【材料課堂】金屬成型新工藝：MIM

2015.12.23 摘自新材料在線

一、MIM是一種金屬加工成型工藝

MIM (Metal injection Molding )是金屬注射成形的簡(jiǎn)稱(chēng)。是將金屬粉末與其粘結(jié)劑的增塑混合料注射于模型中的成形方法。它是先將所選粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行混合，然后將混合料進(jìn)行制粒再注射成形所需要的形狀。

二、MIM工藝流程步驟

MIM流程結(jié)合了注塑成型設(shè)計(jì)的靈活性和精密金屬的高強(qiáng)度和整體性，來(lái)實(shí)現(xiàn)極度復(fù)雜幾何部件的低成本解決方案。 MIM流程分為四個(gè)獨(dú)特加工步驟（混合、成型、脫脂和燒結(jié)）來(lái)實(shí)現(xiàn)零部件的生產(chǎn)，針對(duì)產(chǎn)品特性決定是否需要進(jìn)行表面處理。

1、混合

精細(xì)金屬粉末和熱塑性塑料、石蠟粘結(jié)劑按照jq比例進(jìn)行混合?；旌线^(guò)程在一個(gè)專(zhuān)門(mén)的混合設(shè)備中進(jìn)行，加熱到一定的溫度使粘結(jié)劑熔化。大部分情況使用機(jī)械進(jìn)行混合，直到金屬粉末顆粒均勻地涂上粘結(jié)劑冷卻后，形成顆粒狀（稱(chēng)為原料），這些顆粒能夠被注入模腔。

2、成型

     注射成型的設(shè)備和技術(shù)與注塑成型是相似的。顆粒狀的原料被送入機(jī)器加熱并在高壓下注入模腔 。這個(gè)環(huán)節(jié)形成（green part）冷卻后脫模，只有在大約200°c的條件下使粘結(jié)劑熔化 （與金屬粉末充分融合），上述整個(gè)過(guò)程才能進(jìn)行，模具可以設(shè)計(jì)為多腔以提高生產(chǎn)率。 模腔尺寸設(shè)計(jì)要考慮金屬部件燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的收縮。 每種材料的收縮變化是jq的、已知的。

3、脫脂

      脫脂是將成型部件中粘結(jié)劑去除的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程通常分幾個(gè)步驟完成。絕大部分的粘結(jié)劑是在燒結(jié)前去除的，殘留的部分能夠支撐部件進(jìn)入燒結(jié)爐。 脫脂可以通過(guò)多種方法完成，最常用的是溶劑萃取法。脫脂后的部件具有半滲透性，殘留的粘結(jié)劑在燒結(jié)時(shí)很容易被揮發(fā)。

4、燒結(jié)

     經(jīng)過(guò)脫脂的部件被放進(jìn)高溫、高壓控制的熔爐中。該部件在氣體的保護(hù)下被緩慢加熱，以去除殘留的的粘合劑。粘結(jié)劑被wqqc后，該部件就會(huì)被加熱到很高的溫度，顆粒之間的空隙由于顆粒的融合而消失。該部件定向收縮到其設(shè)計(jì)尺寸并轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)致密的固體。對(duì)于大多數(shù)的材料，典型的燒結(jié)密度理論上大于97%。高燒結(jié)密度使得產(chǎn)品性能與鍛造材料相似。

5、表面處理

     根據(jù)具體需求，有些部件燒結(jié)后可能需要進(jìn)行表面處理。熱處理可以提高金屬物理性能。電鍍、涂裝可以應(yīng)用于高密度材料。提供焊接或冷卻處理技術(shù)。

三、MIM產(chǎn)品通常具有以下特性

1、  復(fù)雜性

MIM和注塑成型一樣，形狀設(shè)計(jì)沒(méi)有限制。由于MIM是一個(gè)成型過(guò)程，附加的產(chǎn)品特性不會(huì)增加成本，這使得MIM成為將獨(dú)立零件組合成多功能的產(chǎn)品的理想途徑。MIM設(shè)計(jì)規(guī)則同注塑成型非常接近，從而適用于幾乎所有產(chǎn)品。

2、  精密性

MIM凈成型精度的參考設(shè)計(jì)通常是尺寸的± 0.5%。 某些特性?xún)舫尚湍苓_(dá)到±0.3%。如同其它技術(shù)一樣，精度要求越高成本越高， 因此在質(zhì)量允許情況下鼓勵(lì)適度放寬公差要求。 MIM一次成型無(wú)法達(dá)到的公差可以借助表面處理實(shí)現(xiàn)。

3、重量和尺寸

MIM特別適合重量小于100克的零部件，少于50克是最經(jīng)濟(jì)的。然而，重量達(dá)250克的零部件也可以處理。MIM工藝的主要成本是原材料，因此MIM通過(guò)新技術(shù)來(lái)盡可能減少零部件的重量。同塑料產(chǎn)品一樣，可以在不影響產(chǎn)品完整性的條件下，通過(guò)內(nèi)核和支架來(lái)減少零部件的重量。MIM在極小和微型零部件方面表現(xiàn)突出，重量小于0.1克也是可行的。重量不是限制因素，長(zhǎng)度超過(guò)250mm的產(chǎn)品也能被處理。

4、  薄型化

小于6毫米的壁厚對(duì)于MIM是最適合的。較厚的外壁也可以，但是成本會(huì)由于處理時(shí)間長(zhǎng)和增加額外材料而增加。另外，低于0.5 mm的極薄壁對(duì)MIM也是能實(shí)現(xiàn)，但對(duì)設(shè)計(jì)有很高的要求 。

5、  產(chǎn)量

MIM是彈性較大的工藝，年需求量幾千到幾百萬(wàn)的產(chǎn)量能夠非常經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)。和鑄造件、注塑件一樣，MIM需要客戶(hù)投資模具和工具費(fèi)用，所以對(duì)小批量的產(chǎn)品而言，通常會(huì)影響到成本估算。

6、  原料

      MIM能處理很多材料，包括鐵合金、超級(jí)合金、鈦合金、銅合金、耐火金屬、硬質(zhì)合金、陶瓷和金屬基復(fù)合材料。雖然有色合金鋁和銅在技術(shù)上是可行的，但是通常由其他更經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行處理，如壓鑄或機(jī)加工。

四、MIM設(shè)計(jì)指導(dǎo)

      MIM被廣泛運(yùn)用到各個(gè)汽車(chē)、醫(yī)療、電子、工業(yè)、消費(fèi)等各行業(yè)，產(chǎn)品涉及包括汽車(chē)配件、航空航天器材、移動(dòng)電話、牙科儀器、電子散熱器和密封包裝、電子連接器硬件、工業(yè)工具、光纖連接器、噴霧系統(tǒng)、盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、醫(yī)療設(shè)備、手持電動(dòng)工具、手術(shù)器械和運(yùn)動(dòng)器材等。

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