粉末冶金金属注射成型金属注射成型技术

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金属注射成型 (MIM) 是传统塑料注射成型的一种变体 ，能够利用注射成型技术制造实心金属部件。在这个过程中，被称为原料的原材料是金属和聚合物的粉末混合物。因此，MIM 有时也称为粉末注射成型 (PIM)。使用标准注塑机，将粉末熔化并注入模具中，在模具中冷却并固化成所需零件的形状。随后的加热过程去除不需要的聚合物并产生高密度金属部件。

金属注射成型最适合小金属零件的大批量生产。与注塑成型一样，这些零件的几何形状可能很复杂，并且具有薄壁和精细的细节。金属粉末的使用使得可以使用多种黑色金属和有色金属合金，并且材料性能（强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等）接近锻造金属的性能。此外，由于金属在 MIM 工艺中不会熔化（与金属铸造工艺不同），因此可以使用高温合金而不会对刀具寿命产生任何负面影响。MIM 零件常用的金属包括：

• 低合金钢
• 不锈钢
• 高速钢
• 熨斗
• 钴合金
• 铜合金
• 镍合金
• 钨合金
• 钛合金
  

用 MIM 工艺制造的金属零件在许多行业中都有发现，包括航空航天、汽车、消费品、医疗/牙科和电信。MIM 组件可以在手机、体育用品、电动工具、手术器械以及各种电子和光学设备中找到。

金属注射成型工艺包括以下步骤：

• 原料制备——第一步是制造金属和聚合物的粉末混合物。这里使用的粉末金属比传统粉末冶金工艺中使用的粉末金属细得多（通常小于 20 微米）。粉末金属与热的热塑性粘合剂混合，冷却，然后造粒成颗粒形式的均匀原料。所得原料通常为 60% 的金属和 40% 的聚合物（按体积计）。
  
  
  
  MIM 原料制备
• 注射成型——粉末原料使用与塑料注射成型相同的设备和工具成型。但是，模具型腔的设计尺寸大约要大 20%，以解决烧结过程中的零件收缩问题。在 注塑成型周期中，原料被熔化并注入模具型腔，在那里冷却并固化成零件的形状。模制的“绿色”部件被弹出，然后清洁以去除所有飞边。
  
  
  
  MIM注塑成型
• 脱脂- 此步骤从金属中去除聚合物粘合剂。在某些情况下，首先进行溶剂脱脂，其中将“生坯”部分置于水浴或化学浴中以溶解大部分粘合剂。在（代替）该步骤之后，进行热脱脂或预烧结。“生坯”部分在低温烘箱中加热，使聚合物粘合剂通过蒸发除去。因此，剩余的“棕色”金属部分将包含大约 40% 的体积空间。
  
  
  
  MIM 脱脂
• 烧结- 最后一步是在高温炉（高达 2500°F）中烧结“棕色”部分，以将空白空间减少到大约 1-5%，从而产生高密度（95-99% ) 金属部分。该熔炉使用惰性气体气氛，温度接近金属熔点的 85%。这个过程从材料中去除了孔隙，导致部件收缩到其成型尺寸的 75-85%。但是，这种收缩是均匀发生的，并且可以准确预测。由此产生的零件保留了具有高公差的原始模制形状，但现在的密度要大得多。
  
  
  
  MIM烧结
  
  

在烧结过程之后，不需要二次操作来提高公差或表面光洁度。然而，就像铸造金属零件一样，可以执行许多二次加工来添加特征、改善材料特性或组装其他组件。例如，可以对 MIM 零件进行机加工、热处理或焊接。

金属注射成型 (MIM)

设计规则

在设计要使用 MIM 制造的零件时，大多数 塑料注射成型的设计规则 仍然适用。但是，也有一些例外或补充，例如：

• 壁厚- 就像塑料注塑成型一样，壁厚应该最小化并在整个零件中保持均匀。值得注意的是，在 MIM 工艺中，最小化壁厚不仅可以减少材料体积和循环时间，还可以减少脱脂和烧结时间。
• 拔模 - 与塑料注塑成型不同，许多 MIM 零件不需要任何拔模。与大多数注塑成型聚合物相比，粉末材料中使用的聚合物粘合剂更容易从模具中脱模。此外，由于混合物中的金属粉末需要更长的时间才能冷却，因此 MIM 零件在完全冷却之前就被顶出并在模具特征周围收缩。
• 烧结支撑——在烧结过程中，MIM 部件必须得到适当的支撑，否则它们可能会在收缩时变形。通过在同一平面上设计具有平面的零件，可以使用标准的平面支撑托盘。否则，可能需要更昂贵的定制支持。
  

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