MIM金属粉末注射成型技术简介
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收稿日期:2005 05 13;修改稿收到日期:2005 07 28。
作者简介:黄诗君,男,讲师,从事金属与塑料的成型工艺、模具C AD/CAM 的研究,已发表论文10余篇。
*广东省科技攻关项目(2004A10402001)。
综 述金属粉末注射成型工艺*黄诗君 张宏超 章争荣 肖小亭 陈绮丽(广东工业大学材料与能源学院,广州,510643)摘要:将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域,不但扩大注射成型技术的应用,同时也推动粉末冶金工艺的发展。
详细讨论金属粉末注射成型工艺及其应用,对其材料选择、产品与模具的设计、注射成型工艺过程及烧结工艺过程进行了系统的分析,并展望了该工艺中金属粉末、粘结剂、注射成型装备和工艺过程数值模拟软件等方面的发展趋势。
关键词: 金属粉末 注射成型 产品设计 模具设计 粉末烧结金属粉末注射成型(Metal Injectio n M olding,简称M IM )技术是在传统的注射成型和粉末冶金工艺的基础上发展起来的一种新型的注射成型工艺[1]。
特别适合于大批量生产小型、复杂的高密度金属或金属化合物的制品,扩大粉末冶金技术的应用范围。
MIM 是利用一种合适的金属粉末(粒度低于20 m)与某种粘结剂混合后生成注射原料,然后采用类似于塑料注射成型的工艺,运用注射成型设备将熔融原料注射入模具中冷却获得初次毛坯,大多数粘结剂采用热化学方法脱脂,其余部分放入粉末冶金的炉膛烧结获得最终尺寸,有必要时可进行适当的后加工处理。
其工艺过程主要分3个阶段[2,3]:将粘结剂和金属粉的混合物注射成型;通过加热或低温焙烧成具有一定形状的多孔的金属零件;高温烧结成结实的只有金属材料组成的零件。
MIM 能生产体积小、形状复杂、批量大的金属零件,如数以百万计的汽车工业消耗零件(ABS 刹车、驾驶杆和燃料喷头等)、航空配件、日常消费品、电脑及军备武器等[4]。
另外,M IM 能够生产具有复合功能的多功能组成物,包括:有磁性和无磁性、磁性响应和耐蚀性、受约束的多孔性和强的惰性、高的热传导率和低的热膨胀系数、耐磨性和强韧性、高的热传导率和很好的玻璃到金属封闭性、高柔性模数和高的阻尼能,还有磁性响应和电阻率[5]。
精心整理
MIM(金属粉末注塑成型)技术介绍
?????MIM 是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一种全新的金属零部件近净成形加工技术,是近年来粉末冶金学科和工业领域中发展十分迅猛的一项高新技术。
MIM 的工艺步骤是:首先选取符合MIM MIM ????1????2~1.6μm ????3度高,工序简单,可实现连续大批量生产;?
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产品强度、硬度、延伸率等力学性能高,耐磨性好,耐疲劳,组织均匀;?
国际上普遍认为MIM技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命,被誉为“21世纪最热门的零部件的成形技术”。
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MIM技术优势
MIM与传统粉末冶金相对比?
?MIM可以制造复杂形状的产品,避免更多的二次机加工。
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?MIM产品密度高、耐蚀性好、强度高、延展性好。
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?MIM可以将2个或更多PM产品组合成一个MIM产品,节省材料和工序。
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MIM与机械加工相对比?
??MIM设计可以节省材料、降低重量。
???MIM可以将注射后的浇口料重复破碎使用,不影响产品性能,材料利用率高。
MIM技术介绍MIM技术,即金属注射成型技术(Metal Injection Molding),是一种将金属粉末与高聚合物粉末相混合,通过注射成型后烧结制成零件的先进制造技术。
该技术的特点是将金属粉末颗粒与粘结剂混合,并在注射成型后通过烧结过程将粉末颗粒结合在一起形成致密的金属零件。
MIM技术是目前最流行的三维成型技术之一,它兼具了传统压力成型和金属烧结的优点。
在MIM技术中,首先将金属粉末与粘结剂按一定比例混合,形成MIM料浆。
然后,通过注射机将MIM料浆注射到金属模具中进行成型。
成型后的零件经过脱模,形成近净成型的未烧结零件。
最后,通过烧结过程,将未烧结零件在惰性气氛下加热至金属粉末的熔点以上进行烧结,粘结剂将烧结后残留物挥发,金属粉末颗粒结合在一起,形成致密的金属零件。
MIM技术的优点主要表现在以下几个方面。
首先,MIM技术可以制造形状复杂、精度高的零件,相比传统的金属加工方法更加灵活。
其次,MIM技术能够生产大批量的零件,并且具有高度的一致性,适用于需求量大的产品制造。
此外,MIM技术还可以制造超细或微型零件,满足现代微电子、医疗器械等领域对高精度零件的需求。
尽管MIM技术在低成本、高效率和高精度等方面具有明显优势,但也存在一些挑战。
首先,MIM技术对原料的要求较高,金属粉末的粒度和形状对成型效果有较大影响。
其次,粘结剂的选择和控制也是一项关键任务。
此外,由于烧结过程中需要控制温度和气氛等因素,烧结工艺相对复杂。
因此,MIM技术的成功应用需要综合考虑材料、工艺和设备等多个因素。
总的来说,MIM技术是一种高度灵活、高效率、高精度的金属成型方法,已在汽车、航空航天、电子、医疗器械等领域得到广泛应用。
随着材料科学和制造技术的不断发展,MIM技术将进一步完善和推广,为各个行业提供更多高质量的金属零件。
MIM技术作为一种金属粉末成型技术,具有独特的优势和特点,逐渐成为制造业中不可忽视的一种先进工艺。
金属粉末的注射成型课件金属粉末注射成型(Metal Powder Injection Molding,简称MIM)是一种用于生产精密金属部件的先进制造技术。
它将金属粉末与聚合物结合,经过注射成型、脱蜡、烧结等多个工序,最终得到具有复杂形状和精确尺寸的金属零件。
以下是针对MIM的课件,详细介绍了其工艺流程、材料选择、应用领域等相关内容。
一、MIM工艺流程1.原料配比:根据零件的要求和性能指标,选取合适的金属粉末和粘结剂进行混合。
2.注射成型:将混合物注入金属注射机中,通过高压注射技术将混合物注入模具中,形成绿体。
3.脱蜡:将绿体在特定温度下进行脱蜡处理,去除粘结剂,得到蜡模复制体。
4.烧结:将蜡模复制体放入高温炉中进行烧结,使金属粉末颗粒结合,形成致密的金属零件。
5.后处理:包括去除余蜡、表面处理、热处理等工序,以提高零件的强度和耐磨性。
6.检测和质量控制:对成品进行尺寸、力学性能、表面质量等方面的检测,确保产品质量。
二、MIM材料选择1.金属粉末:常见的金属粉末有不锈钢、低合金钢、铜合金、钛合金等。
根据零件的应用环境和要求,选择合适的金属材料。
2.粘结剂:粘结剂在成型过程中起到连接金属粉末的作用,通常选择热融性较好的有机聚合物作为粘结剂。
常用的粘结剂有石蜡、聚苯乙烯、聚乙烯等。
3.添加剂:为了改善金属粉末的流动性、可压性和烧结性能,常在原料中添加一定量的添加剂,如润滑剂、增塑剂等。
三、MIM应用领域1.电子通讯领域:MIM技术可制造微型模块、连接器和天线等小型结构件,提高电子产品的性能和可靠性。
2.汽车工业:MIM技术可制造汽车部件,如汽车发动机的传感器、变速器的齿轮、刹车系统的活塞等,提高汽车的性能和安全性。
3.医疗器械领域:MIM技术可制造医疗器械部件,如植入式人工关节、牙科器械等,具有高精度、复杂形状和生物相容性的特点。
4.工具制造领域:MIM技术可制造锥度齿轮、刀具、模具等精密工具,应用于航空航天、模具制造等领域。
2024年金属粉末注射成型(MIM)市场分析报告1. 引言金属粉末注射成型(Metal Injection Molding,简称MIM)是一种先进的金属制造技术,通过将金属粉末与高聚物粉末混合,加入成型剂和活性粉末,经过注射成型、脱模和烧结等工艺步骤,最终获得具有高精度和复杂形状的金属零部件。
MIM技术具有能耗低、制造周期短以及材料利用率高等优势,因此在汽车、医疗器械、电子等领域得到了广泛应用。
2. 市场规模及趋势据市场研究机构统计,金属粉末注射成型市场在过去几年中呈现出稳定的增长趋势。
预计到2025年,全球金属粉末注射成型市场规模将达到xx.xx亿美元。
这一增长主要受到以下因素的推动:2.1 新材料开发带动需求增长随着科技的不断进步,新材料的研发取得了显著突破,为金属粉末注射成型技术提供了更广阔的应用空间。
新材料的不断涌现与市场需求之间的相互促进,推动了金属粉末注射成型市场的快速发展。
2.2 汽车和医疗器械行业的增长汽车行业和医疗器械行业是金属粉末注射成型市场的主要消费领域。
随着人们对于汽车和医疗器械品质和性能需求的不断提高,对金属粉末注射成型技术的需求也在不断增长。
预计未来几年,这两个行业的持续增长将进一步推动金属粉末注射成型市场的发展。
3. 市场竞争格局目前,金属粉末注射成型市场存在着一些主要的竞争企业,包括: - 公司A - 公司B - 公司C这些企业在产品品质、技术研发能力以及市场拓展能力等方面均具备一定优势。
随着市场竞争的加剧,这些企业将不断提升自身的竞争力,同时也面临着市场份额争夺的压力。
4. 市场机遇与挑战金属粉末注射成型市场具有广阔的发展前景,同时也面临着一些挑战。
4.1 市场机遇•创新技术的推动:随着新材料和新技术的不断出现,金属粉末注射成型市场将迎来更多的机遇。
新技术的应用将进一步拓宽市场的发展空间。
•新兴领域需求增加:随着人们对于高性能产品和高精度零部件的需求不断增加,金属粉末注射成型技术将在航空航天、能源等新兴领域中得到更广泛的应用。
金属粉末注射成型技术范本金属粉末注射成型技术在现代制造业中广泛应用,其具备高效、精确、灵活等诸多优势,为企业提供了创新的制造解决方案。
本文将介绍金属粉末注射成型技术的原理、应用领域以及未来发展趋势。
金属粉末注射成型技术是一种将金属粉末与增塑剂混合后注射到高温铸模中,通过加热和压力形成所需形状的金属制品的先进制造技术。
该技术克服了传统加工方法中存在的一些困难,如材料的损失、加工精度不高等问题。
通过精确控制金属粉末、增塑剂和制造过程的参数,可以实现灵活的制造工艺。
金属粉末注射成型技术在许多领域都有广泛的应用。
首先,汽车制造是金属粉末注射成型技术的主要应用领域之一。
通过该技术,可以制造轻量化且高强度的零部件,如车身结构件和发动机零部件。
其次,航空航天领域也是金属粉末注射成型技术的重要应用领域。
该技术可以制造出复杂形状的轻量化零部件,如发动机叶片和涡轮叶轮。
此外,电子设备制造、医疗器械制造和工具制造等领域也都在逐渐采用金属粉末注射成型技术。
从技术的发展趋势来看,金属粉末注射成型技术有着广阔的前景。
首先,随着3D打印技术的发展,金属粉末注射成型技术可以与其结合,实现更高程度的定制化制造。
此外,随着材料科学的进步,新材料的开发将进一步扩大金属粉末注射成型技术的应用范围。
还有,金属粉末注射成型技术的制造效率也将得到提升,从而进一步降低制造成本。
总之,金属粉末注射成型技术具备高效、精确、灵活等诸多优势,为现代制造业带来了创新的制造解决方案。
通过精确控制制造参数,可以实现灵活的制造工艺。
该技术在汽车制造、航空航天、电子设备制造等领域都有广泛应用,并且具备良好的发展前景。
通过与3D 打印技术的结合以及材料科学的进步,金属粉末注射成型技术将在未来得到进一步发展。
金属粉末注射成型技术范本(二)金属粉末注射成型(Metal Powder Injection Molding,简称MIM)是一种先进的金属加工技术,通过将金属粉末与聚合物混合,制成具有可成形性的注射胶料,然后通过注射成型、脱胶、烧结等工艺步骤,最终得到具有高精度和复杂形状的金属零件。
金属粉末注射成型技术范文金属粉末注射成型技术,通常称为金属粉末注射成型(MIM),是一种集金属粉末冶金和塑料注射成型技术于一体的先进制造技术。
它采用了金属粉末与塑料模具注射成型的工艺,利用金属粉末经过混合、注射成型、脱模和烧结等步骤制造出金属部件。
MIM技术具有高精度、高复杂性、高效率和低成本等优势,被广泛应用在汽车、通信、医疗器械等领域。
MIM技术的原理主要包括金属粉末的混合、注射成型、脱模和烧结四个步骤。
首先,将金属粉末与塑料粉末按一定比例混合均匀,获得金属粉末与塑料的混合粉末。
然后,将混合粉末装入注射机中,通过高压注入塑料模具中。
在注射成型过程中,金属粉末与塑料粉末一起被热塑软化,并填充模具的空腔,形成所需的形状。
注射成型完成后,将模具放入烧结炉中,进行烧结处理。
在高温下,塑料燃烧殆尽,金属粉末颗粒开始发生烧结,并逐渐形成致密的金属部件。
MIM技术具有以下优势,使其成为制造领域的热门技术之一。
首先,MIM技术可以制造出具有高精度和高复杂性的零部件。
相较于传统的冲压和加工工艺,MIM技术可以实现更小尺寸、更精准形状和更复杂结构的部件制造。
其次,MIM技术可以提高生产效率和降低生产成本。
MIM技术可以实现大规模生产,每小时可注射成千上万个零件,大大提高了生产效率。
此外,MIM技术还可以节省材料和资源,减少废品率和二次加工,从而降低了生产成本。
第三,MIM技术可以制造出高性能的金属部件。
通过MIM技术制造的金属部件具有优异的物理和机械性能,如高强度、高硬度和耐磨性等。
因此,MIM技术广泛应用于汽车、通信、医疗器械等领域。
然而,MIM技术也存在着一些挑战和限制。
首先,MIM技术对原材料的要求较高。
金属粉末的粒径、流动性和化学性质等对最终产品的质量和性能有着重要影响。
因此,需要选择合适的金属粉末和混合工艺,以获得理想的成品。
其次,MIM技术的工艺复杂,需要控制好注射成型的温度、压力和时间等参数。
任何细微的变化都可能导致产品质量的下降或失败。
金属粉末注射成型技术(MIM)工艺原理介绍金属粉末注射成型技术(MetalPowder Injection Molding Technology,简称MIM)是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成型技术。
MIM基本工艺过程首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练,经制粒后在加热塑化状态下(~150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形,然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除,最后经烧结致密化得到最终产品。
与传统工艺相比,具有精度高、组织均匀、性能优异,生产成本低等特点,其产品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。
因此,国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命,被誉为“当今最热门的零部件成型技术”和“21世纪的成形技术”。
MIM基本工作原理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。
混合颗粒低于20µ的精细金属粉末和热塑性塑料、石蜡粘结剂按照精确比例进行混合。
金属粉末和粘结剂的体积约为60:40。
混合过程在一个专门的混合设备中进行,加热到一定的温度使粘结剂熔化。
大部分情况使用机械进行混合,直到金属粉末颗粒均匀地涂上粘结剂冷却后,形成颗粒状(称为原料),这些颗粒能够被注入模腔。
成型注射成型的设备和技术与注塑成型是相似的。
颗粒状的原料被送入机器加热并在高压下注入模腔这个环节形成(greenpart)冷却后脱模只有在大约200°c的条件下使粘结剂熔化(与金属粉末充分融合),上述整个过程才能进行模具可以设计为多腔以提高生产率。
模腔尺寸设计要比金属部件20%来补偿烧结过程中产生的收缩。
每种材料的收缩变化是精确的、已知的。
mimmil成型工艺
MIM(Metal Injection Molding)是一种金属注射成型工艺,也被称为Mimmil。
它是将粉末冶金和塑料注塑成型工艺相结合
的一种复合工艺。
MIM工艺可以制造出复杂形状、高密度、
高强度的金属部件。
Mimmil工艺的主要步骤包括:
1. 原料制备:将金属粉末与聚合物混合,形成可流动的注射料。
2. 注塑成型:将注射料加热至熔融状态后,通过注射机将熔融物质注入到成型模具中,然后冷却固化。
3. 去脱模:将成型的零件从模具中取出。
4. 烧结:通过高温处理,使得金属粉末粒子结合在一起,形成固体金属零件。
5. 后处理:包括去除模具支撑结构、表面处理、加工等工序,以得到最终的产品。
Mimmil工艺具有以下优点:
1. 可以制造出复杂形状的零件,如小孔、细槽等。
2. 良好的直线尺寸精度,可以达到±0.1%。
3. 零件密度高,可以达到 98%以上。
4. 可以制造高强度、高硬度和高耐磨的金属零件。
5. 生产周期短,工艺灵活,能够实现大批量生产。
Mimmil工艺在汽车、医疗器械、电子设备等领域有广泛应用,并且正在不断发展和完善,为金属制造行业带来了新的可能性。
金属粉末注射成型论文
金属粉末注射成型(Metal Powder Injection Molding,简称MIM)是一种先进的金属加工技术,已广泛应用于制造多种复杂形状、高精度和高品质的金属零部件。
本文将对金属粉末注射成型的原理、工艺参数以及应用领域进行论述。
金属粉末注射成型是将金属粉末与有机聚合物(称为热塑性粘结剂)混合后,通过注射成型工艺形成粉末与粘结剂混合物料。
该混合物料在高温下经过烧结和金属化处理,最终得到高密度、高强度的金属零部件。
金属粉末注射成型技术的主要特点是能够实现高度复杂的零部件形状设计,提供高强度和高精度。
金属粉末注射成型的工艺流程包括配料、混合、注射成型、烧结和金属化处理。
首先,根据零部件的要求选择适当的金属粉末,然后加入表面活性剂和颗粒增强剂,对金属粉末进行处理。
接下来,将处理后的金属粉末与粘结剂进行混合,形成料浆。
这种料浆会通过注射机注入到模具中,然后在高温下进行烧结,使粘结剂燃尽,金属颗粒相互粘合。
最后,通过金属化处理,从烧结体中去除残留的有机物,并提高零部件的力学性能。
金属粉末注射成型的关键工艺参数包括注射温度、压力和速度。
注射温度应该能够保证料浆的流动性,同时保持粘结剂的稳定性。
注射压力直接影响零件的密度和性能,应根据零件的形状和尺寸进行调整。
注射速度则影响到料浆进入模具的速度以及实际的成型时间。
总之,金属粉末注射成型是一种先进的金属加工技术,具有高度复杂零件形状设计的能力,能够快速、高效地生产高品质的金属零部件。
它的广泛应用领域和优势使得该技术成为制造业中的重要工艺之一。
M I M金属粉末注塑成型技术介绍IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】M I M(金属粉末注塑成型)技术介绍MIM是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一种全新的金属零部件近净成形加工技术,是近年来粉末冶金学科和工业领域中发展十分迅猛的一项高新技术。
MIM的工艺步骤是:首先选取符合MIM要求的金属粉末与有机粘结剂在一定温度条件下采用适当的方法混合成均匀的喂料,然后经制粒后在加热塑化状态下用注射成形机注入模具型腔内获得成形坯,再经过化学或溶剂萃取的方法脱脂处理,最后经烧结致密化得到最终产品。
MIM产品的特点:1、零部件几何形状的自由度高,能像生产塑料制品一样,一次成形生产形状复杂的金属零部件;2、MIM产品密度均匀、光洁度好,表面粗糙度可达到~μm,重量范围在~200g。
尺寸精度高(±%~±%),一般无需后续加工;3、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,可实现连续大批量生产;4、产品质量稳定、性能可靠,制品的相对密度可达95%~99%,可进行渗碳、淬火、回火等热处理。
产品强度、硬度、延伸率等力学性能高,耐磨性好,耐疲劳,组织均匀;国际上普遍认为MIM技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命,被誉为“21世纪最热门的零部件的成形技术”。
MIM可以制造复杂形状的产品,避免更多的二次机加工。
MIM产品密度高、耐蚀性好、强度高、延展性好。
MIM可以将2个或更多PM产品组合成一个MIM产品,节省材料和工序。
MIM设计可以节省材料、降低重量。
MIM可以将注射后的浇口料重复破碎使用,不影响产品性能,材料利用率高。
MIM通过模具一次成形复杂产品,避免多道加工工序。
MIM可以制造难以机械加工材料的复杂形状零件。
MIM可以制造薄壁产品,最薄可以做到。
MIM产品表面粗糙度更好。
MIM更适宜制细盲孔和通孔。
金属粉末注射成型技术前言金属材料是工业制造领域中最为基础和重要的材料之一,目前制造金属零件的方法主要有:铸造、锻造、加工、焊接等。
其中,传统的金属制造方法存在着一些局限性,比如造型精度有限、生产周期长等。
为了克服这些限制并满足不同领域对金属产品更高的要求,人们逐渐发展和推广了一种被称为“金属粉末注射成型技术”的新工艺。
什么是金属粉末注射成型技术?金属粉末注射成型技术(Metal Powder Injection Molding,简称MIM)是将金属粉末和橡胶树脂混合物压制成为原型,然后将原型通过特定的注射设备放到高温致密炉中进行高温烧结,同时橡胶树脂减数挥发,形成致密的金属部件。
注射成型过程的实标非常高,达到了85-95%。
与其他规整制造方式相比,MIM技术可制造出一些传统方法无法实现的金属部件。
同时,压缩烧结过程适用于大量制造、复杂的几何结构和高精度的细小零件。
MIM技术的工艺过程1.原材料制备:将金属粉末与橡胶树脂按配方按比例调配混合,制成金属粉末和树脂丸子。
2.注射成型:将上述丸子通过注射设备注射到有轨迹的催化剂上形成模具。
3.脱模:用加压空气将模具从漆面上分离出来。
4.热炼:采用专业热炼设备热炼金属制成物。
5.成品处理:通过各种加工手段对金属零件进行修整和抛光。
MIM技术的优势MIM技术具有以下优势:•可以生产细小的零件和高精度的特殊形状。
•最大程度上避免了应力集中的情况。
•可以制造比传统制造方式更复杂的形状、零件和组件。
•由于采用的是金属粉末生产工艺,因此可以大量节省原材料和成本。
•高生产效率,不需要进行额外的热加工或与这些工艺相似的形式。
•可适应多种金属材料的制造。
MIM技术的应用领域MIM技术在汽车、医疗设备、手表、航空航天、枪械等领域广泛应用。
其中汽车领域应用最为广泛。
例如,汽车行业中的高性能活塞、变速器、发动机零件等,都可以通过MIM技术制造,拥有更高的强度和更好的密封性能。
在枪械领域,MIM技术可以用于生产枪管、扳机、弹膛等零件。
金属(陶瓷粉末注射成型技术(Metal Powder Injection Molding,简称MIM)是一项新的制造技术,美国加州Parmatech公司于1973年发明,八十年代初欧洲许多国家以及日本也都投入极大精力开始研究该技术,并得到迅速推广。
特别是八十年代中期,这项技术实现产业化以来更获得突飞猛进的发展,每年都以惊人的速度递增。
到目前为止,美国、西欧、日本等十多个国家和地区有一百多家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作。
日本在竞争上十分积极,并且表现突出,许多大型株式会社均参与MIM工业的推广,这些公司包括有太平洋金属、三菱制钢、川崎制铁、神户制钢、住友矿山、精工--爱普生、大同特殊钢等。
目前日本有四十多家专业从事MIM产业的公司,其MIM工业产品的销售总值早已超过欧洲并直追美国。
日本未来3至5年MIM产业的市场预计达20亿美元。
据不完全统计,1995年全世界MIM技术制作的销售额已突破4亿美元,预计2010年MIM 潜在市场为30亿美元。
到目前为止,全球已有百余家公司从事该项技术的产品开发、研制与销售工作,MIM技术也因此成为新型制造业中最为活跃的前沿技术领域,被世界冶金行业的开拓性技术,代表着粉末冶金技术发展的主方向。
中国MIM技术的研究始于1985年,由中国兵器工业五三研究所承担该课题,当时列入国家[七五]军用新材料重点预研计划,经十余年的探索,技术已基本成熟,并于1996年与上海金珠东方雪域企业有限公司合作成立了山东金珠粉末注射制造有限公司。
经过几年的发展,山东金珠公司完成了MIM技术由试验室水平向产业化发展的过程,应用技术更加成熟,能够大批量生产高精尖的军用、民用产品,制品水平已接近世界同期水平,并连续三年实现产值翻番,企业的发展呈现出良好的态势。
近年来,国内努力平衡对日贸易逆差大,掌握关键性零部件的制造技术和提升制造能力,一直是政府协助业者的重要工作之一。
本文对MIM技术、生产工艺过程、工艺特点、制品性能与成本分析以及工艺原材料应用范围进行介绍,希望对中国在精密零件制造上推广应用MIM技术的工作有所助益。
中国金属粉末注射成型(MIM)行业市场现状分析一、MIM行业技术发展历程金属粉末注射成形(MIM)是粉末注射成形技术(PIM)的一个分类。
粉末注射成形是一个已经提出许久的成形概念,早在1872年底就被提出,在20世纪20年代用于陶瓷热压铸制品的生产。
随后的几十年间粉末注射成形主要集中于陶瓷粉末注射成形。
国内金属粉末注射成形(MIM)技术的研究始于20世纪80年代末,当时国内先后有北京钢铁研究总院、北京科技大学、中南大学、北京有色金属研究总院、北京粉末冶金研究所、广州有色金属研究院等开展了MIM技术的研究工作。
二、中国MIM行业市场现状分析随着MIM工艺技术的逐步成熟,以及对MIM技术认知程度的进一步加深,自2012年开始我国MIM行业开始飞速发展,据统计,截至2019年我国MIM行业市场规模达到67亿元,同比增长17.5%。
预计2025年我国MIM行业市场规模将达到121.9亿元。
从下游应用来看,中国MIM的市场应用与欧美市场存在较大差异,主要分布在消费电子领域,手机继续保持着最大份额,占比为59.1%;智能穿戴设备占比有所增加,为8.1%,汽车及五金类产品保持不变,电脑及医疗类产品则略有下降。
截至2019年,全国(不包括台湾地区)共有金属注射成形生产企业及车间200余家,其中珠三角地区最多,达到约110家;长三角地区其次,达55家;京津冀及山东地区约20家;湖南、江西、安徽及福建14家;河南、川渝及其它地区5家。
目前,MIM材料品种由于消费电子的市场需求,依然以不锈钢为主,市场份额为70%,低合金钢约为21%,钴基合金6%,钨基合金约2%,其他为少量钛、铜及硬质合金等。
三、国内MIM行业竞争格局分析从行业竞争格局来看,按照业务规模可将行业内MIM企业分为三个竞争梯队:第一梯队的MIM企业收入规模在2亿元以上,具有较强的研发创新能力,主要客户为国际品牌或国内知名品牌企业,主要包括印度Indo-MIM、中南昶联、台湾晟铭电子、精研科技、富驰高科、泛海统联、全亿大等;第二梯队的MIM企业收入规模在5,000万元至2亿元,竞争实力弱于第一梯队,主要为国内品牌企业配套生产MIM零部件产品,客户集中度往往较高;第三梯队的MIM企业收入规模在5,000万元以下,通常企业的整体技术研发能力较弱,仅通过设备的购置和人员的铺设进行中小批量的MIM产品生产。
技术部 | 深圳市御嘉鑫五金制品有限公司 1 金属粉末注射成型技术 金属粉末注射成型技术(Metal Powder Injection Molding Technology,简称MIM)是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成型技术。 技术简介 MIM金属粉末注射成型技术的基本工艺过程是:首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练,经制粒后在加热塑化状态下(~150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形,然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除,最后经烧结致密化得到最终产品。与传统工艺相比,具有精度高、组织均匀、性能优异,生产成本低等特点,其产品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。因此,国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命,被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。 历史与现状 美国加州Parmatech公司于1973年发明,八十年代初欧洲许多国家以及日本也都投入极大精力开始研究该技术,并得到迅速推广。特别是八十年代中期,这项技术实现产业化以来更获得突飞猛进的发展,每年都以惊人的速度递增。到目前为止,美国、西欧、日本等十多个国家和地区有一百多家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作。日本在竞争上十分积极,并且表现突出,许多大型株式会社均参与MIM工业的推广,这些公司包括有太平洋金属、三菱制钢、川崎制铁、神户制钢、住友矿山、精工--爱普生、大同特殊钢等。目前日本有四十多家专业从事MIM产业的公司,其MIM工业产品的销售总值早已超过欧洲并直追美国。到目前为止,全球已有百余家公司从事该项技术的产品开发、研制与销售工作,MIM技术也因此成为新型制造业中最为活跃的前沿技术领域,被世界冶金行业的开拓性技术,代表着粉末冶金技术发展的主方向MIM技术。 [1] 工艺特点 金属粉末注射成型技术是集塑料成型工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科透与交叉的产物,利用模具可注射成型坯件并通过烧结快速制造高密度、高精度、三维复杂形状的结构零件,能够快速准确地将设计思想物化为具有一定结构、功能特性的制品,并可直接批量生产出零件,是制造技术行业一次新的变革。该技术部 | 深圳市御嘉鑫五金制品有限公司 2
工艺技术不仅具有常规粉末冶金工艺工序少、无切削或少切削、经济效益高等优点,而且克服了传统粉末冶金工艺制品、材质不均匀、机械性能低、不易成型薄壁、复杂结构的缺点,特别适合于大批量生产小型、复杂以及具有特殊要求的金属零件。工艺流程粘结剂→混炼→注射成形→脱脂→烧结→后处理。 粉末金属粉末 MIM工艺所用金属粉末颗粒尺寸一般在0.5~20μm;从理论上讲,颗粒越细,比表面积也越大,易于成型和烧结。而传统的粉末冶金工艺则采用大于40μm的较粗的粉末。 有机胶粘剂 有机胶粘剂作用是粘接金属粉末颗粒,使混合料在注射机料筒中加热具有流变性和润滑性,也就是说带动粉末流动的载体。因此,粘接剂的选择是整个粉末的载体。因此,粘拉选择是整个粉末注射成型的关键。对有机粘接剂要求: 1.用量少,用较少的粘接剂能使混合料产生较好的流变性; 2.不反应,在去除粘接剂的过程中与金属粉末不起任何化学反应; 3.易去除,在制品内不残留碳。 混料 把金属粉末与有机粘接剂均匀掺混在一起,使各种原料成为注射成型用混合料。混合料的均匀程度直接影响其流动性,因而影响注射成型工艺参数,以至最终材料的密度及其它性能。注射成形本步工艺过程与塑料注射成型工艺过程在原理上是一致的,其设备条件也基本相同。在注射成型过程中,混合料在注射机料筒内被加热成具有流变性的塑性物料,并在适当的注射压力下注入模具中,成型出毛坯。注射成型的毛坯的微观上应均匀一致,从而使制品在烧结过程中均匀收缩。 萃取 成型毛坯在烧结前必须去除毛坯内所含有的有机粘接剂,该过程称为萃取。萃取工艺必须保证粘接剂从毛坯的不同部位沿着颗料之间的微小通道逐渐地排出,而不降低毛坯的强度。粘结剂的排除速率一般遵循扩散方程。烧结能使多孔的脱脂毛坯收缩至密化成为具有一定组织和性能的制品。尽管制品的性能与烧结前的许多工艺因素有关,但在许多情况下,烧结工艺对最终制品的金相组织和性能有着很大、甚至决定性的影响。 技术部 | 深圳市御嘉鑫五金制品有限公司 3
后处理 对于尺寸要求较为精密的零件,需要进行必要的后处理。这工序与常规金属制品的热处理工序相同。 MIM工艺的特点 MIM工艺与其它加工工艺的对比 MIM使用的原料粉末粒径在2-15μm,而传统粉末冶金的原粉粉末粒径大多在50-100μm。MIM工艺的成品密度高,原因是使用微细粉末。MIM工艺具有传统粉末冶金工艺的优点,而形状上自由度高是传统粉末冶金所不能达到的。传统粉末冶金限于模具的强度和填充密度,形状大多为二维圆柱型。 传统的精密铸造脱燥工艺为一种制作复杂形状产品极有效的技术,近年使用陶心辅助可以完成狭缝、深孔穴的成品,但是碍于陶心的强度,以及铸液的流动性的限制,该工艺仍有某些技术上的困难。一般而言,此工艺制造大、中型零件较为合适,小型而复杂形状的零件则以MIM工艺较为合适。比较项目制造工艺MIM工艺传统粉末冶金工艺粉末粒径(μm)2-1550-100相对密度(%)95-9880-85产品重量(g)小于或等于400克10-数百产品形状三维复杂形状二维简单形状机械性能优劣。 MIM制程和传统粉末冶金法的比较压铸工艺用在铝和锌合金等熔点低、铸液流动性良好的材料。此工艺的产品因材料的限制,其强度、耐磨性、耐蚀性均有限度。MIM工艺可以加工的原材料较多。 精密铸造工艺,虽然在近年来其产品的精度和复杂度均提高,但仍比不上脱蜡工艺和MIM工艺,粉末锻造是一项重要的发展,已适用于连杆的量产制造。但是一般而言,锻造的工程中热处理的成本和模具的寿命还是有问题,仍待进一步解决。 传统机械加工法、近来靠自动化而提升其加工能力,在效果和精度上有极大的进步,但是基本的程序上仍脱不开逐步加工(车削、刨、铣、磨、钻孔、抛光等)来完成零件形状的方式。机械加工方法的加工精度远优于其他加工方法,但是因为材料的有效利用率低,且其形状的完成受限于设备与刀具、有些零件无法用机械加工完成。相反,MIM可以有效利用材料,不受限制,对于小型、高难度形状的精密零件的制造,MIM工艺比较机械加工而言,其成本较低且效率高,具有很强的竞争力。 MIM技术并非与传统加工方法竞争,而是弥补传统加工方法在技术上的不足或无法制作的缺陷。MIM技术可技术部 | 深圳市御嘉鑫五金制品有限公司 4
以在传统加工方法制作的零件领域上发挥其特长。MIM工艺在零部件制造方面所具有的技术优势可成型高度复杂结构的结构零件。 注射成型工艺技术利用注射机注射成型产品毛坯,保证物料充分充满模具型腔,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先作成个别元件再组合成组件的方式,在使用MIM技术时可以考虑整合成完整的单一零件,大大减少步骤、简化加工程序。MIM和其他金属加工法的比较制品尺寸精度高,不必进行二次加工或只需少量精加工。 注射成型工艺可直接成型薄壁、复杂结构件,制品形状已接近最终产品要求,零件尺寸公差一般保持在±0.1-±0.3左右。特别对于降低难于进行机械加工的硬质合金的加工成本,减少贵重金属所加工损失尤其具有重要意义。制品微观组织均匀、密度高、性能好。 在压制过程中由于模壁与粉末以及粉末与粉末之间的摩擦力,使得压制压力分布非常不均匀,也就导致了压制毛坯在微观组织上的不均匀,这样就会造成压制粉末冶金件在烧结过程中收缩不均匀,因此不得不降低烧结温度以减少这种效应,从而使制品孔隙度大、材料致密性差、密度低,严重影响制品的机械性能。反之注射成型工艺是一种流体成型工艺,粘接剂的存在保障了粉末的均匀排布从而可消除毛坯微观组织上的不均匀,进而使烧结制品密度可达到其材料的理论密度。一般情况下压制产品的密度最高只能达到理论密度的85%。制品高的致密性可使强度增加、韧性加强,延展性、导电导热性得到改善、磁性能提高。效率高,易于实现大批量和规模化生产。 MIM技术使用的金属模具,其寿命和工程塑料注射成型具模具相当。由于使用金属模具,MIM适合于零件的大量生产。由于利用注射机成型产品毛坯,极大地提高了生产效率,降低了生产成本,而且注射成型产品的一致性、重复性好,从而为大批量和规模化工业生产提供了保证。适用材料范围宽,应用领域广阔(铁基,低合金,高速钢,不锈钢,克阀合金,硬质合金)。 可用于注射成型的材料非常广泛,原则上任何可高温浇结的粉末材料均可由MIM工艺造成零件,包括了传统制造工艺中的难加工材料和高熔点材料。此外,MIM也可以根据用户的要求进行材料配方研究,制造任意组合的合金材料,将复合材料成型为零件。注射成型制品的应用领域已遍及国民经济各领域,具有广阔的市场前景。 性能与成本 技术部 | 深圳市御嘉鑫五金制品有限公司 5
MIM工艺采用微米级细粉末,既能加速烧结收缩,有助于提高材料的力学性能,延长材料的疲劳寿命,又能改善耐、抗应力腐蚀及磁性能。以加工打字机印刷元件导杆为例,通常需14道能上能下上工序;而采用MIM工艺只需6道工序,可节约一半左右的成本。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。 技术应用领域 1.计算机及其辅助设施:如打印机零件、磁芯、撞针轴销、驱动零件; 2.工具:如钻头、刀头、喷嘴、枪钻、螺旋铣刀、冲头、套筒、扳手、电工工具,手工具等; 3.家用器具:如表壳、表链、电动牙刷、剪刀、风扇、高尔夫球头、珠宝链环、圆珠笔卡箍、刃具刀头等零部件; 4.医疗机械用零件:如牙矫形架、剪刀、镊子; 5.军用零件:导弹尾翼、枪支零件、弹头、药型罩、引信用零件; 6.电器用零件:电子封装,微型马达、电子零件、传感器件; 7.机械用零件:如松棉机、纺织机、卷边机、办公机械等; 8.汽车船舶用零件:如离合器内环、拔叉套、分配器套、汽门导管、同步毂、安全气囊件等。 MIM的难点与未来发展方向 MIM难点: (1)控制零件尺寸精度 金属注射成形件的精度比传统粉末冶金方法所达到的精度还有一定的差距。在精度方面尚有改进的余地,主要是通过精细的工艺过程控制,有时采用二次加工,像机加工、热处理与抛光等。 (2)降低生产成本 利用优化生产工艺、标准化作业、回收废料等措施节省成本。
MIM未来发展方向: