什么情況下合采用MIM工藝

MIM工藝的制程技術(shù)、材料和設(shè)備在國(guó)內(nèi)已經(jīng)越來越成熟，應(yīng)用范圍也非常廣。

零件形狀復(fù)雜、尺寸較小以及產(chǎn)量大，這些都是MIM工藝的優(yōu)勢(shì)。

這些強(qiáng)項(xiàng)，使其在電子數(shù)碼產(chǎn)品、手表、手工工具、牙齒矯正支架、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件、電子密封件、切削工具及運(yùn)動(dòng)器械中得到了大量的應(yīng)用。

那么，如何判定一個(gè)產(chǎn)品是否應(yīng)該選擇MIM工藝，也就是選擇MIM工藝的準(zhǔn)則是什么呢？

目前主要有下列主要事項(xiàng)，選擇MIM工藝前需要考慮清楚。

1.

質(zhì)量、切削量：對(duì)于在切削加工和磨削加工中材料損耗非常、加工非常耗時(shí)的零件，MIM在降低生產(chǎn)成本上極有優(yōu)勢(shì)；

2.

總需求量：模具費(fèi)和研發(fā)費(fèi)用對(duì)于低需求量的產(chǎn)品，分?jǐn)傁聛砗笫呛茈y以承受的。因此，當(dāng)產(chǎn)品的年需求量達(dá)到或超過2萬件時(shí)，可以考慮選擇MIM工藝。

3.

材料：MIM工藝是一種近凈成形技術(shù)，對(duì)于由鈦、不銹鋼及鎳合金之類難易切削的材料設(shè)計(jì)的零件，MIM最有吸引力。

4.

產(chǎn)品復(fù)雜性：MIM工藝最適合制造幾何形狀復(fù)雜的、在切削加工中需要變換很多次加工工位的多軸零件、多基準(zhǔn)零件。

5.

使用性能：基于MIM產(chǎn)品的高密度，如果使用性能有需求，則MIM的高密度形成的性能有競(jìng)爭(zhēng)力。

6.

表面粗糙度：表面粗糙度反映了粉末顆粒的大小。

7.

公差（精度要求）：MIM燒結(jié)件的公差大概為±0.3%，如果產(chǎn)品要求的公差很嚴(yán)格，MIM燒結(jié)件就需要二次加工，如CNC，數(shù)控車等，MIM的成本也趨向于增加，需要評(píng)估比較。

8.

組合：為了節(jié)省庫存與組裝費(fèi)用，可見多個(gè)零件固結(jié)為一個(gè)零件。

9.

缺陷：必須使MIM固有的缺陷處于非關(guān)鍵位置，或制造成型后可以除去，例如澆口印跡，頂針印跡或結(jié)合線。

10.

新型組合材料：MIM可制造出傳統(tǒng)工藝難以制造的新型組合材料，例如疊片的或兩種材料結(jié)構(gòu)的或耐磨耗用的混合的金屬-陶瓷材料。

MIM常用材料的種類很多，但有幾種是主要的。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。

在不同的生產(chǎn)地點(diǎn)之間，用MIM可達(dá)到的性能是不同的。我們?cè)谠O(shè)計(jì)之前，需要的許多性能參數(shù)都匯總與技術(shù)手冊(cè)中。

現(xiàn)在，我們看到了很多為MIM設(shè)計(jì)的新的材料，其中有疊片結(jié)構(gòu)的（硬磁-軟磁，磁性的-非磁性的，傳導(dǎo)性的-絕緣的）、泡沫金屬及孔新建，這些可選擇的項(xiàng)目，都將MIM推進(jìn)到了幾乎沒有工藝可替代的領(lǐng)域。

金屬注射成形用不銹鋼粉的生產(chǎn)工藝

金屬注射成形技術(shù)由陶瓷零件的粉末注射成形技術(shù)發(fā)展而來，是一種新型的粉末冶金近凈成形技術(shù)。一、電鍍電鍍是一種化學(xué)過程，它是在外界直流電源的作用下通過兩類導(dǎo)電在陽極和陰極兩個(gè)電極上進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的過程。金屬注射成形技術(shù)技術(shù)的主要生產(chǎn)步驟如下：金屬粉末與粘結(jié)劑混合——制?！⑸涑尚巍撝獰Y(jié)——后續(xù)處理——最終產(chǎn)品該技術(shù)適用于大批量生產(chǎn)性能高、形狀復(fù)雜的小尺寸的粉末冶金零部件，如瑞士的手表業(yè)用來生產(chǎn)手表零件。      近幾十年來，MIM技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，能應(yīng)用的材料體系包括：Fe-Ni合金、不銹鋼、工具鋼、高比重合金、硬質(zhì)合金、鈦合金、鎳基超合金、金屬間化合物、氧化鋁、氧化鋯等。金屬注射成形技術(shù)要求粉末粒度為微米級(jí)以下，形狀近球形。此外對(duì)粉末的松裝密度、搖實(shí)密度、粉末長(zhǎng)徑比、自然坡度角、粒度分布也有一定的要求。目前生產(chǎn)金屬注射成形技術(shù)用粉末的主要方法有：水霧化法、氣體霧化法、羰基法。常用的不銹鋼金屬的粉末牌號(hào)有：304L，316L， 317L，410L，430L，434L，440A，440C，17-4PH等。

     對(duì)于水霧化法其制作流程為：

     選用不銹鋼原料——中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔化——成份調(diào)整——脫氧除渣——霧化制粉——質(zhì)量檢測(cè)——篩分——包裝入庫主要用到的設(shè)備有：中頻感應(yīng)熔爐、高壓水泵、全封閉式制粉裝置、循環(huán)水水池、篩分和包裝設(shè)備、檢測(cè)儀器等。

    對(duì)于氣霧化法其制作流程為：

    選用不銹鋼原料——中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔化——成份調(diào)整——脫氧除渣——霧化制粉——質(zhì)量檢測(cè)——篩分——包裝入庫主要用到的設(shè)備有：中頻感應(yīng)熔爐、氮?dú)庠春挽F化裝置、循環(huán)水水池、篩分和包裝設(shè)備、檢測(cè)儀器等。

每種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)：水霧化法是主要的制粉工藝，其效率高、大規(guī)模生產(chǎn)比較經(jīng)濟(jì)，可使粉末細(xì)微化，但形狀不規(guī)則，這有利于保形，但所用粘結(jié)劑較多，影響精度。該工藝技術(shù)不僅具有常規(guī)粉末冶金工藝工序少、無切削或少切削、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，而且克服了傳統(tǒng)粉末冶金工藝制品密度低、材質(zhì)不均勻、機(jī)械性能低、不易成型薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，特別適合于大批量生產(chǎn)小型、復(fù)雜以及具有特殊要求的金屬零件。此外，水與金屬高溫反應(yīng)形成的氧化膜妨礙燒結(jié)。氣體霧化法是生產(chǎn)金屬注射成形技術(shù)用粉的主要方法，它生產(chǎn)的粉末為球形，氧化程度低，所需粘結(jié)劑少，成形性好，但極細(xì)粉收率低，價(jià)格高，保形性差，且粘結(jié)劑中的C，N，H，O對(duì)燒結(jié)體有影響。羰基法生產(chǎn)的粉末純度高、開頭穩(wěn)定、粒度極細(xì)，它最適合于 MIM，但僅限于Fe,Ni等粉體，不能滿足品種的要求。為了滿足金屬注射成形技術(shù)用粉的要求，許多制粉公司對(duì)上述方法進(jìn)行了改進(jìn)，還發(fā)展了微霧化、層流霧化等制粉方法?，F(xiàn)在通常是水霧化粉和氣霧化粉混合使用，前者提高振實(shí)密度后者維持保形性。目前采用水霧化粉也可生產(chǎn)相對(duì)密度大于99%的燒結(jié)體，因此較大型零件只使用水霧化粉，較小型零件使用氣霧化粉

我國(guó)近十年來粉末冶金成形新技術(shù)綜述

粉末冶金是一項(xiàng)集材料制備與零件成形于一體，節(jié)能、節(jié)材、高效、最終成形、少污染的先進(jìn)制造技術(shù)，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的地位和作用，已經(jīng)進(jìn)入當(dāng)代材料科學(xué)的發(fā)展前沿。

   目前粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、低成本方向發(fā)展，本文著重介紹幾種近十年來粉末冶金零件的成形新技術(shù)。

   一、溫壓技術(shù)

   溫壓技術(shù)是粉末冶金領(lǐng)域近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，可生產(chǎn)出高密度、高強(qiáng)度，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。②可以消除網(wǎng)狀二次滲碳體，并使珠光體細(xì)化，不但改善機(jī)械性能，而且有利于以后的球化退火。所謂溫壓技術(shù)就是采用te制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤(rùn)滑劑的預(yù)合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動(dòng)控制在±2．5℃以內(nèi)，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進(jìn)行壓制、燒結(jié)而制得粉末冶金零件的技術(shù)。其技術(shù)關(guān)鍵：一是溫壓粉末制備，二是溫壓系統(tǒng)。

   與傳統(tǒng)工藝相比，溫壓成形的壓坯密度約有0.15～0.30g／cm3的增幅，其密度可達(dá)7.45g／cm3。粘結(jié)劑的選擇十分關(guān)鍵，若粘結(jié)劑選擇不當(dāng)可能產(chǎn)生以下缺陷：粘結(jié)劑是怎么分類的。在相同的壓制壓力下，溫壓材料的屈服強(qiáng)度比傳統(tǒng)工藝平均高11％，極限拉伸強(qiáng)度平均高13．5％，沖擊韌性可提高33％。另外，溫壓零件的生坯強(qiáng)度高，可達(dá)2O～30MPa，比傳統(tǒng)方法提高50—100％，不僅降低生坯搬運(yùn)過程中的破損率而且能對(duì)生坯進(jìn)行機(jī)加工，表面光潔度好。此外，溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小，同時(shí)零件性能均一，產(chǎn)品精度高，材料利用率高。

   溫壓工藝還有一個(gè)特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。很好的耐蝕性能：達(dá)克羅膜層的厚度僅為4-8μm，但其防銹效果卻是傳統(tǒng)電鍍鋅、熱鍍鋅或涂料涂覆法的7-10倍以上。研究表明，假如一次壓制、燒結(jié)的普通粉末冶金工藝的成本為1.0，則粉末鍛造的相對(duì)成本為2.0，復(fù)壓復(fù)燒的相對(duì)成本為1.5，滲銅的相對(duì)成本為1.4，而溫壓技術(shù)的相對(duì)成本為1．25。目前，采用溫壓技術(shù)生產(chǎn)的粉末冶金零件已達(dá)200多種，零件重量在5—1200g。例如，德國(guó)SinterstahlGmbH公司用溫壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的摩擦傳動(dòng)用同步齒環(huán)，在美國(guó)新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國(guó)際會(huì)議上獲獎(jiǎng)。該零件的齒部密度超過7.3g／cm，環(huán)體密度超過7.1g／cm，生坯強(qiáng)度達(dá)到28MPa。采用了擴(kuò)散合金化的燒結(jié)硬壓粉末，zui低抗拉強(qiáng)度為850MPa。由于使用了溫壓技術(shù)和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38％。

   二、流動(dòng)溫壓技術(shù)

   流動(dòng)溫壓技術(shù)(Warm Flow Compaction，簡(jiǎn)稱WFC)是在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點(diǎn)而提出來的一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)。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。其關(guān)鍵技術(shù)是提高混合粉末的流動(dòng)性。它通過提高了混合粉末的流動(dòng)性、填充能力和成形性，從而可以在8O～130~C溫度下，在傳統(tǒng)壓機(jī)上精密成形具有復(fù)雜幾何外形的零件，如帶有與壓制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件，而不需要其后的二次機(jī)加工。WFC技術(shù)既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形復(fù)雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術(shù)的高成本，是一項(xiàng)極具潛力的新技術(shù)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

   WFC技術(shù)作為一種新型的粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)，其主要特點(diǎn)如下：(1)可成形具有復(fù)雜幾何形狀的零件；(2)壓坯密度高、密度均勻；(3)對(duì)材料的適應(yīng)性較好；(4)工藝簡(jiǎn)單，成本低。