金属注射成形技术的特点及产业的发展
2018-01-10
1、MIM技术的特点
MIM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。图1给出了MIM零件的生产量对成本的影响。可以看出,重4.5g的零件的每件生产成本,年产250000件时为$1.4,年产3000000件以上时降为$0.2。此图还指出零件尺寸对成本的影响——零件越大,250000件与3000000件之间的成本差就越小。 

另一典型的与MIM竞争的工艺是精密铸造,表1比较了这两种工艺制造的零件的特点,在许多方面,MIM都具有较大的优势。但这不足以说明全部问题,许多由MIM制造的形状是其它途径无法得到的。 

MIM技术的主要特点可以综合用图2表示,3个圆的交界处就代表了MIM技术的优点。也就是说,MIM技术可以低成本地生产复杂形状的高性能产品。MIM技术由于采用大量的粘结剂作为增强流动的手段,所以可以像塑料工业中一样任意成形各种复杂形状的金属零件,这是传统粉末冶金模压工艺不可能达到的。而且由于注射成形是一种近净成形工艺,基本上不需要后续加工,使零件制造成本大大降低,以前需要几十道机加工工序的零件可以一次成形获得。另外,由于注射成形时流动充填模腔的均匀性,使得MIM产品各处密度均匀,避免了PM模压工艺中不可避免的密度不均匀性,且由于采用细粉,产品烧结后可达到很高的密度。因而,MIM产品的力学性能一般都优于模压和精密铸造产品。因此,MIM技术被认为是“当今最热门的零部件成形技术”。 

2、MIM产业的发展
1973年Weich等人组建了Parmatech公司,当时MIM还处于萌芽状态,鲜为人知。直到1979年,其产品在国际粉末冶金大会产品设计大赛中获两项大奖才引起粉末冶金工业界的重视。Parmatec转让了他们的几项专利后,MIM公司纷纷建立起来。1980年Weich组建Witec公司,1982年Brunswich公司进入了MIM行业,并收购了Witec公司,其后又逐步注册了Omark工业、Remington军品、Rocky牙科等子公司。1986年,日本Nippon Seison引进了Wiech工艺。1990年以色列Metalor2000公司从Parmatech公司引进了Wiech工艺技术,建立了MIM生产线。到1998年底,全球共有300家以上的公司和机构从事MIM技术的研究、开发、生产和咨询业务,最宾5年MIM产业的年增率为22%,表2列举了近年来主要国家和地区MIM产值分布。 

表2的数字反映出现代高新技术具有高速产业化的共同特点。例如,日本1991年MIM销售额为27亿日元(合2700万美元),1992年猛增到46亿日元,比1991年增长70%。德国1992年MIM销售额30万美元,1993年增至180万美元,增长5倍。日本太平洋金属公司(PAMCO)从80年代开始生产MIM产品,现在月产35万件,月销售额0.4亿日元,计划扩大规模10年内将年销售额提高到60亿日元。预计到本世纪末,全球总产值将从1994年的1.5亿美元提高到10亿美元,而到2010年预计为24亿美元。图3为全球MIM销售量曲线。 

3、MIM材料及产品
MIM技术原则上可用于任何能制成粉末的材料,目前应用的MIM材料体系如下: 

1、航空航天工业
飞机机翼绞链、火箭喷嘴、导弹尾翼、陶瓷涡轮叶片芯子 

2、汽车业
点火控制锁部件、涡轮增压器转子、阀门导轨部件、汽车刹车装置部件、汽车防晒棚部件 

3、电子业 
磁盘驱动器部件、电缆连接器、电子管壳、计算机打印头、电子封装件、热沉材料 

4、军工业
地雷转子、枪板扳机、穿甲弹弹心、准星座、集束箭弹小箭 

5、医疗
牙齿矫形托槽、体内缝合针、活体组织取样钳、防辐射屏罩 

6、日用品
表壳、表带、表扣、高尔夫球头和球座、运动鞋扣、体育枪械零件、文件装订打孔器 

7、机械行业
异形铣刀、切削工具、微型齿轮