MIM金屬注射成型工藝

MIM工藝介紹與對(duì)比

一、MIM概念及工藝流程

金屬粉末注射成形是傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)與塑料注射成形技術(shù)相結(jié)合的高新技術(shù)，是小型復(fù)雜零部件成形工藝的一場革命。化學(xué)拋光是讓材料在化學(xué)介質(zhì)中外表宏觀凸出的部分較凹部分優(yōu)先溶解,從而得到平滑面。它將適用的技術(shù)粉末與粘合劑均勻混合成具有流變性的喂料，在注射機(jī)上注射成形，獲得的毛坯經(jīng)脫脂處理后燒結(jié)致密化為成品，必要時(shí)還可以進(jìn)行后處理

生產(chǎn)工藝流程如下

配料→混煉→造?！⑸涑尚巍瘜W(xué)萃取→高溫脫粘→燒結(jié)→后處理→成品

二、MIM技術(shù)特點(diǎn)

金屬粉末注射成形結(jié)合了粉末冶金與塑料注射成形兩大技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，突破了傳統(tǒng)金屬粉末模壓成形工藝在產(chǎn)品形狀上的限制，同時(shí)利用塑料注射成形技術(shù)能大批量、高效率生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的零件：如各種外部切槽、外螺紋、錐形外表面、交叉通孔、盲孔、凹臺(tái)、鍵銷、加強(qiáng)筋板，表面滾花等

·MIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

a.直接成形幾何形狀復(fù)雜的零件，通常重量0.1~200g

b.表面光潔度好、精度高，典型公差為±0.05mm

c.合金化靈活性好，材料適用范圍廣，制品致密度達(dá)95%~99%，內(nèi)部組織均勻，無內(nèi)應(yīng)力和偏析

d.生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，無污染，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)大批量清潔生產(chǎn)

MIM產(chǎn)品典型應(yīng)用領(lǐng)域

航空航天業(yè)：機(jī)翼鉸鏈、火箭噴嘴、渦輪葉片芯子等

汽車業(yè)：安全氣囊組件、點(diǎn)火控制鎖部件、渦輪增壓器轉(zhuǎn)子、座椅部件、剎車裝置部件等

電子業(yè)：磁盤驅(qū)動(dòng)器部件、電纜連接器、電子封裝件、手機(jī)振子、計(jì)算機(jī)打印頭等

日用品：表殼、表帶、表扣、高爾夫球頭和球座、縫紉機(jī)零件、電動(dòng)玩具零件等

機(jī)械行業(yè)：異形銑刀、切削工具、電動(dòng)工具部件、微型齒輪、鉸鏈等

醫(yī)學(xué)行業(yè)：牙矯形架、剪刀、鑷子、手術(shù)刀等

六、適合材質(zhì)

不銹鋼 Fe合金 Fe-Ni-Co 合金鎢 鈦合金 工具鋼 高速鋼 硬質(zhì)合金 氧化鋁 氧化鋯

金屬學(xué)基礎(chǔ)

鐵碳合金的基本組織

　　①奧氏體：碳溶于r-Fe中的間隙式固溶體稱為奧氏體，常用A表示。因?yàn)槊嫘牧⒎骄Ц竦膔-Fe總的間隙量雖比a-Fe的小，但空隙半徑比較大，所以能溶較多的碳。針對(duì)不同的拋光過程:粗拋(基礎(chǔ)拋光過程)，中拋(精加工過程)和精拋(上光過程)，選用合適的拋光輪可以達(dá)到很好拋光效果，同時(shí)提高拋光效率。碳在r-Fe中的溶解度隨溫度升高而增加，在727度時(shí)為0.77%，在1148度時(shí)達(dá)到峰值2.11%。

　　奧氏體塑性很好，強(qiáng)度和硬度也比鐵素體高。

　?、阼F素體：碳溶于a-Fe中的間隙式固溶體稱為鐵素體，常用F表示。因?yàn)轶w心立方晶格的a-Fe總的間隙量雖大，但是間隙半徑卻很小，所以碳在a-Fe中的溶解度很小，室溫下不超過0.005%，隨著溫度升高，溶解度略有增加，在727度時(shí)達(dá)到峰值，也僅有0.0218%。若材料難以切削加工，諸如工具鋼、鈦、鎳合金或不銹鋼，對(duì)于MIM最終成型來說，是最有利的，MIM工藝可以一次性成型復(fù)雜的幾何形狀特征。

　　鐵素體含碳量很低，其性能接近純鐵，是一種塑性、韌性高和強(qiáng)度、硬度低的組織。

　?、壑楣怏w：鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物叫做珠光體，常用P表示。珠光體的平均含碳量為0.77%。其性能介于鐵素體和滲碳體之間。實(shí)際操作中，需要注意的是工件發(fā)黑前除銹和除油的質(zhì)量，以及發(fā)黑后的鈍化浸油。一般情況下，珠光體中鐵素體和滲碳體呈片狀交替分布，稱為片狀珠光體。通過熱處理可以使?jié)B碳體呈顆粒狀分布在鐵素體基體上，叫做球狀珠光體或粒狀珠光體。

　?、軡B碳體：滲碳體是鐵與碳的化合物，常用Fe3C表示。滲碳體的含碳量為6.69%，熔點(diǎn)約為1227度，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬度很高，脆性極大，幾乎沒有塑性。

　　一般來說，在鐵碳合金中，滲碳體越多，合金就越硬，越脆。

　?、蓠R氏體：鋼加熱到一定溫度（形成奧氏體）后經(jīng)迅速冷卻（淬火），得到的能使鋼變硬、增強(qiáng)的一種淬火組織，常用M表示,馬氏體是體心正方結(jié)構(gòu)。

　　馬氏體轉(zhuǎn)變速度極快，轉(zhuǎn)變時(shí)體積產(chǎn)生膨脹，在鋼絲內(nèi)部形成很大的內(nèi)應(yīng)力，所以淬火后的鋼絲需要及時(shí)回火，防止應(yīng)力開裂。

金屬表面處理大全

一、陽極氧化

陽極氧化：主要是鋁的陽極氧化，是利用電化學(xué)原理，在鋁和鋁合金的表面生成一層Al2O3（氧化鋁）膜。這層氧化膜具有防護(hù)性、裝飾性、絕緣性、耐磨性等特殊特性。

工藝流程:

單色、漸變色：拋光/噴砂/拉絲→除油→陽極氧化→中和→染色→封孔→烘干

雙色：①拋光/噴砂/拉絲→除油→遮蔽→陽極氧化1→陽極氧化2 →封孔→烘干

②拋光/噴砂/拉絲→除油→陽極氧化1 →鐳雕→陽極氧化2 →封孔→烘干

技術(shù)特點(diǎn):

1、提升強(qiáng)度,

2、實(shí)現(xiàn)除白色外任何顏色。

3、實(shí)現(xiàn)無鎳封孔，滿足歐、美等國家對(duì)無鎳的要求。

技術(shù)難點(diǎn)及改善關(guān)鍵點(diǎn)：

陽極氧化的良率水平關(guān)系到最終產(chǎn)品的成本，提升氧化良率的重點(diǎn)在于適合的氧化劑用量、適合的溫度及電流密度，這需要結(jié)構(gòu)件廠商在生產(chǎn)過程中不斷探索，尋求突破。

二、電泳 ( ED)

電泳：用于不銹鋼、鋁合金等，可使產(chǎn)品呈現(xiàn)各種顏色，并保持金屬光澤，同時(shí)增強(qiáng)表面性能，具有較好的防腐性能。

工藝流程：前處理→電泳→烘干

優(yōu)點(diǎn)：

1、顏色豐富；

2、無金屬質(zhì)感，可配合噴砂、拋光、拉絲等；

3、液體環(huán)境中加工，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的表面處理；

4、工藝成熟、可量產(chǎn)。

缺點(diǎn)：

掩蓋缺陷能力一般，壓鑄件做電泳對(duì)前處理要求較高。

三、微弧氧化 (MAO)

微弧氧化：在電解質(zhì)溶液中（一般是弱堿性溶液）施加高電壓生成陶瓷化表面膜層的過程，該過程是物理放電與電化學(xué)氧化協(xié)同作用的結(jié)果。

工藝流程：前處理→ 熱水洗→ MAO → 烘干

技術(shù)特點(diǎn)：

1、陶瓷質(zhì)感，外觀暗啞，沒有高光產(chǎn)品，手感細(xì)膩，防指紋；

2、基材廣泛：Al, Ti, Zn, Zr, Mg, Nb, 及其 合金等；

3、前處理簡單，產(chǎn)品耐腐蝕性、耐候性極佳，散熱性能佳。

目前顏色受限制，只有黑色、灰色等較成熟，鮮艷顏色目前難以實(shí)現(xiàn)；成本主要受高耗電影響，是表面處理中成本高的其中之一。

四、豪克能技術(shù)

豪克能技術(shù)：利用沖擊能和激發(fā)能的復(fù)合能對(duì)金屬零件進(jìn)行加工 ，從而獲得鏡面零件。

優(yōu)點(diǎn)：不需要任何化學(xué)物質(zhì)，加工實(shí)現(xiàn)綠色無污染低能耗；可以適應(yīng)多種金屬材質(zhì)零部件的加工；同時(shí)有提高硬度耐磨性的優(yōu)點(diǎn)

五、電鍍 (Electroplating)

電鍍：是利用電解作用使金屬的表面附著一層金屬膜的工藝從而起到防止腐蝕，提高耐磨性、導(dǎo)電性、反光性及增進(jìn)美觀等作用的一種技術(shù)。

工藝流程：

前處理→無青堿銅→無青白銅錫→鍍鉻

1、鍍層光澤度高，高品質(zhì)金屬外觀；

2、基材為SUS、Al、Zn、Mg等；成本相對(duì)PVD低。

環(huán)境保護(hù)較差，環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)較大。

六、粉末噴涂 (Powder coating)

粉末噴涂：是用噴粉設(shè)備（靜電噴塑機(jī)）把粉末涂料噴涂到工件的表面，在靜電作用下，粉末會(huì)均勻的吸附于工件表面，形成粉狀的涂層；粉狀涂層經(jīng)過高溫烘烤流平固化，變成效果各異（粉末涂料的不同種類效果）的最終涂層。

上件→靜電除塵→噴涂→低溫流平→烘烤

1、顏色豐富，高光、啞光可選；

2、成本較低，適用于建筑家具產(chǎn)品和散熱片的外殼等；

3、利用率高，100%利用，環(huán)保；

4、遮蔽缺陷能力強(qiáng)；5、可仿木紋效果。

六、金屬拉絲

拉絲：是通過研磨產(chǎn)品在工件表面形成線紋，起到裝飾效果的一種表面處理手段。根據(jù)拉絲后紋路的不同可分為：直紋拉絲、亂紋拉絲、波紋、旋紋。

拉絲處理可使金屬表面獲得非鏡面般金屬光澤，同時(shí)拉絲處理也可以消除金屬表面細(xì)微的瑕疵。

七、噴砂

噴砂:是采用壓縮空氣為動(dòng)力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到需處理工件表面，使工件表面的外表面的外表或形狀發(fā)生變化，獲得一定的清潔度和不同的粗糙度的一種工藝。

1、實(shí)現(xiàn)不同的反光或亞光。

2、能清理工件表面的微小毛刺，并使工件表面更加平整，消除了毛刺的危害，提高了工件的檔次。

3、清楚前處理時(shí)遺留的殘污，提高工件的光潔度，能使工件露出均勻一致的金屬本色，使工件外表更美觀，好看。

八、拋光

拋光：利用柔性拋光工具和磨料顆?；蚱渌麙伖饨橘|(zhì)對(duì)工件表面進(jìn)行的修飾加工。

針對(duì)不同的拋光過程:粗拋(基礎(chǔ)拋光過程)，中拋(精加工過程)和精拋(上光過程)，選用合適的拋光輪可以達(dá)到很好拋光效果，同時(shí)提高拋光效率。

提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度，得到光滑表面或鏡面光澤，同時(shí)也可消除光澤。

九、蝕刻

蝕刻：通常所指蝕刻也稱光化學(xué)蝕刻，指通過曝光制版、顯影后，將要蝕刻區(qū)域的保護(hù)膜去除，在蝕刻時(shí)接觸化學(xué)溶液，達(dá)到溶解腐蝕的作用，形成凹凸或者鏤空成型的效果。

曝光法：工程根據(jù)圖形開出備料尺寸-材料準(zhǔn)備-材料清洗-烘干→貼膜或涂布→烘干→曝光→顯影→烘干-蝕刻→脫膜→OK

網(wǎng)印法：開料→清洗板材(不銹鋼其它金屬材料)→絲網(wǎng)印→蝕刻→脫膜→OK

1、可進(jìn)行金屬表面細(xì)微加工；

2、賦予金屬表面特殊的效果；

蝕刻時(shí)采用的腐蝕液體（酸、堿等）大多對(duì)環(huán)境具有危害。

十、PVD真空鍍

物理氣相沉積（PVD）：是一種工業(yè)制造上的工藝，是主要利用物理過程來沉積薄膜的技術(shù)。

PVD原理示意圖

PVD前清洗→進(jìn)爐抽真空→洗靶及離子清洗→鍍膜→鍍膜結(jié)束，冷卻出爐→后處理（拋光、AFP）

選擇MIM技術(shù)的主要準(zhǔn)則

日本、美國及歐洲的金屬注射成形協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)布ISO標(biāo)準(zhǔn)-ISO22068燒結(jié)金屬注射成形材料規(guī)范，意在于為設(shè)計(jì)與材料工程師提供用MIM工藝制造的零件規(guī)定的材料所需要的資料。關(guān)于選擇MIM工藝準(zhǔn)則，確定有下列一些主要事項(xiàng)需要考慮：

☆質(zhì)量/大量

對(duì)于在切削加工或磨削加工中材料損耗大的零件，MIM在降低生產(chǎn)成本上極有效。

☆數(shù)量

模具與創(chuàng)建費(fèi)用對(duì)于低產(chǎn)量是難以承受的。因此，當(dāng)年產(chǎn)量超過20000件時(shí)，對(duì)于MIM合適。

☆材料

對(duì)于像鈦、不銹鋼及鎳合金之類難切削加工的材料設(shè)計(jì)的零件，MIM最有吸引力。

☆復(fù)雜性

MIM工藝適合制造幾何形狀復(fù)雜的以及在切削加工中需要轉(zhuǎn)換位置的多軸零件。

☆使用性能

如果使用性能很重要，則MIM的高密度形成的性能經(jīng)常都有競爭力。

☆表面粗糙度

表面粗糙度反應(yīng)了粉末顆粒的大小，然而不像其他競爭的工藝，可控的織構(gòu)可能對(duì)成本沒有什么影響。

☆公差

如果要求的公差緊密時(shí)，由于需要后續(xù)加工，MIM的成本趨向于增加，燒結(jié)件的公差大概在±0.3%。

☆組合

為了節(jié)省庫存與組裝費(fèi)用，當(dāng)講多個(gè)零件團(tuán)結(jié)為一個(gè)零件時(shí)，可以受益。

☆缺陷

必須使MIM固有的缺陷處于非關(guān)鍵位置，或制造成形后除去例如澆口印跡、提模桿標(biāo)記或接合線等。

☆新型組合材料

MIM可制造出用傳統(tǒng)工藝難以制造的新型組合材料，例如疊片的、兩種材料結(jié)構(gòu)的或耐磨耗用的混合的金屬-陶瓷材料。