从塑料基、蜡基粘结剂入手,分析粘结剂在混炼、注塑、脱脂和烧结制程上的差异:

5、MIM设备 

根据MIM的加工工艺流程来看,MIM涉及的设备有混炼造粒一体机、MIM专用注塑机、脱脂炉、烧结炉和多种检测、二次加工设备等多种设备。 

6、MIM全制程各工序成本分析 

MIM适用的材料主要有:Fe合金、Fe-Ni合金、不锈钢、W合金、Ti合金、Si-Fe合金、硬质合金、永磁合金及氧化铝、氮化硅、氧化锆等陶瓷材料。

MIM加工工序较长,能加工的材料众多,在实际生产中,如果通过科学的分析能知道哪几个工序成本高,对这些工序重点改进以提高效率、良率,就能有效增加利润,从而提高企业自身的竞争力,尤其在当下中国经济进入新常态下的形势下,对企业显得尤为重要。 

对于过硬、过脆难以切削的材料或几何形状复杂、铸造时原料有偏析或污染的零件,采用MIM工艺可大幅度节约成本。 

MIM的行业人士都清楚,通常,脱脂、注塑、模具损耗为3个成本较低的3个地方,3个加起来也不过是总量的10%~15%,仅不到后处理的1/3!(当然根据不同的产品会有不同的差异)。

以加工打字机印刷元件导杆为例:

通常需14道以上工序,而采用MIM工艺只需6道工序,可节约成本1/2左右。

通常,耗成本的地方是:喂料、烧结、后处理。

降低成本的主要方向有:

1)自己配料、混炼得到喂料,但技术壁垒较高;

2)提高产品的良品率,大限度的利用喂料;

3)改进工艺诱导粘结剂加速脱除,可能会大幅度降低烧结成本;

4)加强培训,培养一支经验丰富、工作熟练的员工队伍,以减少员工数量。

(原因是,后处理包括:喷砂、去披锋、整形和检测,大部分为人工检测。人工检测占很大的费用比例)

当材料成本/制造成本的比率增加时,潜在的成本更能降低,因此零件越小越复杂,经济效益将越好。通过以上分析,可以看出MIM成型的潜力是很大的。

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