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01金屬粉體的選擇金屬注射成形產(chǎn)品的成形性和性能等與原料粉體的選擇有著密切的聯(lián)系。原料粉體的粒徑大小及分布、顆粒的形狀以及粉體的比表面積等，都影響著注射成形的各個環(huán)節(jié)和產(chǎn)品的最終性能。如粉體的粒徑大小和形狀會對喂料的流動性能有很大影響，從而會影響注射充模過程。在燒結(jié)時，粉體顆粒的粒徑越小，燒結(jié)時的驅(qū)動力就越大，燒結(jié)致密化過程也越快，產(chǎn)品致密化程度也會提高，粉體粒徑的大小同時也會影響燒結(jié)體的晶粒尺寸。目前應(yīng)用于金屬注射成形的金屬粉體主要包括不銹鋼、鐵基合金、鎢基合金以及硬質(zhì)合金等。理論上任何能夠制成金屬粉體的材料都可用于金屬注射成形，鎂和鋁除外，因為鎂和鋁的金屬粉體極易被氧化，形成氧化膜阻礙粉體顆粒間的相互融合。羰基鐵粉是金屬注射成形最常用的材料之一。它的流行是由于其優(yōu)越的機械性能，易于熱處理，和有競爭力的價格。然而，羰基鐵粉的一個主要缺點是在燒結(jié)的最后階段出現(xiàn)異常的晶粒生長，導(dǎo)致燒結(jié)組分的密度只能達到理論值的96%，即使在真空爐和1300℃的高溫?zé)Y(jié)下也是如此.為了提高MIM燒結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能，經(jīng)常在羰基鐵粉中加入Ni和Mo作為合金元素。鎳溶解到鐵基體中可以有效地控制羰基鐵的異常晶粒生長，有利于提高零件的密度，而Mo元素則可以增加鋼的強度及淬透性。其中Fe-Ni-Mo-C合金是一種低合金鋼，該材料具有高強度、高硬度、良好的耐磨性和熱穩(wěn)定性以及較好的抗腐蝕性能等，注射成形制備這類低合金鋼具有精度高、性能優(yōu)良等優(yōu)勢。MIM粉體粒徑在0.5~20μm左右，通常粉體顆粒越小，比表面積就越大，有利于金屬顆粒與粘結(jié)劑的充分接觸，對后續(xù)的成形和燒結(jié)越有利。一般對MIM用金屬粉體的要求主要有：(1) 粉體有較大的松裝密度，MIM適用于制備尺寸小且形狀復(fù)雜的零件，因此在粉體流動性得到保證的前提下，要求粉體的松裝密度要越高越好；(2)粉體要細小，細粉在MIM燒結(jié)過程中速度較快，缺陷少，產(chǎn)品致密度高；(3)粉體形貌選擇球形或者近球形，球形粉之間的摩擦力小，流動性好，成形容易，產(chǎn)品尺寸精度較高；(4)粒度分布較寬或較窄，粒度分布斜率SW處于2~8之間。MIM所用的金屬粉體原料的制備方法主要是羰基法和霧化法，其中霧化法又包括水霧化和氣霧化兩種。羰基法所得粉體顆粒非常細，且純度高，尤其適用于MIM，但是羰基法制粉一般只適用于鐵粉和鎳粉等，材料適用性不廣；水霧化法所得粉體顆粒細小，形狀不一，對MIM維形有很好的作用，且其效率高，適于大規(guī)模生產(chǎn)，但制粉時在高溫下水易與金屬粉發(fā)生反應(yīng)形成氧化膜，阻礙燒結(jié)時金屬粉融合和產(chǎn)品致密化；氣霧化法通常可用于制造形狀規(guī)則的球形粉，粉體不易被氧化，但所得超細粉少，所需粘結(jié)劑少，保形性差。有的研究者通過水氣聯(lián)合霧化的方法來改善粉體的球形度以及降低粉體氧含量和雜質(zhì)含量。02粘結(jié)劑的選擇與脫脂喂料中的粘結(jié)劑應(yīng)具備兩個功能，其一是為喂料提供一定的流動性。能提供良好流動性的粘結(jié)劑，在注射成形過程中可以順利充填模具型腔；其二是能夠為注射坯體和脫脂坯體提供一定的強度，以維持其形狀不變形。脫脂即脫除注射生坯存在的大量粘結(jié)劑，當(dāng)粘結(jié)劑被脫除之后，會在脫脂坯體中留下大量孔隙，因此，粘結(jié)劑中需要有能夠維持脫脂坯形狀的組分，以確保其不變形和塌陷，為后續(xù)的燒結(jié)過程做準備。MIM常用的粘結(jié)劑體系主要是熱塑性體系，其中以石蠟基與聚甲醛基為主，蠟基粘結(jié)劑通常采用溶劑脫脂綜合熱脫脂以完成脫脂過程；聚甲醛基粘結(jié)劑主要是利用聚甲醛對酸性氣氛的敏感性，使其在較低的溫度下就能促進聚甲醛催化分解成甲醛氣體從坯體中逸出，從而實現(xiàn)快速脫脂。03燒結(jié)缺陷和尺寸控制金屬注射成形制備工藝中產(chǎn)生的缺陷有很多是在混料過程以及注射成形時產(chǎn)生的，這些缺陷一般存在于坯體內(nèi)部，所以很難被發(fā)現(xiàn)。因此，金屬注射成形技術(shù)需要對初始的工藝設(shè)計過程合理設(shè)計并嚴格要求，以避免缺陷的產(chǎn)生。例如混煉時，應(yīng)盡量保證喂料中金屬粉體與粘結(jié)劑混合的均勻性和一致性；注射成形時，應(yīng)合理設(shè)計和組合注射參數(shù)，盡量減少飛邊、裂紋、熔接痕、鼓泡以及黑線等缺陷的產(chǎn)生。到目前為止，對注射成形的工藝設(shè)計基本上還是以經(jīng)驗為主，隨著計算機技術(shù)和智能化的不斷發(fā)展，計算機數(shù)值模擬技術(shù)也開始運用于金屬注射成形的生產(chǎn)過程中，為注射參數(shù)的設(shè)定提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。金屬注射成形產(chǎn)品尺寸精度的控制涉及到注射成形的各個環(huán)節(jié)，如喂料的流動性和溫度穩(wěn)定性，注射成形的完整性和一致性以及燒結(jié)過程中燒結(jié)工藝的制定和孔隙的收縮等。

1. 注射成型原理將粒狀或粉狀的塑料加入到注射機的料斗，在注射機內(nèi)塑料受熱熔融并使之保持流動狀態(tài)，然后在一定壓力下注人閉合的模具，經(jīng)冷卻定型后，熔融的塑料就固化成為所需的塑件。2. 注射成型特點注射成型的生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)率高，采用注射成型可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜，尺寸要求高及帶有各種嵌件的塑件，這是其它塑料成型方法都難以達到的；其次，注射成型在生產(chǎn)過程容易實現(xiàn)自動化，如注射、脫模、切除澆口等操作過程都可實現(xiàn)自動化，因而注射成型得到了廣泛的應(yīng)用。2.1 優(yōu)點：成型周期短、生產(chǎn)效率高、易實現(xiàn)自動化 、能成型形狀復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制件、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、適應(yīng)范圍廣2.2 缺點：注塑設(shè)備價格較高； 注塑模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜； 生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)周期長、不適合于單件小批量的塑件生產(chǎn)。3. 應(yīng)用除少數(shù)熱塑性塑料（氟塑料）外，幾乎所有的熱塑性塑料都可以用注射成型方法生產(chǎn)塑件。注射成型不僅用于熱塑性塑料的成型，而且已經(jīng)成功地應(yīng)用于熱固性塑料的成型。目前，其成型制品占目前全部塑料制品的20－30％。為進一步擴大注射成型塑件的范圍，還開發(fā)了一些專門用于成型有特殊性能或特殊結(jié)構(gòu)要求塑件的專用注射技術(shù)．如高精度塑件的精密注射、復(fù)合色彩塑件的多色注射、內(nèi)外由不同物料構(gòu)成的夾芯塑件的夾芯注射和光學(xué)透明塑件的注射壓縮成型等。4. 注射成型工藝過程4.1 成型前準備原料外觀檢驗及工藝性能測定：包括塑料色澤、粒度及均勻性、流動性（熔體指數(shù)、粘度）熱穩(wěn)定性及收縮率的檢驗。塑料預(yù)熱和干燥：除去物料中過多的水分和揮發(fā)物，以防止成型后塑件表面有缺陷或發(fā)生降解，影響塑料制件的外觀和內(nèi)在質(zhì)量。 物料干燥的方法：小批量生產(chǎn)，采用烘箱干燥；大批量生產(chǎn)，采用沸騰干燥或真空干燥。料筒清洗：當(dāng)改變產(chǎn)品、更換原料及顏色時均需清洗料筒。嵌件預(yù)熱：減少物料和嵌件的溫度差，降低嵌件周圍塑料的收縮應(yīng)力，保證塑件質(zhì)量。脫模劑的選用：常用脫模劑包括硬脂酸鋅、液態(tài)石蠟和硅油。4.2 注射過程加料：將粒狀或粉狀塑料加入注射機的料斗。塑化：通過注射機加熱裝置的加熱，使得螺桿中的塑料原料熔融，成為具有良好的可塑性的塑料熔體 。充模：塑化好的塑料熔體在注射機柱塞或螺桿的推動作用下，以一定的壓力和速度經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入并充滿模具型腔。保壓補縮：從熔體充滿型腔后，在注射機柱塞或螺桿推動下，熔體仍然保持壓力進行補料，使料筒中的熔料繼續(xù)進入型腔，以補充型腔中塑料的收縮需要，并且可以防止熔體倒流。澆口凍結(jié)后的冷卻：經(jīng)過一段時間使型腔內(nèi)的熔融塑料凝固成固體，確保當(dāng)脫模時塑件有足夠的剛度，不致產(chǎn)生翹曲或變形。脫模：塑件冷卻到一定的溫度,推出機構(gòu)將塑件推出模外。4.3 塑件后處理后處理原因及作用：由于塑化不均勻或由于塑料在型腔內(nèi)的結(jié)晶、取向和冷卻不均勻；或由于金屬嵌件的影響或由于塑件的二次加工不當(dāng)?shù)仍颍芗?nèi)部不可避免地存在一些內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致塑件在使用過程中產(chǎn)生變形或開裂，因此，應(yīng)該設(shè)法消除。退火處理：將塑件在定溫的加熱液體介質(zhì)（如熱水、熱油和液體石蠟等）或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時間，然后緩慢冷卻至室溫的一種熱處理工藝。a) 溫度：高于使用溫度10°~15°或低于熱變形溫度10°~20°。b) 時間：與塑料品種和塑件厚度有關(guān)一般可按每毫米約半小時計算。c) 作用：消除塑件的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定塑件尺寸，提高結(jié)晶度、穩(wěn)定結(jié)晶結(jié)構(gòu)，從而提高其彈性模量和硬度。調(diào)濕處理：將剛脫模的塑件放入加熱介質(zhì)（如沸水、醋酸鉀溶液）中，加快吸濕平衡速度的一種后處理方法。（主要用于吸濕性很強且又容易氧化的塑料，如PA）a) 溫度：100~121℃（熱變形溫度高時取上限，反之取下限）。b) 時間：保溫時間與塑件厚度有關(guān)，通常取2~9h。c) 目的：消除殘余應(yīng)力；使制品盡快達到吸濕平衡，以防止在使用過程中發(fā)生尺寸變化。5. 注射成型的工藝參數(shù)5.1 溫度a) 料筒溫度料筒溫度應(yīng)在粘流溫度（或熔點）和熱分解溫度 之間。柱塞式料筒溫度高于螺桿式料筒溫度10～20℃。塑料特性：熱敏性塑料如聚甲醛、聚氟乙烯等要嚴格控制料筒的最高溫度和在料筒中的停留時間；增加玻璃纖維的熱塑性塑料由于流動性差而要適當(dāng)提高料筒溫度。熱固性塑料為防止熔體在料筒時發(fā)生早期硬化，料筒溫度趨向取小值。塑件及模具結(jié)構(gòu)：對于薄壁制件料筒溫度高于厚壁制件；形狀復(fù)雜或帶有嵌件的制件料筒溫度也應(yīng)高一些。料筒溫度的分布，一般遵循前高后低的原則，即料筒后段（加料口）溫度最低，噴嘴溫度最高。對螺桿式注射機為防止因螺桿與熔料、熔料與熔料、熔料與料筒之間的剪切摩擦熱而導(dǎo)致塑料熱降解，可使料筒前段溫度略低于中段。判斷料筒溫度是否合適，可采用對空注射法觀察或直接觀察塑件質(zhì)量的好壞。對空注射時，如果料流均勻、光滑、無泡、色澤均勻則說明料溫合適；如果料流毛糙，有銀絲或變色現(xiàn)象，則說明料溫不合適。b) 噴嘴溫度一般略低于料筒最高溫度，以防止熔料在噴嘴處產(chǎn)生流涎現(xiàn)象。但不能過低，否則熔料在噴嘴處會出現(xiàn)早凝而將噴嘴堵塞，或者有早凝料注入模腔而影響塑件的質(zhì)量。c) 模具溫度模具溫度的高低決定于塑料的特性、塑件尺寸與結(jié)構(gòu)、性能要求及其它工藝條件。模具溫度↑，流動性↑，密度和結(jié)晶度↑，收縮率和生產(chǎn)率↓。模具溫度通常是由通入定溫的冷卻介質(zhì)來控制的；也有靠熔料注入模具自然升溫和自然散熱達到平衡的方式來保持一定的溫度；在特殊情況下，也可用電阻絲和電阻加熱棒對模具加熱來保持模具的定溫。但無論怎樣，對塑料熔體來說，都是冷卻的過程。5.2 壓力（1）塑化壓力（背壓）：指采用螺桿式注射機時，螺桿頂部熔體在螺桿旋轉(zhuǎn)后退時所受的壓力。塑化壓力增加，熔體的溫度及其均勻性提高、色料的混合均勻并排出熔體中的氣體。但塑化速率降低，延長成型周期。一般操作中，在保證塑件質(zhì)量的前提下，塑化壓力應(yīng)越低越好，一般為6MPa左右，通常很少超過20MPa（2）注射壓力：指柱塞或螺桿頂部對塑料熔體所施加的壓力。作用：注射時克服熔體流動充模過程中的流動阻力，使熔體具有一定的充模速率；保壓時對熔體進行壓實和防止倒流。大小：取決于注射機的類型、塑料的品種、模具結(jié)構(gòu)、模具溫度、塑件的壁厚及澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和尺寸等。一般情況下：粘度高的塑料注射壓力>粘度低的塑料；薄壁、面積大、形狀復(fù)雜塑件注射壓力高；模具結(jié)構(gòu)簡單，澆口尺寸較大，注射壓力較低；柱塞式注射機注射壓力>螺桿式注射機；料筒溫度、模具溫度高，注射壓力較低。5.3 時間完成一次注塑過程所需的時間稱為注塑成型周期。

金屬注射成形適用的材料主要有：Fe合金、Fe-Ni合金、不銹鋼、W合金、Ti合金、Si-Fe合金、硬質(zhì)合金、永磁合金及氧化鋁、氮化硅、氧化鋯等陶瓷材料。MIM加工工序較長，能加工的材料眾多，在實際生產(chǎn)中，如果通過科學(xué)的分析能知道哪幾個工序成本高，對這些工序重 點改進以提高 效率、良率，就能有效增加利潤，從而提高企業(yè)自身的競爭力，尤其在當(dāng)下中國經(jīng)濟進入新常態(tài)下的形勢下，對企業(yè)顯得尤為重要。對于過硬、過脆難以切削的材料或幾何形狀復(fù)雜、鑄造時原料有偏析或污染的零件，采用MIM工藝可大幅度節(jié)約成本。金屬注射成形的行業(yè)人士都清楚，通常，脫脂、注塑、模具損耗為3個成本較低的3個地方，3個加起來也不過是總量的10%~15%，僅不到后處理的1/3！（當(dāng)然根據(jù)不同的產(chǎn)品會有不同的差異）。以加工打字機印刷元件導(dǎo)桿為例：通常需14道以上工序，而采用MIM工藝只需6道工序，可節(jié)約成本1/2左右。通常，耗成本的地方是：喂料、燒結(jié)、后處理。降低成本的主要方向有：1）自己配料、混煉得到喂料，但技術(shù)壁壘較高；2）提高產(chǎn)品的良品率，大限度的利用喂料；3）改進工藝誘導(dǎo)粘結(jié)劑加速脫除，可能會大幅度降低燒結(jié)成本；4）加強培訓(xùn)，培養(yǎng)一支經(jīng)驗豐富、工作熟練的員工隊伍，以減少員工數(shù)量。（原因是，后處理包括：噴砂、去披鋒、整形和檢測，大部分為人工檢測。人工檢測占很大的費用比例）當(dāng)材料成本/制造成本的比率增加時，潛在的成本更能降低，因此零件越小越復(fù)雜，經(jīng)濟效益將越好。通過以上分析，可以看出MIM成型的潛力是很大的。

金屬粉末注射成型技術(shù)（簡稱MIM）是將現(xiàn)代塑料注射成型技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門新型粉末冶金形成型技術(shù)。金屬粉末注射成型MIM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)濟效益高等優(yōu)點，而且克服了傳統(tǒng)粉末冶金工藝制品、材質(zhì)不均勻、機械性能低、不易成型薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺點，金屬粉末注射成型廠家發(fā)現(xiàn)金屬粉末注射成型MIM技術(shù)特別適合于大批量生產(chǎn)小型、精密復(fù)雜零件以及具有特殊要求的金屬零件。所用金屬粉末顆粒尺寸一般在0.5~20μm。從理論上講，顆粒越細，比表面積也越大，易于成型和燒結(jié)，而傳統(tǒng)的粉末冶金工藝則采用較粗的粉末。有幾粘接劑作用是粘接金屬粉末顆粒，使混合料在噴射機料筒中加熱具有流變性和潤滑性，也就是說帶動粉末流動的載體。因此貝斯特精工認為粘接劑的選擇是整個粉末的載體，也是整個粉末噴射成型的關(guān)鍵。因此，金屬粉末注射成型MIM技術(shù)對有幾粘接劑要求：1、用較少的粘接劑能使混合料產(chǎn)生較好的流變性；2、在去除粘接劑的過程中與金屬粉末不起任合化學(xué)反應(yīng)；3、易去除，在制品內(nèi)不殘留碳。

MIM是金屬注射成形的簡稱，是一種將金屬粉末與其粘結(jié)劑的增塑混合料注射于模型中的成形方法。它是先將所選粉末與粘結(jié)劑進行混合，然后將混合料進行制粒再注射成形所需要的形狀。聚合物將其粘性流動的特征賦予混合料，而有助于成形、模腔填充和粉末裝填的均勻性。成形以后排除粘結(jié)劑，再對脫脂坯進行燒結(jié)。有的燒結(jié)產(chǎn)品還可能要進行進一步致密化處理、熱處理或機加工。燒結(jié)產(chǎn)品不僅具有與塑料注射成形法所得制品一樣的復(fù)雜形狀和高精度，而且具有與鍛件接近的物理、化學(xué)與機械性能。該工藝技術(shù)適合大批量生產(chǎn)小型、精密、三維形狀復(fù)雜以及具有特殊性能要求的金屬零部件的制造。

雖然少數(shù)公司練習(xí)都金屬粉末注射成型和傳統(tǒng)模壓制和燒結(jié)（什么一般由術(shù)語粉末冶金暗示）。這兩種技術(shù)有共同的其他略高于利用金屬粉末。MIM粉末是小得多，輪如果不是球形，和燒結(jié)溫度是這樣的較高的密度和性能要好得多。這兩種技術(shù)有的共同點是粉末金屬和燒結(jié)工藝。但金屬粉末顆粒的尺寸和燒結(jié)過程顯著變化。