金粉末注射成形工艺

1、金属粉末注射成形金属粉末注射成形- -MIMMIM工艺、设计工艺、设计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发中心研发中心 张怀龙张怀龙金属成形工艺金属成形工艺金属成形制程第五代的金属成形工艺第五代的金属成形工艺Pressure Molding, PMPressure Molding, PM粉末压结成形法粉末压结成形法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 金属粉末注射成形金属粉末注射成形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- -金属粉末注射成形金属粉末注射成形MIM工艺优势MIM工艺流程MIM工艺特点微细粉末粉末粒度D90小于40um粉末

3、粒度分布窄 高体积比例的粘结剂粘结剂体积占比高达45%多种粘结剂体系，满足不同的成形特性要求喂料，金属粉末与粘结剂混炼制得 高速率成形模具精度高专用注塑成型机烧结技术固相烧结/液相烧结不同类型的烧结设备金属相图材料科学知识微细粉末微细粉末左图为德国BASF出品的羰基铁粉(Carbonyl iron powder), 这是一种利用高温通过CO以及后续加热得到的铁粉，球状的粉铁像一层层的壳状包附，类似糖果般。这样的粉体非常适合固态烧结作业。左图为MIM常用的两种粉体，圆形和不规则形状，根据制程的特性，圆形粉末的费用较高，也具有比较好的堆积率；多角状的粉体则必须有技巧的使用，方可得到比较好的烧结体密

4、度，也具有好的保形性(Conformal)类型类型材质材质特性特性应用应用低合金钢Fe-2Ni, Fe8Ni高强度结构件，凹凸轮20CrMo不锈钢奥氏体SUS 304 SUS 316 / 316L耐腐蚀眼镜、手表零件、装饰件、锁具奥氏体310S耐热耐腐蚀涡轮发动机叶片马氏体SUS 630 (17 4 PH)SUS 420J2/440C防腐蚀高强度轴、套筒、手机结构件、医疗器械工具钢M2高强度耐磨工具,凹凸轮与特用螺丝磁性材料Fe3Si，Fe50Ni高饱和磁感应强度，高磁导率电动工具、无人机高比重合金WNiCu，WNiFe高密度、高硬度手机震子硬质合金WC-Co,YG3,YG6高硬、耐磨刀片特殊

5、合金钛合金、高温合金等MIM工艺适用材料范围工艺适用材料范围MIM工艺分类工艺分类-根据脱脂方式不同根据脱脂方式不同脱脂方式脱脂方式脱脂环境脱脂环境脱脂工艺脱脂工艺名称名称溶剂脱脂有机溶剂浸泡在溶剂中并加热 (5070) 萃取脱脂萃取脱脂水浸泡在溶剂中并加热 (4050) 水解脱脂水解脱脂热气氛下进行脱脂硝酸气体暴露于硝酸气体中并加热(120170C)催化脱脂催化脱脂真空加热(25600C)热脱脂热脱脂方法脱脂时间脱脂时间 介质介质热（一段脱脂）生坯厚度10mm, 16 22 hr真空溶剂（二段脱脂）生坯厚度10mm, 4 8 hr (第二段热脱需要约6小时追加)溶剂催化（二段脱脂）1mm o

6、f a Green Part /hr , (第二段热脱需要约6小时追加)硝酸MIMMIM工艺主要设备工艺主要设备注塑机喂料通过注塑机注入成形模具中，制得预定形状的生坯脱脂真空烧结一体路在真空环境中，控制炉内特定压力、流量（3-30kPa）的惰性气氛，脱脂后MIM生坯进一步热脱脂并进行烧结收缩批次脱脂炉塑基注射生坯催化脱脂使用步进梁连续脱脂烧结炉惰性或氢气气氛正压环境下连续脱脂烧结密炼机金属粉末和有机粘结剂混合均匀造粒机混炼好的喂料破碎制成均匀的小颗粒MIM-MIM-催化脱脂工艺流程催化脱脂工艺流程金属粉末与粘结剂剪切力下混炼注射用喂料造粒后的喂料注射成形热脱脂与烧结烧结零件Green part

7、生坯Brown part棕坯催化脱脂喂料混炼喂料混炼金属粉末粘结剂密炼机中加热至170-200，在强力的Z形搅拌轴作用下通过剪切力进行混炼典型的混炼后的喂料，类似于面团挤出机、风刀作用下制成颗粒状配方比例Initial Middle FinalDe-binding stageMIMMIM工艺工艺注射生坯脱脂注射生坯脱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. 只有二阶段的溶剂脱黏和酸化脱黏才有此坯体真空烧结真空烧结14烧结坯烧结坯脱脂坯脱脂坯闭孔A closed pore with gas from sintering atmosphere.Necking金属注射成形之烧结致密化过程松散的粉末堆积体残留闭孔的烧结坯尺寸收缩从（ 1.165、1.216）到1金属粉末成形零件设计金属粉末

9、成形零件设计适合适合MIM工艺的金属零件特点工艺的金属零件特点 金属材料熔点高，高于1100以上，如铁、镍、钛、钴、铜、钨、钼基合金；材料切削加工困难； 零件结构设计复杂，难以用冲压、精密冲裁、冷镦、车加工或传统粉末冶金成形； 结构或微小特征难以用铸造成形；（印花、logo） 尺寸精度采用标准的注塑模具和MIM工艺可达成，如果需要可以采用二次加工；一般可达成GB1804-2011 线性尺寸公差M级要求。 较高的表面外观要求，MIM零件表面粗糙度一般可达到Ra3.2um，可后续处理； 壁厚大于0.2mm，小于8mm；壁厚逐渐变化； 尺寸小于100mm，长径比不大于10； 质量小于100g； 烧结

10、支撑面是平面； 订单量大，批次订单量50000件以上。典型尺寸公差与成形能力对比典型尺寸公差与成形能力对比金属注射成形金属注射成形精密铸造精密铸造公称尺寸一般30.053-60.060.126-150.080.1515-300.150.2030-600.250.30600.5特征特征精密铸造精密铸造金属注射成形金属注射成形最小孔孔径2mm0.4mm2mm直径盲孔最大深度2mm20mm最小壁厚2mm0.3mm最大壁厚无限制30mm14mm直径孔的公差0.2mm0.75mm表面粗糙度Ra5um4-20umMIM工艺工艺-可制造性分析可制造性分析关键点关键点项目项目说明说明产品尺寸公差尺寸大小、公差

11、精度特征壁厚、烧结支撑、螺纹孔、装配面材料性能硬度、强度、耐蚀性、疲劳寿命、功能特性外观要求外观面后处理要求机加工、抛光、电镀、PVD、烤漆、喷砂材料材料选择一般客户指定，推荐MPIF-35成本容易获得，低成本模具模具排布1出1,2,4，8?不推荐更多，不均匀分型线分型线位置，披锋毛刺容易控制浇口/充填浇口位置、形状、大小，熔接线位置，黑纹脱模拔模斜度/倒扣/顶针生产工艺工艺流程考虑工艺局限性，增加整形、机加工、后处理工序，从技术要求、产品质量、工序成本等几方面进行综合考虑。关键控制点过程控制特性，CPK要求 应用：工业缝纫机 功能要求：形位尺寸满足后续加工、装配；表面耐磨且基体韧性良好； 整

12、体尺寸：32*15.7mm 零件质量；12.1 材质：MIM4605（改） 关键特性： 1、表面硬度高，基体韧性好；满足高速旋转耐磨和强度要求； 2、形位尺寸精度要求高； MIM成形难点： 1、变形 镂空的外形，注射应力和烧结收缩不一致会导致产品变形较大，需要多道精整保证质量一致性； 2、注射成形缺陷 产品为运动结构件，对内部缺陷敏感，成形缺陷位置易断裂； 3、模具 外观要求不可见顶针印，采用整体顶出方式；模具材质选择，结构设计难以保证模具寿命，模具成本高1.6倍梭架自锁托槽 应用：医疗器械牙齿矫正器 功能要求：容易组装，不能打滑、卡滞；耐腐蚀； 整体尺寸：2.8*3.8*3.4mm 零件质量

13、；0.12g 材质：17-4PH不锈钢 关键特性： 1、零件装配尺寸； 2、实用转配功能尺寸；外观； 3、材料性能要求； MIM成形难点： 1、变形 1套成品40个产品，生产可控的冗余度小；需要成套交货。 2、后续处理 医疗器械产品，对装配尺寸、外观和性能要求高； 3、模具 产品尺寸小，结构复杂，模具上有很多小零件碰穿；模具设计和制作困难。表壳 应用：智能手表表壳 功能要求：后续加工尺寸一致性；外观件； 整体尺寸：32*22*8.2mm 零件质量；11g 材质：316L不锈钢 关键特性： 1、加工尺寸一致性和批次稳定性； 2、外观件； MIM成形难点： 1、变形 悬空烧结，增加烧结支撑面；改善

14、原料保形性；后续精整矫正； 2、尺寸一致性 后续NC加工对MIM素材尺寸稳定性和一致性要求高； 3、外观 电子产品外观件要求高，过程控制尽量减少注塑、烧结、整形产品不良，外观良率低。手术刀柄 应用：医疗器械 功能要求：外观件；装配无问题； 整体尺寸：127*11.4*5.4mm 零件质量；34g 材质：17-4PH不锈钢 关键特性： 1、产品细长； 2、手持外观面，对外观要求较高； MIM成形难点： 1、变形 无烧结支撑面，烧结变形大；17-4PH不锈钢材质强度高，后续精整矫正困难； 2、装配尺寸一致性 头部要装配手术刀片，需顺滑；变形大，尺寸稳定性不好可能导致装配不畅； 3、外观 医疗器械外观件要求高，表面有字符，后续表面只喷砂处理，外观不良难以弥补。过程控制尽量减少注塑、烧结、整形产品不良。转轴 应用：笔电