MIM金屬注射成型工藝介紹

MIM，金屬注射成型技術(shù)，已成為粉末冶金領(lǐng)域中發(fā)展迅速、最具發(fā)展前景的新型近凈成形技術(shù)，被譽(yù)為“世界上最流行的金屬零件成形技術(shù)”之一。

本文將介紹MIM工藝的基本概念、工藝流程、優(yōu)點(diǎn)、與其它工藝的比較、適合的零件類型及MIM應(yīng)用。

對于工程師來說，要想做好產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就需要主動學(xué)習(xí)和了解MIM工藝。也許我們會發(fā)現(xiàn)，我們可以通過使用MIM工藝降低成本。

—1—MIM基本概念

金屬注射成型，簡稱MIM（金屬注射成型）這是一種混合金屬粉末和粘合劑用于注射成型的方法。

首先將選定的粉末與粘結(jié)劑混合，然后將混合物造粒并注射成型為所需的形狀，通過脫脂和燒結(jié)除去粘結(jié)劑，從而獲得所需的金屬產(chǎn)品，或者在隨后的成型之后、表面處理、熱處理、機(jī)械加工等方式使產(chǎn)品更加完美。

MIM = 粉末冶金 + 注塑成型MIM是典型的學(xué)科跨界產(chǎn)物事情，兩種完全不同的處理技術(shù)（粉末冶金和塑料注射成型）融為一體，使工程師可以擺脫傳統(tǒng)的束縛，通過塑料注射成型獲得低廉的價(jià)格、異型的不銹鋼、鎳、鐵、銅、鈦和其他金屬部件，因此比許多其他生產(chǎn)工藝具有更大的設(shè)計(jì)自由度。

—2—MIM的工藝過程MIM工藝主要分為四個(gè)階段，包括制粒、注射、脫脂和燒結(jié)，以及隨后的機(jī)械加工或拉絲，如果需要的話、電鍍等二次加工技術(shù)。

2.1 造粒

細(xì)金屬粉末和石蠟粘合劑、熱塑性塑料以精確的比例混合?；旌线^程是在一個(gè)特殊的混合設(shè)備中進(jìn)行的，該設(shè)備被加熱到一定的溫度以熔化粘合劑。

在大多數(shù)情況下，使用機(jī)械混合，直到金屬粉末顆粒被粘合劑均勻包覆并冷卻形成顆粒（稱為原料）這些顆粒可以注射到模腔中。

2.2 注射將顆粒狀原料送入機(jī)器加熱，并在高壓下注射到模具型腔中，注射成型得到坯體該過程非常類似于塑料注射成型。模具可設(shè)計(jì)成多型腔以提高生產(chǎn)率，在設(shè)計(jì)模具型腔尺寸時(shí)應(yīng)考慮金屬零件燒結(jié)時(shí)的收縮。

2.3脫脂

脫脂是將生胚中的粘結(jié)劑去除的過程，脫脂后得到褐色坯體這個(gè)過程通常分幾個(gè)步驟完成燒結(jié)前除去大部分粘結(jié)劑，剩下的部分可以支撐零件進(jìn)入燒結(jié)爐。

脫脂可以通過許多方法完成，最常用的方法是溶劑萃取。脫脂后的零件是半透性的，燒結(jié)時(shí)殘留的粘結(jié)劑很容易揮發(fā)。

2.4燒結(jié)

脫脂后的棕坯放入高溫中、在高壓可控爐中。在氣體保護(hù)下緩慢加熱褐色坯體，以去除殘留的粘合劑。粘結(jié)劑完全去除后，褐色坯體會被加熱到非常高的溫度，由于顆粒的融合，顆粒之間的空隙會消失。棕色坯料定向收縮至其設(shè)計(jì)尺寸，并轉(zhuǎn)變成致密固體，從而獲得最終產(chǎn)品。

在燒結(jié)過程中，約有20會出現(xiàn)褐色坯體%的整體尺寸收縮。

—3—MIM的優(yōu)勢MIM結(jié)合了粉末冶金和塑料注射成型的優(yōu)點(diǎn)，突破了傳統(tǒng)金屬粉末成型工藝在產(chǎn)品形狀上的限制，將塑料注射成型技術(shù)用于批量生產(chǎn)、復(fù)雜形狀零件高效成形的特點(diǎn)，成為現(xiàn)代制造高質(zhì)量精密零件的近凈成形技術(shù)，具有常規(guī)粉末冶金、機(jī)械加工和精密鑄造無可比擬的優(yōu)勢。

3.1 可成型高度復(fù)雜的零件

與其它金屬成形工藝如金屬板沖壓相比，、粉末成型、鍛造和機(jī)加工等MIM能夠構(gòu)成具有高度復(fù)雜幾何外形的零件。

普通來說，MIM也能夠完成塑料注射成型所能完成的復(fù)雜零件構(gòu)造。

應(yīng)用這一特性，運(yùn)用MIM有時(shí)機(jī)把本來由其它金屬成型加工的多個(gè)零件兼并為一個(gè)零件，簡化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，減少零部件數(shù)量，從而減少產(chǎn)品的裝配本錢。

3.2 材料利用率高

MIM成型是一種近凈成型的工藝，其零件其外形已接近最終產(chǎn)品形態(tài)，資料應(yīng)用率高，這一點(diǎn)關(guān)于貴重金屬的加工損失特別具有重要意義。

3.3 零件微觀組織均勻、密度高、性能好

MIM是一種流體成型工藝，粘接劑的存在保證了粉末的平均排布，從而可消弭毛坯微觀組織上的不平均，進(jìn)而使燒結(jié)制品密度可到達(dá)其資料的理論密度。

普通來說，MIM能夠到達(dá)理論密度的95%~99%，高致密性可使MIM零件強(qiáng)度增加、韌性增強(qiáng)、延展性和導(dǎo)電導(dǎo)熱性得到改善，磁性能進(jìn)步。

而傳統(tǒng)粉末成型壓制的零件，其密度最高只能到達(dá)理論密度的85%，這主要是由于模壁與粉末以及粉末與粉末之間的摩擦力，使得壓制壓力散布不平均，也就招致了壓制毛坯在微觀組織上不平均，這樣就會形成壓制粉末冶金件在燒結(jié)過程中收縮不平均，因而不得不降低燒結(jié)溫度以減少這種效應(yīng)，從而使制品孔隙度大、資料致密性差、密度低，嚴(yán)重影響零件的機(jī)械性能。

3.4 效率高，易于實(shí)現(xiàn)大批量和規(guī)?；a(chǎn)

MIM運(yùn)用注射機(jī)成型產(chǎn)品生坯，消費(fèi)效率大幅度進(jìn)步，合適大批量消費(fèi)；同時(shí)注射成型產(chǎn)品的分歧性、反復(fù)性好，從而為大批量和范圍化工業(yè)消費(fèi)提供了保證。

3.5 適用材料范圍寬，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊

適用于MIM的金屬資料十分普遍，準(zhǔn)繩上任何可高溫澆結(jié)的粉末資料均可由MIM工藝制形成成零件，包括傳統(tǒng)制造工藝中的難加工資料和高熔點(diǎn)資料。

MIM能加工的金屬資料包括低合金鋼、不銹鋼、工具鋼、鎳基合金、鎢合金、硬質(zhì)合金、鈦合金、磁性資料、Kovar合金、精密陶瓷等。

此外，MIM也能夠依據(jù)用戶請求停止資料配方研討，制造恣意組合的合金資料，將復(fù)合資料成型為零件。

MIM成型有色合金鋁和銅在技術(shù)上是可行的，但是通常由其它更經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行處理，如壓鑄或機(jī)加工。

—4—MIM與其它工藝的對比 MIM與其它工藝的對比，如下所示：

—5—哪些零件適合MIM工藝

雖然MIM被稱為第五代金屬成型技術(shù)，但并非一切金屬零件都合適運(yùn)用MIM、或者說運(yùn)用MIM具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

只要大批量消費(fèi)的小型、精細(xì)、具備復(fù)雜三維幾何外形及特殊請求的金屬零件，才合適運(yùn)用MIM、才具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

5.1 重量MIM工藝比較適合重量小的金屬零件。最典型MIM零件重量通常在10~15g左右，少于50克是最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的，最大不超過300g。

5.2 尺寸MIM工藝比較適合尺寸小的金屬零件。最典型MIM零件尺寸是在25mm左右，最大不超過150mm。

為什么MIM工藝不適合大尺寸零件呢？ 這主要是因?yàn)镸IM零件公差一般為尺寸大小的0.3%~0.5%，尺寸過大，則零件的公差會變大。公差過大，可能不符合設(shè)計(jì)要求，或者需要額外的機(jī)加工等二次加工工序，增加成本。

5.3 厚度MIM零件的典型厚度為1.0~3.0mm。

5.4 形狀MIM零件適合具有外部切槽、外螺紋、錐形外表面、交叉通孔、盲孔、凹臺、鍵銷、加強(qiáng)筋板、表面滾花等復(fù)雜三維幾何形狀。如果是簡單形狀，使用鈑金沖壓、鍛造和粉末成型等工藝，可能更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

5.5批量由于MIM工藝需要通過模具成型，而模具存在成本，因此MIM工藝要求金屬零件在一定批量的前提下，才具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。一般來說，適合MIM工藝的年批量要求為10萬個(gè)以上。

—6—MIM的應(yīng)用 MIM廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車零部件、醫(yī)療器械、電動工具、工業(yè)設(shè)備以及日常用品中等多個(gè)領(lǐng)域。

6.1 消費(fèi)電子領(lǐng)域

消費(fèi)電子產(chǎn)品通常包括智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、智能穿戴設(shè)備、無人駕駛飛機(jī)等。

2010年，黑莓手機(jī)的標(biāo)牌外觀件采用了 MIM 制程工藝技術(shù)，開啟了MIM零件在手機(jī)上的批量化運(yùn)用。

蘋果公司也自2010年開端運(yùn)用MIM零件，并不時(shí)拓展、引領(lǐng)MIM的運(yùn)用范圍，電源接口件、卡托、鉸鏈、攝像頭圈、按鍵等MIM零件在手機(jī)上均完成勝利應(yīng)用。

隨著智能手機(jī)、智能穿戴設(shè)備等消費(fèi)電子產(chǎn)品向愈加輕薄化開展，這些產(chǎn)品的中心零部件也將愈加精細(xì)化和復(fù)雜化。在此背景下，MIM 工藝的應(yīng)用前景將日益寬廣。

6.2 汽車零部件

在汽車零部件制造范疇，MIM工藝作為一種無切削的金屬零件成形工藝，可儉省資料，降低消費(fèi)本錢，因而 MIM工藝遭到汽車產(chǎn)業(yè)的高度注重，并于 20 世紀(jì) 90年代開端應(yīng)用于汽車零部件市場。

目前，汽車產(chǎn)業(yè)曾經(jīng)采用MIM工藝消費(fèi)的一些外形復(fù)雜、雙金屬零件以及成組的微小型零件，如渦輪增壓零件、調(diào)理環(huán)、噴油嘴零件、葉片、齒輪箱、助力轉(zhuǎn)向部件等。

6.3 醫(yī)療器械

在醫(yī)療器械領(lǐng)域，MIM工藝消耗的醫(yī)療配件精度高，可以滿足大部分精細(xì)醫(yī)療器械所需配件的小尺寸、高復(fù)雜度、高機(jī)械性能等要求。

近年來，MIM技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，比如外科手術(shù)手柄、剪刀、鑷子、牙科零件、骨科關(guān)節(jié)零件等。

6.4 電動工具

電動工具零件的加工很復(fù)雜、加工成本較高、材料利用率低，對MIM的依賴性較高典型產(chǎn)品包括近年來開發(fā)的異形銑刀、切削工具、緊固件、微型齒輪、松棉機(jī)/紡織機(jī)/卷邊機(jī)零件等。

審核編輯 ：李倩