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今日谈MIM工艺技术现状

time:2020-04-29Views:172 Author:Best Seiko

MIM工艺技术的不足与缺陷:

虽然采用MIM工艺技术可以制造出许多不同材料和形状的产品,但由于MIM成形和脱脂困难,一般MIM工艺技术适合于生产质量在500g以下的零件,而对于一些大尺寸零件(壁厚超过20mm)仍无法用该工艺制得。硬质合金、钛合金等大型零件更难 以注射成形。通过对MIM工艺的优化来加 大MIM工艺产品的尺寸仍然是当今MIM工艺的一个发展方向。

金属注射成形技术经过20余年的发展,全 世 界约有500多家公司和研究机构从事金属注射成形技术方面的工作,产品已应用到各行各业,包括航空航天、兵器、枪械、移动通讯产品、汽车零部件、办公机器产品、体闲产品、精密机械部件、医疗产品、钥匙、电动工具部件、光纤通讯产品、轴承部件、钟表零部件等。材料体系也非 常广泛,包括不锈钢、低合金钢、钨合金、钛合金、硬质合金、陶瓷等。但是直到2003年底,全 球的MIM产品市场总值为10亿美元,大大低于各种预测数字,还远远没达 到可与机加工、精密铸造、压制/烧结等工艺相匹敌的一项加工技术。其主要原因在于金属注射成形技术通过大量粘结剂的加入和脱除,虽然能解决复杂形状的问题,但大量粘结剂的加入和脱除使得现有MIM技术局限应用在制备小尺寸、低精度、力学性能不高的产品和材料体系。目前国际范围内现有金属注射成形技术只能制备厚度在10mm(且多为5mm)以下,对微观组织结构和力学性能要求不高,尺寸精度为±0.3%~0.5%的产品,如高 速钢、硬质合金、钛合金和陶瓷刀具、刃具等。而由于MIM工艺过程中粉末/粘结剂塑化体经历多次物理和化学状态变化,在不同阶段易引入不同缺陷,所以MIM技术目前在对缺陷敏感、力学性能要求高的材料体系及产品中应用得较少。这主要有以下几方面的原因。由于MIM工艺过程中加入大量的粘结剂,粘结剂脱除后烧结类似于传统粉末冶金的松装烧结,需采用细粉作为原料,才能满 足致密化要求,导致成本大幅度升高,对于较大尺寸产品若还是只能采用细粉就 没 有 了竞争力。同时由于产品尺寸上升,脱脂所需时间呈指数关系增加,且缺陷产生几率大幅度增加。另外,产品尺寸上升,注射成形过程时间增加,对粘结剂流变性能的要求更高,以使其能将粉末迅 速带至模腔的不同部位。以上这些都是制约MIM技术向较大尺寸发展的因素。所以MIM技术一直局限于较小尺寸产品。对于尺寸精度,由于MIM工艺过程中存在粘结剂的加入和脱除,粘结剂脱除后烧结产品经历一个非 常大的收缩率(线收缩率10%~20%),此时各种因素都将影响尺寸精度,所以须建立起工艺过程参数对尺寸精度影响的数学模型,建立实时监控体系。

今后MIM工艺技术研究和发展的方向:

虽然MIM工艺正引起人们越来越大的关注,但目前其规模与传统加工技术相比还显弱小,还有很大的发展潜 力。新 生的MIM工业还需要我们采取制定工业标准、加快工业化、提 高从业者素质、研发设备以及争取顾客等一系列的努力来将其发展壮大。随着工艺的不断完善,金属注射成形技术的优 越性逐渐显现出来,将会被越来越多的行业和客户所接受,它所带来的市场份额也正急剧增大。由于市场潜 力 很大,许多风险投资业开始涉足MIM工艺行业。可以预见,MIM将发展成为21世纪很有前途的零部件制造技术之一。

近年来金属注射成形技术主要朝两个方向发展:适用材料体系的扩展,满 足独 特的粘结剂及脱脂技术而开发的高可 靠性生产装备。表现为如下几个特点:

l. 材料体系的多方向拓展。注射成形技术是比较理想的、能够经济地成形、接近需要形状,烧结后需少量或不需要后续加工的近净成形技术,这在精密陶瓷化的工业化生产应用中变得愈来愈重要。在精密陶瓷的生产方面主要应用到碳化物,金属陶瓷,无机非金属陶瓷,氧化物陶瓷,金属间化合物等方面。以氧化锆陶瓷光纤插针为例,采用注射成形技术制备生坯可以大大缩短后续加工时间。由于在模腔中成形的毛坯已带有一 定精度的通孔,后续的研磨工艺减少到挤压成形的三分之一到四分之一,从而使生产放率提 高,生产成本大幅度降低。

2. 粘结剂多样化及脱脂技术的多途径化。以醋 酸纤维脂、聚乙二醇聚合物,丙 烯 酸聚合物、琼脂为基体的诸多粘结剂体系得到进一步的发展应用。计算机辅助控制热脱脂技术、溶剂脱脂技术,催化脱脂技术,以及冷冻干燥技术、微波辅助干燥技术都被用于粘结剂的脱脂研究。而这技术的成功应用,一方面大地缩短了脱脂时间(从数天到几小时),另一方面也实现了对脱脂过程中容易产生易挥发产物的聚合物分解副反应的控制,从而更有 效地消除了脱脂过程中缺陷的形成。

3. 更先 进.控制更精 确的装备。以计算机精密控制注射成形机及相关在线质量监测控制系统的研究和计算机辅助脱脂关键装备技术的开发是目前及今后关注的重点方向。成形设备如粉末同步注射成形机,利用控制协调的双简注射机生产复合材料零件。可以预见,随着人们对金属注射成形的进一步研究、开发和应用,MIM工艺 技术将在不远的将来真正成为‘种可以与机加工、精密铸造、压制、烧结工艺平行发展的一种具有吸引力的近净成形技术,会被越来越多的零件设计人员所了 解和接受,满 足国 家通迅、机械、医疗、航空航天等行业领域对高 性 能异形关键零部件的需求,将我国的零部件加工制造业提 高到一个崭新的水平。

二. 工作重点

近十余年来,金属注射成形 (MIM)新工艺产业化进程迅 速,方兴未艾。MIM工艺存在发展态势良好的机遇,同时也面临需要认真对待的挑战,特 别是在MIM零件尺寸精度的控制和降低生产成本方面

1. 控制零件尺寸精度

通常,金属注射成形件的精度为±0.3,比传统粉末冶金方法所达 到的±0.1 差得多。在精度方面尚有改进的余地,主要是通过精细的工艺过程控制,有时采用二次加工,像机加工、热处理与抛光等。这样的后续处理使用户对产品更具吸引力,同时为粉末冶金零件生产厂家带来更多的好 处。金属注射成形件经二次处理可克服公差大的问题。同其他方法相比, 抛光也可使金属注射成形件更具吸引力。

2. 降低生产成本

利用优化生产工艺、标准化作业、回收废料等措施节省成本。

三.个人建议

1. 改善、优化、规范生产工艺,开发高效、低 成 本的金属粉末的生产技术,提 高生产效率;

2. 建立各种原材料、粘结剂的性能、使用规范、即时市 场 价 格、生产厂家等信息数据库;

2. 推行TS16949 管理体系,建立标准化作业程序文件和指引,规范员工操作;

3. 对员工进行相关技能培训,增强 lean production(精益生产)意识,提 高生产效率;

4. 效益策略:集中精力提 高销售额,雇员人数的比率,密切注意效益,而求发展;

5. 加强目前已有的、甚至潜在的用户、产品设计部门的沟通,促 进MIM技术的实际应用。

部件设计阶段就携手合作;

6. 若有条件,可以引进注射成形过程流动和充模过程计算机模拟与仿 真技术,节约生产时间,从而提 高生产效率;

7. 引入生产工艺高 度自动化精 确控制的化工生产设备;

8. 在公司初创阶段,应进行战略化管理,即了解整个市场行情、竞争对手信息、公司战略定位、战略发展等;

9. 加强与研究院所、高校的科研合作关系,例如研究较粗粉末强化烧结技术,以提 高粉末利用率,降低MIM工艺产品的原材料成本,增强与其它成形技术的市场竞争力;

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