金粉末注射成形工藝

1、金屬粉末注射成形金屬粉末注射成形- -MIMMIM工藝、設(shè)計工藝、設(shè)計浙江一火科技股份有限公司浙江一火科技股份有限公司研發(fā)中心研發(fā)中心 張懷龍張懷龍金屬成形工藝金屬成形工藝金屬成形制程第五代的金屬成形工藝第五代的金屬成形工藝Pressure Molding, PMPressure Molding, PM粉末壓結(jié)成形法粉末壓結(jié)成形法Powder MetallurgyPowder Metallurgy粉末冶金粉末冶金Powder Injection Molding, PIMPowder Injection Molding, PIM粉末粉末注射注射成形法成形法Metal powder Injecti

2、on Molding, MIMMetal powder Injection Molding, MIM 金屬粉末注射成形金屬粉末注射成形Ceramic powder Injection Molding, CIMCeramic powder Injection Molding, CIM 陶瓷粉末注射成形陶瓷粉末注射成形CermetCermet powder Injection Molding, Co-MIM powder Injection Molding, Co-MIM 陶瓷陶瓷- -金屬粉末注射成形金屬粉末注射成形MIM工藝優(yōu)勢MIM工藝流程MIM工藝特點微細粉末粉末粒度D90小于40um粉末

3、粒度分布窄 高體積比例的粘結(jié)劑粘結(jié)劑體積占比高達45%多種粘結(jié)劑體系，滿足不同的成形特性要求喂料，金屬粉末與粘結(jié)劑混煉制得 高速率成形模具精度高專用注塑成型機燒結(jié)技術(shù)固相燒結(jié)/液相燒結(jié)不同類型的燒結(jié)設(shè)備金屬相圖材料科學(xué)知識微細粉末微細粉末左圖為德國BASF出品的羰基鐵粉(Carbonyl iron powder), 這是一種利用高溫通過CO以及后續(xù)加熱得到的鐵粉，球狀的粉鐵像一層層的殼狀包附，類似糖果般。這樣的粉體非常適合固態(tài)燒結(jié)作業(yè)。左圖為MIM常用的兩種粉體，圓形和不規(guī)則形狀，根據(jù)制程的特性，圓形粉末的費用較高，也具有比較好的堆積率；多角狀的粉體則必須有技巧的使用，方可得到比較好的燒結(jié)體密

4、度，也具有好的保形性(Conformal)類型類型材質(zhì)材質(zhì)特性特性應(yīng)用應(yīng)用低合金鋼Fe-2Ni, Fe8Ni高強度結(jié)構(gòu)件，凹凸輪20CrMo不銹鋼奧氏體SUS 304 SUS 316 / 316L耐腐蝕眼鏡、手表零件、裝飾件、鎖具奧氏體310S耐熱耐腐蝕渦輪發(fā)動機葉片馬氏體SUS 630 (17 4 PH)SUS 420J2/440C防腐蝕高強度軸、套筒、手機結(jié)構(gòu)件、醫(yī)療器械工具鋼M2高強度耐磨工具,凹凸輪與特用螺絲磁性材料Fe3Si，F(xiàn)e50Ni高飽和磁感應(yīng)強度，高磁導(dǎo)率電動工具、無人機高比重合金WNiCu，WNiFe高密度、高硬度手機震子硬質(zhì)合金WC-Co,YG3,YG6高硬、耐磨刀片特殊

5、合金鈦合金、高溫合金等MIM工藝適用材料范圍工藝適用材料范圍MIM工藝分類工藝分類-根據(jù)脫脂方式不同根據(jù)脫脂方式不同脫脂方式脫脂方式脫脂環(huán)境脫脂環(huán)境脫脂工藝脫脂工藝名稱名稱溶劑脫脂有機溶劑浸泡在溶劑中并加熱 (5070) 萃取脫脂萃取脫脂水浸泡在溶劑中并加熱 (4050) 水解脫脂水解脫脂熱氣氛下進行脫脂硝酸氣體暴露于硝酸氣體中并加熱(120170C)催化脫脂催化脫脂真空加熱(25600C)熱脫脂熱脫脂方法脫脂時間脫脂時間 介質(zhì)介質(zhì)熱（一段脫脂）生坯厚度10mm, 16 22 hr真空溶劑（二段脫脂）生坯厚度10mm, 4 8 hr (第二段熱脫需要約6小時追加)溶劑催化（二段脫脂）1mm o

6、f a Green Part /hr , (第二段熱脫需要約6小時追加)硝酸MIMMIM工藝主要設(shè)備工藝主要設(shè)備注塑機喂料通過注塑機注入成形模具中，制得預(yù)定形狀的生坯脫脂真空燒結(jié)一體路在真空環(huán)境中，控制爐內(nèi)特定壓力、流量（3-30kPa）的惰性氣氛，脫脂后MIM生坯進一步熱脫脂并進行燒結(jié)收縮批次脫脂爐塑基注射生坯催化脫脂使用步進梁連續(xù)脫脂燒結(jié)爐惰性或氫氣氣氛正壓環(huán)境下連續(xù)脫脂燒結(jié)密煉機金屬粉末和有機粘結(jié)劑混合均勻造粒機混煉好的喂料破碎制成均勻的小顆粒MIM-MIM-催化脫脂工藝流程催化脫脂工藝流程金屬粉末與粘結(jié)劑剪切力下混煉注射用喂料造粒后的喂料注射成形熱脫脂與燒結(jié)燒結(jié)零件Green part

7、生坯Brown part棕坯催化脫脂喂料混煉喂料混煉金屬粉末粘結(jié)劑密煉機中加熱至170-200，在強力的Z形攪拌軸作用下通過剪切力進行混煉典型的混煉后的喂料，類似于面團擠出機、風(fēng)刀作用下制成顆粒狀配方比例Initial Middle FinalDe-binding stageMIMMIM工藝工藝注射生坯脫脂注射生坯脫脂棕坯棕坯生坯生坯1.Binder be removed after de-binding stage. “Brown” This is to say the traditional powder metallurgy. (Color of oxide iron powder)2.

8、After de-binding, the brown part like a foam sponge with a lot of internal channels.3.Air and/or nitrogen remaining in these channels. 只有二階段的溶劑脫黏和酸化脫黏才有此坯體真空燒結(jié)真空燒結(jié)14燒結(jié)坯燒結(jié)坯脫脂坯脫脂坯閉孔A closed pore with gas from sintering atmosphere.Necking金屬注射成形之燒結(jié)致密化過程松散的粉末堆積體殘留閉孔的燒結(jié)坯尺寸收縮從（ 1.165、1.216）到1金屬粉末成形零件設(shè)計金屬粉末

9、成形零件設(shè)計適合適合MIM工藝的金屬零件特點工藝的金屬零件特點 金屬材料熔點高，高于1100以上，如鐵、鎳、鈦、鈷、銅、鎢、鉬基合金；材料切削加工困難； 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，難以用沖壓、精密沖裁、冷鐓、車加工或傳統(tǒng)粉末冶金成形； 結(jié)構(gòu)或微小特征難以用鑄造成形；（印花、logo） 尺寸精度采用標準的注塑模具和MIM工藝可達成，如果需要可以采用二次加工；一般可達成GB1804-2011 線性尺寸公差M級要求。 較高的表面外觀要求，MIM零件表面粗糙度一般可達到Ra3.2um，可后續(xù)處理； 壁厚大于0.2mm，小于8mm；壁厚逐漸變化； 尺寸小于100mm，長徑比不大于10； 質(zhì)量小于100g； 燒結(jié)

10、支撐面是平面； 訂單量大，批次訂單量50000件以上。典型尺寸公差與成形能力對比典型尺寸公差與成形能力對比金屬注射成形金屬注射成形精密鑄造精密鑄造公稱尺寸一般30.053-60.060.126-150.080.1515-300.150.2030-600.250.30600.5特征特征精密鑄造精密鑄造金屬注射成形金屬注射成形最小孔孔徑2mm0.4mm2mm直徑盲孔最大深度2mm20mm最小壁厚2mm0.3mm最大壁厚無限制30mm14mm直徑孔的公差0.2mm0.75mm表面粗糙度Ra5um4-20umMIM工藝工藝-可制造性分析可制造性分析關(guān)鍵點關(guān)鍵點項目項目說明說明產(chǎn)品尺寸公差尺寸大小、公差

11、精度特征壁厚、燒結(jié)支撐、螺紋孔、裝配面材料性能硬度、強度、耐蝕性、疲勞壽命、功能特性外觀要求外觀面后處理要求機加工、拋光、電鍍、PVD、烤漆、噴砂材料材料選擇一般客戶指定，推薦MPIF-35成本容易獲得，低成本模具模具排布1出1,2,4，8?不推薦更多，不均勻分型線分型線位置，披鋒毛刺容易控制澆口/充填澆口位置、形狀、大小，熔接線位置，黑紋脫模拔模斜度/倒扣/頂針生產(chǎn)工藝工藝流程考慮工藝局限性，增加整形、機加工、后處理工序，從技術(shù)要求、產(chǎn)品質(zhì)量、工序成本等幾方面進行綜合考慮。關(guān)鍵控制點過程控制特性，CPK要求 應(yīng)用：工業(yè)縫紉機 功能要求：形位尺寸滿足后續(xù)加工、裝配；表面耐磨且基體韌性良好； 整

12、體尺寸：32*15.7mm 零件質(zhì)量；12.1 材質(zhì)：MIM4605（改） 關(guān)鍵特性： 1、表面硬度高，基體韌性好；滿足高速旋轉(zhuǎn)耐磨和強度要求； 2、形位尺寸精度要求高； MIM成形難點： 1、變形 鏤空的外形，注射應(yīng)力和燒結(jié)收縮不一致會導(dǎo)致產(chǎn)品變形較大，需要多道精整保證質(zhì)量一致性； 2、注射成形缺陷 產(chǎn)品為運動結(jié)構(gòu)件，對內(nèi)部缺陷敏感，成形缺陷位置易斷裂； 3、模具 外觀要求不可見頂針印，采用整體頂出方式；模具材質(zhì)選擇，結(jié)構(gòu)設(shè)計難以保證模具壽命，模具成本高1.6倍梭架自鎖托槽 應(yīng)用：醫(yī)療器械牙齒矯正器 功能要求：容易組裝，不能打滑、卡滯；耐腐蝕； 整體尺寸：2.8*3.8*3.4mm 零件質(zhì)量

13、；0.12g 材質(zhì)：17-4PH不銹鋼 關(guān)鍵特性： 1、零件裝配尺寸； 2、實用轉(zhuǎn)配功能尺寸；外觀； 3、材料性能要求； MIM成形難點： 1、變形 1套成品40個產(chǎn)品，生產(chǎn)可控的冗余度??；需要成套交貨。 2、后續(xù)處理 醫(yī)療器械產(chǎn)品，對裝配尺寸、外觀和性能要求高； 3、模具 產(chǎn)品尺寸小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具上有很多小零件碰穿；模具設(shè)計和制作困難。表殼 應(yīng)用：智能手表表殼 功能要求：后續(xù)加工尺寸一致性；外觀件； 整體尺寸：32*22*8.2mm 零件質(zhì)量；11g 材質(zhì)：316L不銹鋼 關(guān)鍵特性： 1、加工尺寸一致性和批次穩(wěn)定性； 2、外觀件； MIM成形難點： 1、變形 懸空燒結(jié)，增加燒結(jié)支撐面；改善

14、原料保形性；后續(xù)精整矯正； 2、尺寸一致性 后續(xù)NC加工對MIM素材尺寸穩(wěn)定性和一致性要求高； 3、外觀 電子產(chǎn)品外觀件要求高，過程控制盡量減少注塑、燒結(jié)、整形產(chǎn)品不良，外觀良率低。手術(shù)刀柄 應(yīng)用：醫(yī)療器械 功能要求：外觀件；裝配無問題； 整體尺寸：127*11.4*5.4mm 零件質(zhì)量；34g 材質(zhì)：17-4PH不銹鋼 關(guān)鍵特性： 1、產(chǎn)品細長； 2、手持外觀面，對外觀要求較高； MIM成形難點： 1、變形 無燒結(jié)支撐面，燒結(jié)變形大；17-4PH不銹鋼材質(zhì)強度高，后續(xù)精整矯正困難； 2、裝配尺寸一致性 頭部要裝配手術(shù)刀片，需順滑；變形大，尺寸穩(wěn)定性不好可能導(dǎo)致裝配不暢； 3、外觀 醫(yī)療器械外觀件要求高，表面有字符，后續(xù)表面只噴砂處理，外觀不良難以彌補。過程控制盡量減少注塑、燒結(jié)、整形產(chǎn)品不良。轉(zhuǎn)軸 應(yīng)用：筆電