金属注射成型与粉末冶金

目录

• 介绍

• 金属注射成型与粉末冶金工艺

• 金属注射成型（MIM）基本工艺：

• 粉末冶金（PM）基本工艺:

• MIM与PM的主要差异

• MIM与PM材料

• 设计自由度

• 物理特性

• MIM与PM的独特特性

• 适用于复杂几何形状

• 高温烧结

• 高公差

• 高密度

• 精致的表面

• 抗腐蚀性

• 高疲劳强度

• 具有成本效益的MIM制造

• 数量和复杂程度

• MIM制造优势

介绍

金属注射成型（MIM）和粉末冶金（PM）都是金属零件的粉末基金属加工技术。同时，MIM和PM技术都适用于高质量的小型金属产品。世界各地的制造商正在采购以生产具有复杂几何形状的高质量金属部件。他们喜欢在不牺牲成本的情况下自由设计组件。传统的铸造方法已不能满足这些特殊要求。因此，金属注射成型（MIM）和粉末冶金（PM）等新的成型工艺越来越适合于具有高公差、优异表面和特定性能的金属零件。

金属注射成型与粉末冶金工艺

金属注射成型（MIM）是一种金属加工工艺，它将粉末状金属颗粒与粘合剂材料结合，形成网状金属零件和部件。此外，与其他技术不同，MIM能够以较低的成本生产小而复杂的零件。它是唯一适用于厚度为0.1 mm的薄壁规格的技术。此外，其独特的注塑工艺可以将多个零件整合在一个单一的零件中。

金属注射成型（MIM）基本工艺：

首先，将金属粉末与用于MIM原料的聚合物粘合剂混合。

其次，将原料注入成型机中，用于特定形状的零件-生坯。

第三，通过化学或热脱脂工艺去除粘合剂-脱脂坯。

最后，烧结棕色零件，用于金属粉末致密化和冶金结合形成。

粉末冶金（PM）基本工艺:

首先，混合或混合特定的金属粉末和润滑剂。

其次，用小型压力机在模具中形成一定的形状。

最后，在熔炉中将压缩零件烧结成粉末冶金结合的最终零件。

MIM与PM的主要差异

MIM与PM材料

尽管MIM和PM使用相同的基底金属粉末和定制金属合金，但MIM和粉末冶金材料的关键区别在于粒度。MIM粉末（2-15微米）比PM粉末（50-100微米）小，这导致MIM工艺中零件孔隙率更低。因此，烧结后MIM零件密度将达到95%以上，而PM零件最大只能达到92%。

此外，粉末金属的成本是比较金属注射成型（MIM）和粉末冶金（PM）材料的另一个关键因素。粉末冶金（PM）粉末较便宜。然而，金属注射成型（MIM）更昂贵，因为其更细的粉末尺寸需要更多的工艺和能量来生产。因此，更昂贵的材料是更精细的MIM材料，金属注射成型生产的最终MIM零件孔隙率显著降低。

设计自由度

粉末冶金在使用高压单轴压实时形成尖锐的零件，因此它更适合于形状简单、易于从模腔中弹出的零件。在MIM技术中，3D设计自由度的几何限制非常少。因此，MIM可以将2个或多个子组件组合成一个单独的部分。以下是正常的MIM设计改进：

1. 部件合并：MIM将把单独的子组件合并为一个MIM部件。

2. 均匀壁厚：MIM可以均匀所有零件的壁厚，以生产高公差产品。

3. 取芯和减重：MIM利用取芯来减少材料浪费，并且不会影响零件在进一步使用中的应用。

4. 孔和槽、咬边、螺纹：所有这些项目都用于与其他部件进一步组装。

5. 滚花、字母和徽标：MIM使用这些项目来改善金属零件的表面外观。

为了熟悉金属注射成型（MIM）与粉末冶金（PM）之间的主要区别，我们总结了常见的不同特征，如下表所示。

物理特性

由于粉末冶金在独特的轴上形成零件形状，金属粉末和模具表面之间的摩擦和张力将导致最终零件的不均匀性。相比之下，MIM零件可以在所有方向上均匀摩擦和张力。最后，MIM零件将显示出比PM零件更高的物理性能，如表面外观、耐腐蚀性。此外，对于相同材料，MIM烧结温度（1280℃-1370℃）远高于PM（980℃-1100℃）。与粉末冶金零件相比，微细金属粉末的结合使MIM零件具有更好的物理性能，如韧性和疲劳强度。

我们总结了金属注射成型与粉末冶金的主要物理特性：

MIM与PM的独特特性

适用于复杂几何形状

MIM非常适合复杂的设计零件。液态原料和注射成型可以形成具有相应模腔的任何结构。与粉末冶金工艺不同，只能将金属粉末压铸成所需形状。MIM可以通过各种模腔结构创建复杂的几何形状。此外，将几个分离的部件组合成一个MIM部件是经济高效的。

相反，PM技术只能分别生产这些部件，然后用人工将其组装成最终产品。在这种情况下，我们可以很容易地认识到，对于具有复杂几何形状的零件，MIM比PM更具成本效益。

高温烧结

在MIM和PM工艺中，对于相同的合金材料，烧结温度彼此不同。因此，与粉末冶金相比，MIM烧结工艺将在制造过程中增加大量成本。另一方面，我们需要考虑以下其他未偿回报：

高公差

MIM技术利用较小尺寸的粉末和较高温度的烧结。它将去除粘合剂和其他杂质。为了实现实际尺寸，比PM有更高的设计公差。

高密度

更高的烧结温度促使更多的金属粉末熔化，以消除工艺中的表面孔隙。因此，MIM零件的密度比PM零件高。

精致的表面

MIM零件的表面韧性可以达到1微米，这非常适合进一步的二次加工，不需要额外的加工过程。相比之下，在进一步的表面处理之前，永磁材料需要进行抛光处理。

抗腐蚀性

MIM零件的高密度和精致的表面保证了其比PM更高的耐腐蚀性。

高疲劳强度

高温烧结工艺无疑会提高金属的物理性能，如疲劳强度。因此，MIM零件的性能将优于相同材料的PM零件。

具有成本效益的MIM制造

数量和复杂程度

为了选择最具成本效益的金属零件制造方式，我们需要分析你的项目的零件数量和复杂性。对于简单的零件来说，PM可能是具有成本效益的。然而，MIM能够生产复杂几何形状的金属零件，并在二次操作中大大节省成本。特别是对于两个或更多的实质性部件，它们需要在进一步的操作中进行组装。MIM技术可以只用一个MIM零件来生产这些类型的零件。这将节省材料、设计、装配和物流的总成本。此外，MIM将减少制造过程中的故障率。

如下图所示，我们应该考虑零件的复杂程度和体积程度来选择最经济的制造方式。PM只能满足简单结构金属零件的要求，MIM能够解决复杂几何形状的选择。

MIM制造优势

金属零件制造是一个复杂的过程，受到各种因素的影响。一旦你计划下一个项目，你就需要考虑所有的项目。如下，我们提供了您应该注意的关键因素：

1. 尺寸和重量限制：您的金属零件尺寸和重量将决定主要的制造方式。PM和MIM都适用于尺寸和重量范围为1-200克的小型金属零件。

2. 公差限制：MIM最适合公差高的金属零件。如果您需要高精度金属零件，MIM是唯一的最佳选择。

3. 二次操作：MIM部件便于进一步的二次操作。一旦您计划添加进一步的表面处理，如涂层、涂漆或阳极氧化，MIM是最完美的制造方式。

4. 性能要求：MIM零件具有几乎100%的原材料物理性能。如果您的金属零件需要特殊的金属物理性能，如导电性和导热性、高疲劳强度，MIM技术将轻松满足您的所有要求。

5. 新功能：MIM更适合过去没有完成功能或区域的特定项目。例如，我们可以通过新的功能优化来生产新的设计细节，但只需要在MIM制造中进行简单的调整。MIM技术提供了比PM更多的生产可能性。