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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?yàn)殒V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(jī)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(diǎn)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(dá)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M(jìn)IM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(qiáng)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(qiáng)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(xì)小，細(xì)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(xì)，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(xì)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(xì)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?yàn)樽⑸渑黧w和脫脂坯體提供一定的強(qiáng)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(zhǔn)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(jìn)聚甲醛催化分解成甲醛氣體從坯體中逸出，從而實(shí)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(jì)過程合理設(shè)計(jì)并嚴(yán)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(jì)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(jì)基本上還是以經(jīng)驗(yàn)為主，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能化的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)也開始運(yùn)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(jī)的料斗，在注射機(jī)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(diǎn)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(dá)到的；其次，注射成型在生產(chǎn)過程容易實(shí)現(xiàn)自動化，如注射、脫模、切除澆口等操作過程都可實(shí)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(diǎn)：成型周期短、生產(chǎn)效率高、易實(shí)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(diǎn)：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(jìn)一步擴(kuò)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(zhǔn)備原料外觀檢驗(yàn)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(yàn)。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(jī)的料斗。塑化：通過注射機(jī)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(jī)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(jìn)入并充滿模具型腔。保壓補(bǔ)縮：從熔體充滿型腔后，在注射機(jī)柱塞或螺桿推動下，熔體仍然保持壓力進(jìn)行補(bǔ)料，使料筒中的熔料繼續(xù)進(jìn)入型腔，以補(bǔ)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(jī)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(jì)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(qiáng)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(dá)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(diǎn)）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(yán)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(jī)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(dá)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(jī)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(jìn)行壓實(shí)和防止倒流。大小：取決于注射機(jī)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(jī)注射壓力>螺桿式注射機(jī)；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(shí)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(diǎn)改進(jìn)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(jì)進(jìn)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(jī)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(jìn)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(qiáng)培訓(xùn)，培養(yǎng)一支經(jīng)驗(yàn)豐富、工作熟練的員工隊(duì)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(fèi)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(jì)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(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，而且克服了傳統(tǒng)粉末冶金工藝制品、材質(zhì)不均勻、機(jī)械性能低、不易成型薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，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(xì)，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(jī)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(rèn)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(jìn)行混合，然后將混合料進(jìn)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(jìn)行燒結(jié)。有的燒結(jié)產(chǎn)品還可能要進(jìn)行進(jìn)一步致密化處理、熱處理或機(jī)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(jī)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(diǎn)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。