CMF實驗室 | 金屬注射成型MIM

發布于 6天前 by inter_stella

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MIM技術起源于歐洲部分國家,最開始用于軍工裝備部件開發并得到應用。近些年,國內長三角地區通過對MIM技術的引入,隨著不斷地探索實踐,已經成功運用到汽車零部件、3C數碼類、醫療器械、工具鎖類等多個熱門領域。


01

概述


金屬粉末注射成型技術(Metal Powder Injection Molding Technology,簡稱MIM)是將現代塑料注射成型技術引入粉末冶金領域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成型技術。是將金屬粉末與其粘結劑的增塑混合料注射于模型中的成形方法。


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02

工藝流程


MIM 制造流程一般包括:混煉造粒、注塑成型、脫脂、燒結以及二次處理等。結合了注塑成型設計的靈活性和精密金屬的高強度和整體性,適合大批量生產小型、精密、形狀復雜以及具有特殊性能要求的金屬和陶瓷零部件,具有廣闊的應用前景和經濟價值。


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(1)混料:精細金屬粉末和熱塑性塑料、石蠟粘結劑按照精確比例進行混合。在專門的混合設備中進行混合,加熱到一定的溫度使粘結劑熔化。大部分情況使用機械進行混合,直到金屬粉末顆粒均勻地涂上粘結劑冷卻后,形成顆粒狀原料。


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(2)成型:注射成型的設備和技術與注塑成型類似。原料被送入機器加熱并在高壓下注入模腔 。這個環節形成(greenpart)冷卻后脫模,只有在大約200°c的條件下使粘結劑熔化 (與金屬粉末充分融合),上述整個過程才能進行。模腔尺寸設計要考慮金屬部件燒結過程中產生的收縮。


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(3)脫脂:運用物理或者化學方法將零件中粘結劑去除,最常用的是溶劑萃取法。絕大部分的粘結劑是在燒結前去除的,殘留的部分能夠支撐部件進入燒結爐,在燒結時被揮發。零件由金屬粉末與粘結劑的混合物變成單純的金屬零件,體積發生收縮,形狀結構不變。


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(4)燒結:部件被放進高溫、高壓控制的熔爐中。該部件在氣體的保護下被緩慢加熱,去除殘留的的粘合劑。之后,該部件就會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計尺寸并轉變為一個致密的固體,體積進一步收縮,形狀結構不變。


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針對注射成型燒結過程中產品部件的收縮變形,需要解決以下問題:

1.直接觀測產品部件在燒結過程中的整體尺寸變化規律以及重力影響部件局部下彎變形規律;

2.采用非接觸測量方式,避免接觸式測量頂桿加載力對排膠和燒結變形的影響;

3.采用大面積測量方式,直接測試成型件變形,避免制樣的代表性不足;

4.實現成型件或試樣的二維變形同時測量,并具有多點位置變化同時測量功能;

5.在不同升溫制度(如不同升降溫速度和不同恒定溫度)下觀測部件尺寸變化規律;

6.觀測不同氣氛(真空、氬氣、氮氣、氫氣等)和不同氣壓條件對部件尺寸變化規律的影響,以及不同溫度區間切換氣氛條件和氣壓恒定對部件尺寸變化規律的影響;

7.同時具備高精度高溫熱膨脹系數測試功能。


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(5)表面處理:MIM件常用的表面處理工藝包括拋光處理、電鍍處理、PVD處理、發黑處理、磷化處理、噴涂處理等。


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03

MIM工藝特點


1、零部件幾何形狀的自由度高,能像生產塑料制品一樣,一次成形生產形狀復雜的金屬零部件,且各部分密度均勻、尺寸精度高,適于制造幾何形狀復雜、精密及具有特殊要求的小型零件(0.05g-200g);


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04

MIM應用領域


MIM的應用極其廣泛。

(1)汽車用零件:安全氣囊用零件、汽車鎖用零件、安全帶用零件、汽車車門升降系統、小齒輪、汽車用空調系統小零件、剎車系統中齒條等,供油系統中的傳感器中的小零件;

(2)軍用零件:槍支零件、彈用零件、引信用零件;

(3)計算機及IT行業:如手機卡托、手機結構件、打印機零件、磁芯、撞針軸銷、驅動零件、光通信陶瓷插頭;

(4)工具:如鉆頭、刀頭、噴嘴、螺旋銑刀、汽動工具、漁具用的零件等;

(5)家用器具:如表殼、表鏈、電動牙刷、剪刀、高爾夫球頭、珠寶鏈環、刃具刀頭等零部件;

(6)醫療機械用零件:如牙矯形架、剪刀、鑷子;

(7)電氣用零件:微型馬達、傳感器件;

(8)機械用零件:如紡織機、卷邊機、辦公機械用零件等。


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05

工藝對比


MIM和CNC的對比:

同:均適合生產三維結構復雜、精度要求高的產品。

異:1.復雜件成本:當產品復雜程度極高時,CNC按時計價,成本高于MIM;

2.超小件生產:CNC受制于刀片,無法生產超小件,但MIM適合生產小件;

3.超薄件生產:CNC受制于裝夾,壁厚小于1mm的產品易變形,MIM可以生產超薄件;

4.批量生產:小批量生產時,CNC生產效率高;大批量生產時,MIM生產效率高。

CNC與MIM不完全為替代關系,也存在互補關系,如MIM的后置工序中存在CNC工序。


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06

MIM未來發展


行業代表包括上海富馳高科技股份有限公司,是目前國內生產規模最大設備最先進的龍頭企業,也培養了一大批 MIM 技術人才;以及常州精研科技股份有限公司,是國內第一家上市的 MIM 企業代表。


雖然 MIM 正引起人們越來越大的關注,但目前其規模與傳統加工技術相比還顯弱小,還有很大的發展潛力。新生的 MIM 工業還需要制定工業標準、加快工業化、提高從業者素質、研發設備以及爭取顧客等一系列的努力來將其發展壯大。


(1)粘結劑多樣化及脫脂技術的多途徑化

以醋酸纖維脂、聚乙二醇聚合物,丙烯酸聚合物、瓊脂為基體的諸多粘結劑體系得到進一步的發展應用。計算機輔助控制熱脫脂技術、溶劑脫脂技術,催化脫脂技術,以及冷凍干燥技術、微波輔助干燥技術都被用于粘結劑的脫脂研究。


(2)更先進、控制更精確的裝備

以計算機精密控制注射成形機及相關在線質量監測控制系統的研究和計算機輔助脫脂關鍵裝備技術的開發是目前及今后關注的重點方向。


(3)產業方面要形成關聯的產業鏈

把技術和工程能力深入吃透,形成生態產業鏈,產業鏈抱團,才能抵抗風險加速發展。


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