粉末冶金金屬注射成型金屬注射成型技術

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金屬注射成型 (MIM) 是傳統(tǒng)塑料注射成型的一種變體 ，能夠利用注射成型技術制造實心金屬部件。在這個過程中，被稱為原料的原材料是金屬和聚合物的粉末混合物。因此，MIM 有時也稱為粉末注射成型 (PIM)。使用標準注塑機，將粉末熔化并注入模具中，在模具中冷卻并固化成所需零件的形狀。隨后的加熱過程去除不需要的聚合物并產生高密度金屬部件。

金屬注射成型最適合小金屬零件的大批量生產。與注塑成型一樣，這些零件的幾何形狀可能很復雜，并且具有薄壁和精細的細節(jié)。金屬粉末的使用使得可以使用多種黑色金屬和有色金屬合金，并且材料性能（強度、硬度、耐磨性、耐腐蝕性等）接近鍛造金屬的性能。此外，由于金屬在 MIM 工藝中不會熔化（與金屬鑄造工藝不同），因此可以使用高溫合金而不會對刀具壽命產生任何負面影響。MIM 零件常用的金屬包括：

• 低合金鋼
• 不銹鋼
• 高速鋼
• 熨斗
• 鈷合金
• 銅合金
• 鎳合金
• 鎢合金
• 鈦合金
  

用 MIM 工藝制造的金屬零件在許多行業(yè)中都有發(fā)現(xiàn)，包括航空航天、汽車、消費品、醫(yī)療/牙科和電信。MIM 組件可以在手機、體育用品、電動工具、手術器械以及各種電子和光學設備中找到。

金屬注射成型工藝包括以下步驟：

• 原料制備——第一步是制造金屬和聚合物的粉末混合物。這里使用的粉末金屬比傳統(tǒng)粉末冶金工藝中使用的粉末金屬細得多（通常小于 20 微米）。粉末金屬與熱的熱塑性粘合劑混合，冷卻，然后造粒成顆粒形式的均勻原料。所得原料通常為 60% 的金屬和 40% 的聚合物（按體積計）。
  
  
  
  MIM 原料制備
• 注射成型——粉末原料使用與塑料注射成型相同的設備和工具成型。但是，模具型腔的設計尺寸大約要大 20%，以解決燒結過程中的零件收縮問題。在 注塑成型周期中，原料被熔化并注入模具型腔，在那里冷卻并固化成零件的形狀。模制的“綠色”部件被彈出，然后清潔以去除所有飛邊。
  
  
  
  MIM注塑成型
• 脫脂- 此步驟從金屬中去除聚合物粘合劑。在某些情況下，首先進行溶劑脫脂，其中將“生坯”部分置于水浴或化學浴中以溶解大部分粘合劑。在（代替）該步驟之后，進行熱脫脂或預燒結?！吧鳌辈糠衷诘蜏睾嫦渲屑訜幔咕酆衔镎澈蟿┩ㄟ^蒸發(fā)除去。因此，剩余的“棕色”金屬部分將包含大約 40% 的體積空間。
  
  
  
  MIM 脫脂
• 燒結- 最后一步是在高溫爐（高達 2500°F）中燒結“棕色”部分，以將空白空間減少到大約 1-5%，從而產生高密度（95-99% ) 金屬部分。該熔爐使用惰性氣體氣氛，溫度接近金屬熔點的 85%。這個過程從材料中去除了孔隙，導致部件收縮到其成型尺寸的 75-85%。但是，這種收縮是均勻發(fā)生的，并且可以準確預測。由此產生的零件保留了具有高公差的原始模制形狀，但現(xiàn)在的密度要大得多。
  
  
  
  MIM燒結
  
  

在燒結過程之后，不需要二次操作來提高公差或表面光潔度。然而，就像鑄造金屬零件一樣，可以執(zhí)行許多二次加工來添加特征、改善材料特性或組裝其他組件。例如，可以對 MIM 零件進行機加工、熱處理或焊接。

金屬注射成型 (MIM)

設計規(guī)則

在設計要使用 MIM 制造的零件時，大多數(shù) 塑料注射成型的設計規(guī)則 仍然適用。但是，也有一些例外或補充，例如：

• 壁厚- 就像塑料注塑成型一樣，壁厚應該最小化并在整個零件中保持均勻。值得注意的是，在 MIM 工藝中，最小化壁厚不僅可以減少材料體積和循環(huán)時間，還可以減少脫脂和燒結時間。
• 拔模 - 與塑料注塑成型不同，許多 MIM 零件不需要任何拔模。與大多數(shù)注塑成型聚合物相比，粉末材料中使用的聚合物粘合劑更容易從模具中脫模。此外，由于混合物中的金屬粉末需要更長的時間才能冷卻，因此 MIM 零件在完全冷卻之前就被頂出并在模具特征周圍收縮。
• 燒結支撐——在燒結過程中，MIM 部件必須得到適當?shù)闹危駝t它們可能會在收縮時變形。通過在同一平面上設計具有平面的零件，可以使用標準的平面支撐托盤。否則，可能需要更昂貴的定制支持。
  

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