【材料课堂】金属成型新工艺：MIM

2015.12.23 摘自新材料在线

一、MIM是一种金属加工成型工艺

MIM (Metal injection Molding )是金属注射成形的简称。是将金属粉末与其粘结剂的增塑混合料注射于模型中的成形方法。它是先将所选粉末与粘结剂进行混合，然后将混合料进行制粒再注射成形所需要的形状。

二、MIM工艺流程步骤

MIM流程结合了注塑成型设计的灵活性和精密金属的高强度和整体性，来实现极度复杂几何部件的低成本解决方案。 MIM流程分为四个独特加工步骤（混合、成型、脱脂和烧结）来实现零部件的生产，针对产品特性决定是否需要进行表面处理。

1、混合

精细金属粉末和热塑性塑料、石蜡粘结剂按照xx比例进行混合。混合过程在一个专门的混合设备中进行，加热到一定的温度使粘结剂熔化。大部分情况使用机械进行混合，直到金属粉末颗粒均匀地涂上粘结剂冷却后，形成颗粒状（称为原料），这些颗粒能够被注入模腔。

2、成型

     注射成型的设备和技术与注塑成型是相似的。颗粒状的原料被送入机器加热并在高压下注入模腔 。这个环节形成（green part）冷却后脱模，只有在大约200°c的条件下使粘结剂熔化 （与金属粉末充分融合），上述整个过程才能进行，模具可以设计为多腔以提高生产率。 模腔尺寸设计要考虑金属部件烧结过程中产生的收缩。 每种材料的收缩变化是xx的、已知的。

3、脱脂

      脱脂是将成型部件中粘结剂去除的过程。这个过程通常分几个步骤完成。绝大部分的粘结剂是在烧结前去除的，残留的部分能够支撑部件进入烧结炉。 脱脂可以通过多种方法完成，最常用的是溶剂萃取法。脱脂后的部件具有半渗透性，残留的粘结剂在烧结时很容易被挥发。

4、烧结

     经过脱脂的部件被放进高温、高压控制的熔炉中。该部件在气体的保护下被缓慢加热，以去除残留的的粘合剂。粘结剂被xxxx后，该部件就会被加热到很高的温度，颗粒之间的空隙由于颗粒的融合而消失。该部件定向收缩到其设计尺寸并转变为一个致密的固体。对于大多数的材料，典型的烧结密度理论上大于97%。高烧结密度使得产品性能与锻造材料相似。

5、表面处理

     根据具体需求，有些部件烧结后可能需要进行表面处理。热处理可以提高金属物理性能。电镀、涂装可以应用于高密度材料。提供焊接或冷却处理技术。

三、MIM产品通常具有以下特性

1、  复杂性

MIM和注塑成型一样，形状设计没有限制。由于MIM是一个成型过程，附加的产品特性不会增加成本，这使得MIM成为将独立零件组合成多功能的产品的理想途径。MIM设计规则同注塑成型非常接近，从而适用于几乎所有产品。

2、  精密性

MIM净成型精度的参考设计通常是尺寸的± 0.5%。 某些特性净成型能达到±0.3%。如同其它技术一样，精度要求越高成本越高， 因此在质量允许情况下鼓励适度放宽公差要求。 MIM一次成型无法达到的公差可以借助表面处理实现。

3、重量和尺寸

MIM特别适合重量小于100克的零部件，少于50克是最经济的。然而，重量达250克的零部件也可以处理。MIM工艺的主要成本是原材料，因此MIM通过新技术来尽可能减少零部件的重量。同塑料产品一样，可以在不影响产品完整性的条件下，通过内核和支架来减少零部件的重量。MIM在极小和微型零部件方面表现突出，重量小于0.1克也是可行的。重量不是限制因素，长度超过250mm的产品也能被处理。

4、  薄型化

小于6毫米的壁厚对于MIM是最适合的。较厚的外壁也可以，但是成本会由于处理时间长和增加额外材料而增加。另外，低于0.5 mm的极薄壁对MIM也是能实现，但对设计有很高的要求 。

5、  产量

MIM是弹性较大的工艺，年需求量几千到几百万的产量能够非常经济地实现。和铸造件、注塑件一样，MIM需要客户投资模具和工具费用，所以对小批量的产品而言，通常会影响到成本估算。

6、  原料

      MIM能处理很多材料，包括铁合金、超级合金、钛合金、铜合金、耐火金属、硬质合金、陶瓷和金属基复合材料。虽然有色合金铝和铜在技术上是可行的，但是通常由其他更经济的方式进行处理，如压铸或机加工。

四、MIM设计指导

      MIM被广泛运用到各个汽车、医疗、电子、工业、消费等各行业，产品涉及包括汽车配件、航空航天器材、移动电话、牙科仪器、电子散热器和密封包装、电子连接器硬件、工业工具、光纤连接器、喷雾系统、盘驱动器、医疗设备、手持电动工具、手术器械和运动器材等。

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