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日本MIM工業(yè)產(chǎn)品發(fā)展迅速
金屬粉末注射成型技術(shù)(metal Powder Injection Molding,簡稱MIM)是將現(xiàn)代塑料噴射成形技術(shù)引入粉末冶金領域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成形技術(shù)。缺陷:必須使MIM固有的缺陷處于非關(guān)鍵位置,或制造成型后可以除去,例如澆口印跡,頂針印跡或結(jié)合線。其基本工藝過程是:首先將固體粉末與有機粘結(jié)劑均勻混練,經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(~150℃)用噴射成形機注入模腔內(nèi)固化成形,然后用化學或熱分解的方法將成形坯中的粘結(jié)劑脫除,最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。與傳統(tǒng)工藝相比,具有精度高、組織均勻、性能優(yōu)異,生產(chǎn)成本低等特點,其產(chǎn)品廣泛應用于電子信息工程、生物醫(yī)用器械、辦公設備、汽車、機械、五金、體育器械、鐘表業(yè)、兵工及航空航天等工業(yè)領域。因此,國際上普遍認為該技術(shù)的發(fā)展將會導致零部件成形與加工技術(shù)的一場革命,被譽為“當今最熱門的零部件成形技術(shù)”和“21世紀的成形技術(shù)”。
美國加州Parmatech公司于1973年發(fā)明,八十年代初歐洲許多國家以及日本也都投入極大精力開始研究該技術(shù),并得到迅速推廣。☆組合為了節(jié)省庫存與組裝費用,當講多個零件團結(jié)為一個零件時,可以受益。特別是八十年代中期,這項技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化以來更獲得突飛猛進的發(fā)展,每年都以驚人的速度遞增。到目前為止,美國、西歐、日本等十多個國家和地區(qū)有一百多家公司從事該工藝技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)、研制與銷售工作。日本在競爭上十分積極,并且表現(xiàn)突出,許多大型株式會社均參與MIM工業(yè)的推廣,這些公司包括有太平洋金屬、三菱制鋼、川崎制鐵、神戶制鋼、住友礦山、精工——愛普生、大同特殊鋼等。目前日本有四十多家專業(yè)從事MIM產(chǎn)業(yè)的公司,其MIM工業(yè)產(chǎn)品的銷售總值早已超過歐洲并直追美國。到目前為止,全球已有百余家公司從事該項技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)、研制與銷售工作,MIM技術(shù)也因此成為新型制造業(yè)中最為活躍的前沿技術(shù)領域,被世界冶金行業(yè)的開拓性技術(shù),代表著粉末冶金技術(shù)發(fā)展的主方向。
金屬注射成形用不銹鋼粉的生產(chǎn)工藝
金屬注射成形技術(shù)由陶瓷零件的粉末注射成形技術(shù)發(fā)展而來,是一種新型的粉末冶金近凈成形技術(shù)。與機加工工藝相比,粉末冶金齒輪的經(jīng)濟批量一般取決于零件的大小、結(jié)構(gòu)復雜程度、產(chǎn)品要求精度以及其它性能要求。金屬注射成形技術(shù)技術(shù)的主要生產(chǎn)步驟如下:金屬粉末與粘結(jié)劑混合——制?!⑸涑尚巍撝獰Y(jié)——后續(xù)處理——最終產(chǎn)品該技術(shù)適用于大批量生產(chǎn)性能高、形狀復雜的小尺寸的粉末冶金零部件,如瑞士的手表業(yè)用來生產(chǎn)手表零件。 近幾十年來,MIM技術(shù)發(fā)展勢頭迅猛,能應用的材料體系包括:Fe-Ni合金、不銹鋼、工具鋼、高比重合金、硬質(zhì)合金、鈦合金、鎳基超合金、金屬間化合物、氧化鋁、氧化鋯等。金屬注射成形技術(shù)要求粉末粒度為微米級以下,形狀近球形。此外對粉末的松裝密度、搖實密度、粉末長徑比、自然坡度角、粒度分布也有一定的要求。目前生產(chǎn)金屬注射成形技術(shù)用粉末的主要方法有:水霧化法、氣體霧化法、羰基法。常用的不銹鋼金屬的粉末牌號有:304L,316L, 317L,410L,430L,434L,440A,440C,17-4PH等。
對于水霧化法其制作流程為:
選用不銹鋼原料——中頻感應爐內(nèi)熔化——成份調(diào)整——脫氧除渣——霧化制粉——質(zhì)量檢測——篩分——包裝入庫主要用到的設備有:中頻感應熔爐、高壓水泵、全封閉式制粉裝置、循環(huán)水水池、篩分和包裝設備、檢測儀器等。
對于氣霧化法其制作流程為:
選用不銹鋼原料——中頻感應爐內(nèi)熔化——成份調(diào)整——脫氧除渣——霧化制粉——質(zhì)量檢測——篩分——包裝入庫主要用到的設備有:中頻感應熔爐、氮氣源和霧化裝置、循環(huán)水水池、篩分和包裝設備、檢測儀器等。
每種方法各有其優(yōu)缺點:水霧化法是主要的制粉工藝,其效率高、大規(guī)模生產(chǎn)比較經(jīng)濟,可使粉末細微化,但形狀不規(guī)則,這有利于保形,但所用粘結(jié)劑較多,影響精度。從某種程度上正在以驚人的速度取代CNC精加工等傳統(tǒng)成型技術(shù),且該技術(shù)在突破核心技術(shù)攻堅后,質(zhì)量穩(wěn)定,便于大批量生產(chǎn),客戶滿意度高,企業(yè)回報率高。此外,水與金屬高溫反應形成的氧化膜妨礙燒結(jié)。氣體霧化法是生產(chǎn)金屬注射成形技術(shù)用粉的主要方法,它生產(chǎn)的粉末為球形,氧化程度低,所需粘結(jié)劑少,成形性好,但極細粉收率低,價格高,保形性差,且粘結(jié)劑中的C,N,H,O對燒結(jié)體有影響。羰基法生產(chǎn)的粉末純度高、開頭穩(wěn)定、粒度極細,它最適合于 MIM,但僅限于Fe,Ni等粉體,不能滿足品種的要求。為了滿足金屬注射成形技術(shù)用粉的要求,許多制粉公司對上述方法進行了改進,還發(fā)展了微霧化、層流霧化等制粉方法?,F(xiàn)在通常是水霧化粉和氣霧化粉混合使用,前者提高振實密度后者維持保形性。目前采用水霧化粉也可生產(chǎn)相對密度大于99%的燒結(jié)體,因此較大型零件只使用水霧化粉,較小型零件使用氣霧化粉
粉末冶金MIM工藝相比傳統(tǒng)精鑄工藝的優(yōu)勢
MIM使用的原料粉末粒度直徑為2—15urn,而傳統(tǒng)粉末冶金(PM)的原料粉末粒度為50—100urn。MIM工藝的成品密度高,原因是使用微細粉末。MIM產(chǎn)品形狀自由度是PM所不能達到的。
傳統(tǒng)的精密鑄造(IC)工藝作為一種制作復雜形狀產(chǎn)品極有效的技術(shù),近年使用陶心輔助可以完成狹縫、深孔穴的產(chǎn)品,但礙于陶心的強度以及鑄液的流動性限制,該工藝仍有某些技術(shù)上的難題。一般而言,此工藝制造大、中型零件較為合適,而小型復雜零件則MIM工藝較為合適,而且IC工藝材質(zhì)受到一定限制。工藝流程:上件→靜電除塵→噴涂→低溫流平→烘烤技術(shù)特點:優(yōu)點:1、顏色豐富,高光、啞光可選。
壓鑄工藝適用于鋁和鋅合金等低熔點、鑄流性好的材料,而MIM工藝適合各種材質(zhì)。
精密鍛造可以成型復雜零件,但不能成型三維復雜的小型零件,其產(chǎn)品的精度低,產(chǎn)品有局限。
傳統(tǒng)機械加工法:近來靠自動化和數(shù)控提升加工能力,在效率和精度上有很大的進展,但是基本的程序上仍脫不開逐步加工車、刨、銑、磨、鉆、拋等完成零件形狀的方式,機械加工的方法精度和復雜度遠優(yōu)于其他方法,但是因為材料的有效利用率低,且形狀的完成受限于設備與刀具,有些零件無法用機械加工完成。相反,MIM可以有效利用材料,形狀自由度不受限制。對于小型、復雜、高難度形狀的精密零件的制造,MIM工藝比較機械式加工而言,其成本較低且效率高,具有競爭力。并可通過PLC實時控制及記錄生產(chǎn)中的溫度、時間、粘度等相關(guān)數(shù)據(jù)。