MIM工艺介绍解析ppt课件.ppt

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1、MIM工艺介绍,东莞市锐意金属 制品有限公司,平生 邮箱： QQ:50160307电 话： 0769 89791622 移动电话： 18929419917传 真： 0769 27206426 地 址： 中国 广东 东莞市 塘厦镇清湖头工业区清风路2号 邮 编： 523710 公司主页： http:/ http:/本公司主要经营不锈钢精密铸造零件 金属注射成型 粉末冶金零件 五金冲压件等金属零件。主要零件类型有：1单相不锈钢零件: 201 202 304 316 316l 410 440 440A 440B 440C. 2双相不锈钢零件： 2205 2304 2502等耐腐蚀 耐高温件 3Ti及

2、其钛合金零件，其它稀有金属MIM零件,MIM简介,MIM 简介 金属注射成形(Metal Injection Molding ,MIM)是一种将金属粉末与其粘结剂的增塑混合料注射于模型中的成形方法。它是先将所选粉末与粘结剂进行混合，然后将混合料进行制粒再注射成形所需要的形状。聚合物将其粘性流动的特征赋予混合料，而有助于成形、模腔填充和粉末装填的均匀性。成形以后排除粘结剂，再对脱脂坯进行烧结。有的烧结产品还可能要进行进一步致密化处理、热处理或机加工。烧结产品不仅具有与塑料注射成形法所得制品一样的复杂形状和高精度，而且具有与锻件接近的物理、化学与机械性能。该工艺技术适合大批量生产小型、精密、三维形

3、状复杂以及具有特殊性能要求的金属零部件的制造。MIM 是 PIM （Powder Injection Molding，粉末注射成型）的一种，作为一种制造高质量精密零件的近净成形技术，具有常规粉末冶金和机加工方法无法比拟的优势。MIM能制造许多具有复杂形状特征的零件：如各种外部切槽，外螺纹，锥形外表面，交叉通孔、盲孔，凹台与键销，加强筋板，表面滚花等等，具有以上特征的零件都是无法用常规粉末冶金方法得到的。由于通过MIM制造的零件几乎不需要再进行机加工，所以减少了材料的消耗，因此在所要求生产的复杂形状零件数量高于一定值时，MIM就会比机加工方法更为经济。,MIM 工艺流程 1,东莞锐意经过近20年

4、的发展，已经具备成熟的全系列产品生产、加工、质检、模具等设备。我们从产品设计、模具设计制作，到产品生产、质量检验，为客户提供综合一站式服务。,MIM 工艺流程 2,(1)金属粉末MIM工艺所用的金属粉末颗粒尺寸一般在0.520m。从理论上讲，颗粒越细，比表面积也越大，越易于成型和烧结。而传统的粉末冶金工艺则采用大于40m的较粗粉末。(2)有机粘结剂有机粘结剂的作用是粘结金属粉末颗粒，使混合料在注射机料筒中加热后具有流变性和润滑性，即粘结剂是带动粉末流动的载体。因此，粘结剂的选择是整个粉末注射成型的关键。对有机粘结剂的要求为：用量少，用较少的粘结剂能使混合料产生较好的流变性；不反应，在去除粘结剂

5、的过程中与金属粉末不起任何化学反应；易去除，在制品内不残留碳。(3)混料把金属粉末与有机粘结剂均匀掺混在一起，使各种原料成为注射成型用混合料。混合料的均匀程度直接影响其流动性，从而影响注射成型工艺参数以及最终材料的密度及其它性能。(4)注射成型本步工艺过程与塑料注射成型工艺过程在原理上是一致的，其设备条件也基本相同。在注射成型过程中，混合料在注射机料筒内被加热成具有流变性的塑性物料，并在适当的注射压力下注入模具中，成型出毛坯。注射成型毛坯在外观上应均匀一致，从而使制品在烧结过程中均匀收缩。(5)萃取成型毛坯在烧结前必须去除毛坯内所含有的有机粘结剂，该过程称为萃取。萃取工艺必须保证粘结剂从毛坯的

6、不同部位沿着颗料之间的微小通道逐渐排出，而不降低毛坯的强度。粘结剂的排除速率一般遵循扩散方程。(6)烧结烧结能使多孔的脱脂毛坯收缩密化成为具有一定组织和性能的制品。尽管制品的性能与烧结前的许多工艺因素有关，但在许多情况下，烧结工艺对最终制品的金相组织和性能有着很大甚至决定性的影响。(7)后处理对于尺寸要求较为精密的零件，需要进行必要的后处理。这工序与常规金属制品的热处理工序相同,MIM 技术优点,能像生产塑料制品一样，一次成形生产形状复杂的金属、陶瓷等零部件； 产品成本低，光洁度好，精度高（0.3%0.1%），一般无需后续加工； 产品强度、硬度、延伸率等力学性能高，耐磨性好，耐疲劳，组织均匀；

7、 原材料利用率高，生产自动化程度高，工序简单，可连续大批量生产； 无污染，生产过程为清洁工艺生产； PIM技术与传统的精密铸造技术相比具有最小孔直径达到0.4mm、2mm直径的盲孔最大深度可达20mm、最小壁厚可以做到1mm、厚大壁厚10mm、4mm直径的公差可精确到0.06mm、表面粗糙度（Ra）可做到1m的优点； PIM工艺与传统批量工业化与自动化零件加工工艺，例如机械加工、冲压、锻造、粉末冶金相比，具有零件密度可达98%、零件拉伸强度高、零件表面光洁度高、零件微小化能力强、零件薄壁能力高、零件复杂程度高、零件设计宽容度大、批量生产能力强、适应材质范围广，供货能力强等明显的优势：,MIM

8、技术优点2,PIM和精密铸造成形能力的比较,MIM 技术优点3,MIM技术与其他成型工艺技术比较,MIM 应用材质范围,现已拥有包括不锈钢系列、铁基系列、镍基系列、铜基系列、软磁系列等较为完整的材料体系，并可依据客户要求开发与改造新的材料体系。,MIM 应用材质范围,较新材料体系应用,MIM 应用领域,MIM的典型产品及应用领域(1)计算机及其辅助设施：如打印机零件、磁芯、撞针轴销、驱动零件等；(2)工具：如钻头、刀头、喷嘴、枪钻、螺旋铣刀、冲头、套筒、扳手、电工工具，手工具等；(3)家用器具：如表壳、表链、电动牙刷、剪刀、风扇、高尔夫球头、珠宝链环、圆珠笔卡箍、刃具刀头等零部件；(4)医疗机

9、械用零件：如牙矫形架、剪刀、镊子等；(5)军用零件：导弹尾翼、枪支零件、弹头、药型罩、引信用零件等；(6)电器用零件：电子封装，微型马达、电子零件、传感器件等；(7)机械用零件：如松棉机、纺织机、卷边机、办公机械等；(8)汽车船舶用零件：如离合器内环、拔叉套、分配器套、汽门导管、同步毂、安全气囊件等。MIM由于其技术和经济两方面的优势得到了国内外的高度重视，其产品已广泛应用于军品和民品从多领域。MIM生产厂家越来越多，目前世界上MIM产值的年增长率为20%-30%，2000年全球MIM产品市场总值达到7亿美元。预计到2010年，全球MIM的总产值可增加到24亿美元。上列出了用MIM技术生产的典

10、型产品及应用领域。几种主要材料的MIM产品的应用正在拓展，例如不锈钢是一种高合金含量的特殊钢种，它具有一系列优异的性能，但由于用于汽车零件、航天航空部件、小型枪械零件、牙齿矫正托套、外科手术机械、医用气体集流腔、电动牙刷齿轮、手表壳带、眼镜框、锁芯、驱动盘轴壳、半导体生产设备的加工工具、日用镊、钳、钻等工具、饮料分装系统的“丁”字和“十”字接头、轴承保持架、阀件、装饰件等。MIM工艺的出现为高熔点、难加工的硬质合金材料的推广应用带来了契机，MIM硬质合金的产品利润率高于大部分Fe-Ni和不锈钢材质的产品，可望成为继20世纪80年代不锈钢注射成形后MIM新的发展热点。硬质合金的MIM工艺成功生产

11、的制品包括硬质合金刀具、微型钻头、离心器、喷嘴、各种泵用零件、活塞、过滤器、各种体育用品、纺织机械用导线器、高尔夫球头、表带、表壳等。陶瓷材料在国防高科技工业以及民用工业领域都有着广泛的应用和发展潜力，但是陶瓷材料本身因有的脆性和一些特殊陶瓷材料的高硬质，使得采用传统的粉末冶金工艺路线难以制备体积微小、形状复杂、尺寸精度高的陶瓷零部件，在很大程度上限制了其应用范围。而粉末注射成形技术能够生产形状复杂、产品精度高的陶瓷零部件。注射成形技术已用于制造陶瓷气轮机部件如动叶片、静叶片、燃烧器、圆锥鼻等，还有汽车零件、柴油机零件、理发推剪、光纤连接器等。特别是氧化锆陶瓷光纤连接器乃目前最理想的光纤连接器

12、，随着光通讯事业的高速发展，光纤连接器的用量越来越大，市场前景非常广阔，目前光通讯技术较发达押家已采用粉末注射成形工艺生产光纤连接器。随着MIM技术研究的深入和诱人的投资回报，MIM产品的种类和规格将不断增加，应用将会越来越广泛，市场总值一定会稳定上升,Order procedure,烧结技术,金属粉末注射成型技术(Metal Injection Molding，简称MIM)是近年来粉末冶金学科和工业中发展最迅猛的领域，是现代先进的塑料注射成型技术和传统粉末冶金技术相结合而形成的一项新型粉末冶金近净型成形技术。一、MIM成型技术MIM基本丁艺过程是：将微细的金属或陶瓷粉末与有机黏结剂均匀混合成

13、为具有流变性的物质，采用先进的注射机注入具有零件形状的模腔形成坯件，新技术脱除黏结剂并经烧结，使其高度质密成为制品，必要时还可以进行后处理。i亥技术不仅具有常规粉末冶金技术生产效率高，产品一致性好，少切削或无切削，经济高效的优点，而且克服r传统粉末冶金制品密度低，材质不均匀，力学性能低，不易成型薄壁复杂件的缺点，特别适合大批量、小型、复杂以及具有特殊要求的金属零部件的生产加工.该工艺技术在20世纪8O年代中期实现产业化以来，已获得突飞猛进的发展，注射成型的产品已遍及计算机信息产业、汽车摩托车产业、医疗卫生器械、家用电器、仪器仪表、机械制造、化工、纺织、国防军工等领域。到目前为止，已有20多个国

14、家和地区的几百家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作，粉末注射成型工艺技术也因此成为新型制造业中开发最为活跃的前沿技术领域，被誉为世界粉末冶金领域中的开拓性技术，代表着粉末冶金技术发展的主方向。该工艺的主要特点如下：(1)可成型复杂结构的零件该工艺技术利用注射机注射成型产品毛坯，保证物料充分充满模具型腔，也就保证了零件复杂结构的实现。这一点是传统机械加工和常规粉末冶金工艺技术所无法比拟的，是注射成型工艺发展的坚强基础。(2)注射成型制品,尺寸精度高,注射成型工艺可直接成型薄壁、复杂结构件，制品形状已能够达到或接近最终产品要求，产品不必进行二次加工或只少罱精加工。零件尺寸公差一般保持在0

15、103左右。特别对于降低难于进行机械加工的硬质合金的加工成本，减少贵重金属的加工损失尤其具有重要意义。(3)与传统粉末压制工艺相比注射成制品微观组织均匀，密度高，性能好。二、连续烧结设备的必要性随着MIM技术的规模产业化，传统粉末冶金和注塑行业的通用生产设备以及各种专门的金属注射成型：工业生产设备已广泛应用于金属注射成型的产业化生产中。企业对产业生产效率和设备自动化，加工连续化程度及设备性能要求的提高促进了金属注射成型产业化进程。MIM产业的全面发展更需通过生产设备来提高企业的生产效率。正确选择和掌握MIM生产过程中的各种设备，可提高产品的质量、产量以及劳动生产率，加速产业化发展。目前，混合工

16、序主要采用传统的双行星混料机、单螺杆挤出机、活塞挤压机、双螺杆挤出机、偏心轮混料器、z形叶轮混料器等，能够保证混料的均匀性与高效率。注射工序也可以借鉴传统的注射设备，如双回路注射成型机、双模板注射机、无拉杆注射机、全自动注射机、电磁动态注射成型机等，都能够较好地满足充填的技术要求。对于脱脂工序，由于脱脂是相关行业中以前从未涉及过的领域，其原理为：在保证注射成型所得的零件不变形的前提下，运用黏结剂中各种成分随着温度的升高不断的发生物理、化学变化的原理，逐渐变为气态或液态物质，脱离开注射成型毛坯，以达到把黏结剂脱出的目的。因而，该工序在整个MIM技术中的地位得尤其的特殊和重要。脱脂后的零件几乎没有

17、任何强度，稍微有些振动都有可能使零件遭到破坏。同时考虑脱脂、烧结阶段尽町能地减少零件重复加热造成的能源浪费，考虑将传统的脱脂、烧结、热处理等单一工序集成为综合工序，这样可以减少生产中不确定的因素，提高成型,零件质量，也大大提高了生产效率。综合工序的提出，便诞生了连续烧结设备的概念。为了不使我国在激烈的同际竞争中落败，并占据国际行业的领先地位，积极地发展MIM技术是十分必要的，尤其是对传统的单一工艺进行集成与综合，以形成有效的综合工艺，并尽快对综合上艺没备进行研发。三、连续烧结设备及其控制技术大量的热脱脂研究表明，热脱脂的关键在于控制脱脂温度在低温阶段(150350)慢速升温(1Cmin)，不产

18、牛变形或缺陷，所以要求真守脱脂炉具有良好的温度稳定性和均匀性。真空热脱脂与气氛热脱脂相比，真空压力低，有利于黏结剂的挥发及分解物的排，所以脱脂速率大于常压下的气氛脱脂。由于这一特点，使得MIM脱脂与其他相关工艺存在很大的差异，介绍市面上几种品牌的连续烧结设备。各种烧结炉从操作方式上分有立式和卧式两种，立式烧结炉存在的缺点为容易在气氛存在的情况下温度上非常不均匀；卧式烧结炉存炉体的曲端也存在温度与内部温度偏差现象，这样使得烧结产品质节大打折扣。脱脂烧结一体炉有以下六部分组成，捕集系统、真空系统、充气系统、外循环系统、电气控制部分和真空控制部分。其炉体采用夹层水冷结构，炉胆由内向外分别由小锈钢波纹

19、外隔热毡、锆毡、发热体和耐高温不锈钢波纹内隔热屏组成。内隔热屏可防止脂类物质逸散到炉体其他部位，同时便于清理。炉采用内封门，可有效地阻止热量的散失和脂类物质的逸散。捕集系统由多级水冷碟片式捕集器、除脂罐、多级过滤器和起动阀组成。脂类物质可顺畅地白：接流入到除脂罐内。真空系统由两级真空系统组成，旋片式真空泵和罗茨泵可根据产品材料和脱脂要求的真空度选择使用。充气系统可通过三个玻璃转于流量计摔制，实现宽流量调节。外循环系统由密封的风机和热交换器组成，可实现快速冷却。电气控制系统由炉温控制系统、真空控制系统、充气控制、冷却循环系统组成。通过热电偶测定实际温度并与设定温度进行比较，改变电流及设备加热功率

20、，实现温控，使得三个加热区同时升温，真空热脱脂通过在运行时不断地通入保护性气体，使内外炉膛形成一个较小的压力差，实现气体单向流动，有效地避免了脂类物质污染发热体和内炉膛因温差过大而变形，实现脱脂的目的随着金属注射成型技术的不断发展，其技术层面也越来越广，其中德国研制开发一种快速催化脱脂技术。该技术对脱脂炉的要求较高，需要专门的耐酸性的脱脂设备，设计炉子时要考虑环保问题。这种技术脱脂后的零件毛坯件强度很低，极易损坏(实际上任何脱脂后的毛坯件强度都不高)；并且在烧结前总会有黏结刺残留住毛坯件中。这种情况下，减少产品的中问环节对提高产品成品率起到了相当重要的作用。为了实现脱出黏结剂、脱除剩余黏结剂和

21、烧结工序之问的真正连续操作，德国开发了MIMMASTER,催化脱黏和烧结系统。此系统包括催化脱黏部分和连续烧结部分及其附属装置，包括废气烧除、气体对流干燥装置、旁路运输带、注酸系统、电气控制柜和全过程控制系统(PIC)。连续催化脱脂部分设计为马弗式网带结构，采用Ni-Cr加热元件。金属注射成型零件被放置到传送网带上，在预热带加热到一定的温度，这样，在通过脱黏结剂带时，酸就不会凝结在工件。通过脱黏结剂带时，上件在载气(一般为氮气)和催化剂(常用硝酸)作用下脱出黏结剂。炉内气氛流动方向很重要，在预热带，气氛流动方向与工件运动方向相同，直到进入废气烧除装嚣。在脱出黏结剂带，炉内气氛流动方向与工件运动

22、方向相反，保证已基本脱除黏结剂的零件能够遇到最高浓度的酸。此炉的烧除装置尺寸可小于相同生产率的批料炉，因为废气足在整个脱除过程中期连续产生的，不会像批料炉那样，较大量的废气在一定的时期内产生，其烧除废气装置设计为两段式结构：第一阶段通人燃料气如天然气等，与甲醛(废气成分之一)共同作用，在欠氧的情况下燃烧，还原氮的氧化物和残余的硝酸；第二阶段，剩余的甲醛和燃料气与过量的空气混合充分燃烧，生成二氧化碳和水。金属注射成型零件经过脱脂炉后，通过一条密封的横向传送带送入连续烧结炉。零件在脱剩余的黏结剂和烧结过程中应避免振动，因此采用特殊设计的步进梁传送结构。烧结部分主要分为升温、烧结、冷却三段。升温段担

23、负脱剩余黏结剂与预烧的作用，采用Ni-cr线圈作为加热元件，一般最高温度为800。烧结带承担了主要的烧结作用，加热元件为丝，最高温度可达l600oC。,金属粉末注射成型零件在惰性或还原性气氛中进行烧结，生产中产生的废气由一个位于人口段的排气烟筒经燃烧后排出。冷却带设计为双层壁式水冷结构，冷却水流速及冷却水温度均可以手动调节。烧结质量虽然与各个工序都有关系，但是最主要的还是由温度的均匀性和烧结工艺的稳定性决定的。所以，要求用于金属粉末注射成型的烧结设备具有非常好的温度均匀性，使得MIM产品达到各向同性收缩，从而减少烧结变形和提高产品精度；要求烧结炉密封性能好，漏气率小，保证所需温度和压力及气氛，

24、从而实现烧结质密化；要求温度准确，控制灵敏，可实现MIM产品稳定的批量化生产。并且，目前国内生产的烧结炉主要问题是温度控制精度不高，这样在生产过程中难以确定稳定的生产工艺。德国生产的连续性烧结炉在控制精度上都是走在同行业最前沿的，同样也存在着弊端，高度自动化的设备要求操作十分规范稍有差错就会耽误整个设备的运转，造成的损失也是巨大的。另外，脱脂烧结过程中产生的脂类废弃物质很容易依附在炉内各元部件上，对设备的性能也会造成很大的影响。从整体上看该烧结炉尽管也实现了脱脂、烧结的综合，但仍存在着温度控制不够灵活，脱脂与烧结之间的预热段压力不稳等问题，也没有考虑与后续热处理进行综合的口行性。综上所述，连续

25、烧结设备的理想目标为：(1)融合传统的单一工序，实现脱脂、烧结、热处理等工序的综合。增加热处理功能段，在烧结后对零件直接进行热处理，可以大大节省生产成本，降低生产周期，同时更能保证生产质量。(2)实现脱脂区域和高温烧结区域温度及产品在区域内停留时间等的灵活控制，这样可以满足有不同工艺要求的各类产品生产需要，同时也可以改善因控制不灵活而耽误生产的状况。(3)提高设备自动化控制与自调节能力，提高设备运行可靠性，降低操作人员劳动强度，提高生产效率。四、结论通过对MIM成型工艺过程的分析以及粉未注射成型零件特点的分析，应将传统脱脂、烧结乃至后处理等单一工序融合为综合工序的必要性，并给出了连续烧结设备的结构与控制模式。,