金属注射成型

一.成型的工艺参数的设定 比如合理设定注射温度、注射时间、开模时间等。 二.喂料在模腔中的流动行为 因为金属注射制品大多数是形状复杂、精度要求 高的异型件，喂料在模腔中的流动行为就涉及到 模具设计的问题，包括进料口的位置、流道的形 状和长短、排气孔的设置和分布等。因此，在模 具设计与制造中，必须对喂料的流变性质、模腔 内温度和残余应力分布进行详细分析。
金属注射成型 （Metal Injection Molding）
金属注射成型（Metal Injection Molding，简称 MIM）是在塑料注射成型和粉末冶金的基础上发 展起来的一种新工艺。 与粉末冶金相比，MIM有能一次成型复杂的金属 零件或粉末冶金使用的毛坯、制件表面质量好、 废品率低、易于实现自动化、生产效率高等优点； 由于加入粘接剂，它对模具材料的要求相对降低。 但与塑料注射成型工艺相比，MIM过程对模具和 工艺控制要求较高。
混炼的方法一般是先加入高熔点组元熔化，然 后降温，加入低熔点组元，然后分批加入金属粉 末。这样能防止低熔点组元的气化或分解，分批 加入金属粉可防止降温太快而导致的扭矩急增， 减少设备损失。 对于不同粒度粉末搭配时的加料方式，则是 先将较粗的15-40um水雾化粉加入粘结剂中，然 后加入5-15um粉，最后加入粉度≤5um粉，这样 得到的最终产品的收缩变化很少。为了在粉末周 围均匀涂覆一层粘结剂，还可将金属粉末直接加 入到高熔点组元中，再加入低熔点组分，最后去 除空气即可。 混料装置：双螺旋挤出机、Z形叶轮混料机、单 螺旋挤出机、柱塞式挤出机、双行星混炼机、双 凸轮混料机等，这些混料装置都适合于制备粘度 在1-1000Pa· s范围内的混合料。
烧结
烧结是粉末冶金（PM）的一个重要环节，同 时也是MIM工艺的最后一道工序。烧结除了完全 脱除预制坯中残留的粘接剂外，主要是使预制坯 的金属颗粒间形成金属键连接，成为具有一定机 械物理性能的金属制品。
由于预制坯脱除粘接剂后内部残留了较多的空 洞，烧结收缩率非常大，其线收缩率一般达到 13%－25%，这样就存在一个变形控制和尺寸精 度控制的问题。尤其是因为MIM产品大多数是复 杂形状的异形件，这个问题显得越发突出，均匀 的喂料对于最终烧结产品的尺寸精度和变形控制 是一个关键因素。高的粉末摇实密度可以减小烧 结收缩，也有利于烧结过程的进行和尺寸精度控 制。 此外，严格实时控制烧结气氛、烧结升温速度 和保温时间很关键。
采用微细金属粉末注射成型的制品密度可以达到完全 致密的理论密度（金属注射成型制品的密度并不取决于生 坯的原始密度，而是靠烧结时的大量收缩达到致密化） 由于MIM原料粉末要求很细，MIM原料粉末价格一般较高， 有的甚至达到传统冶金粉末价格的10倍，这是目前限制 MIM技术广泛应用的一个关键因素。 为了提高较粗金属粉末注射成型，可采用液相烧结或 高温加压烧结。
粘结剂一般是由低分子组元（石蜡、植物油等）与高分子 组元（酚醛树脂等）加上一些必要的添加剂构成。低分子 组元粘度低，流动性好，易脱去；高分子组元粘度高，强 度高，保持成形坯强度。 增塑剂：聚乙二醇、二缩三乙二醇，甘油. 脱模剂：硬脂酸，脂肪酸.
混炼பைடு நூலகம்
混炼是在一定装置和一定温度下将金属粉末与粘结剂 混合得到均匀喂料的过程。 由于喂料的性质决定了最终注射成形产品的性能，所 以混炼这一工艺步骤非常重要。这牵涉到粘结剂和粉末加 入的方式和顺序、混炼温度、混炼装置的特性等多种因素。 这一工艺步骤目前一直停留在依靠经验摸索的水平上，最 终评价混炼工艺好坏的一个重要指标就是所得到喂料的均 匀和一致性。 MIM喂料的混合是在热效应和剪切力的联合作用下完 成的。
原理
该工艺以金属粉末和粘接剂的混合物为原料， 借助注射机在一定温度、速度和压力下将处于粘 流态的混合物注入模具型腔，经冷却定型出模得 到具有一定形状尺寸的预制坯，在经过脱除粘接 剂和烧结得到具有一定机械物理性能的制品。
工艺过程
金属粉末
混炼
粘接剂
注射成型
脱脂
烧结
工艺流程图
金属粉末
MIM对原料粉末要求较高，包括粉末的形状、粒度、 粒度组成、比表面和松装密度等。下表中列出了最适 合于MIM用的原料粉末的性质
工艺特点
该工艺技术不仅具有常规粉末冶金工艺工序少、 无切削或少切削、经济效益高等优点，而且还克 服了传统粉末冶金工艺材料密度低、材质不均匀、 机械性能低、不易成型薄壁、复杂结构件的缺点， 特别适合于大批量生产小型、复杂以及具有特殊 要求的金属零件。
现状及前景
由于金属粉末价格、颗粒的大小以及纯度方面 的原因。迄今为止，MIM技术尚未得到蓬勃发展， 还只局限于单一的材料成型（如低合金钢、不锈 钢、氧化铝、钨合金、钛和烧结碳化物等）。一 些具有良好塑性的合金和具有承受高温性能的金 属化合物还处于试验阶段，这些材料将会是金属 注射成型时不错的选择。随着技术发展和价格降 低以及市场的需求，金属注射成型技术将会迎来 新的局面。
脱脂
脱脂就是采用适当的方法，使成形坯中的粘 接剂得以全部去除的过程。目的为了使注射的预 制坯成为颗粒间具有金属键连接的高强度制品。
脱脂的基本方法有溶剂萃取法和热分解法。 因为注射成型通常使用石蜡+聚乙烯（或聚丙 烯）+硬脂酸的复合粘接剂体系，所以往往先用溶 剂萃取法脱除含量大的低熔点石蜡，然后用热分 解法脱除聚乙烯等。含量大的低熔点石蜡脱除后， 预制坯内形成贯通的孔道，它为分解的聚乙烯气 体逸出提供了良好的通道，从而保证热分解脱脂 时预制坯不被分解气体胀变形或胀裂。
制件
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粘接剂
粘结剂是MIM技术的核心，只有加入一定量的粘接剂， 粉末才具有增强流动性以适合注射成型和维持坯块形状这 两个最基本的职能。对粘接剂的一般要求为：与粉末接触 角小、粘接力强、粘度在注射温度下小于0.1Pa· s、不与 粉末发生两相分离。此外，它还应具有易于脱除、无污染、 无毒性、成本合理等特点。 为此出现了各种各样的粘结剂，近年来正逐渐从单凭 经验选择向根据对脱脂方法及对粘结剂功能的要求，有针 对性地设计粘结剂体系的方向发展。
粒度/um 2~8 松装密度/% 摇实密度/% 粉末形状 40~45 50 近球形 长径比 1.2~1.5
从理论上讲，颗粒越细，比表面积越大， 易于成型和 烧结。我们在实际注射成型过程中通常采用 0.5um~20um粒度范围的微细粉末。 目前生产MIM用原料粉末的方法主要有羰基法、超高压 水雾化法、高压气体雾化法等。
注射成型
该工序通过注射机将混合均匀的颗粒料熔融塑化，以 一定的温度、速度和压力注入和充满模腔，经压实、补缩、 冷却定型后出模得到一定形状尺寸的预制坯。 注射成型时整个工艺过程的关键工序。在这个过程中， 易形成裂纹、空隙、焊缝、分层、粉末与粘接剂分离等诸 多缺陷。并且这些缺陷往往要在脱脂和烧结完成、注射应 力被释放后才能发现。缺陷形成的原因除了由于粉末不合 格、粘接剂选择不当、喂料混炼不合格等因素外，主要取 决于注射成型的工艺条件。