“蓋世微課堂——金屬注射成形工藝在汽車工業(yè)中的應(yīng)用”正式開講！蓋世汽車特邀行業(yè)資深專家安泰科技股份有限公司原注射成形廠廠長，高級工程師，安泰科技昆山分公司副總經(jīng)理何建久先生開堂授課，安泰科技昆山分公司市場部經(jīng)理崔曉波就大家的所提出的問題進行解答。同時來自東風裕隆、北汽、上汽、廣本、長安標致雪鐵龍、江鈴重卡、金龍客車、重汽、江淮汽車等整車廠以及來自汽車零部件及相關(guān)企業(yè)共計407位人士在群內(nèi)展開熱烈討論。
課堂開始之前，安泰科技昆山分公司市場部經(jīng)理崔曉波就MIM工藝的發(fā)展歷史以及應(yīng)用現(xiàn)狀做了簡要闡釋：
1988年美國弗羅里達世界粉末冶金大會首次公開了金屬粉末注射成形技術(shù)，吸引了全球各地的專家、學者，同年母公司中國鋼研，原冶金部鋼鐵研究總院開始立項研發(fā)此工藝。90年底，MIM的應(yīng)用大家最熟悉應(yīng)該就是BP機的震動馬達的鎢合金振子。2000年以后，不銹鋼系列開始廣泛應(yīng)用，大家熟悉的如光纖接頭，消費電子類的hinge 系列，手機按鍵，sim卡托槽等。近期MIM行業(yè)出現(xiàn)了投資熱潮，是由于MIM零件在手機行業(yè)廣泛應(yīng)用，以及3C行業(yè)的組裝工廠也在中國，投資門檻的降低，這吸引了大量的資金流入。
以下是課堂焦點內(nèi)容速記匯總，與業(yè)內(nèi)共饗：
今晚從如下幾個方面介紹MIM：
1. 工藝介紹
2. MIM選擇
3. 汽車行業(yè)應(yīng)用
05年前說到MIM企業(yè)，榜上有名文章中常提及的公司有中南英杰，安泰科技，北京嘉潤, 上海富馳，山東金珠,規(guī)模今天來看也是中小水平，短短十年，國內(nèi)MIM發(fā)生巨大變化,富士康，成銘電子，富馳，精研，安泰海美格,，安費諾電子等大型MIM工廠高速發(fā)展。從最初的二十幾家發(fā)展到幾天的幾百家。也帶動了整個產(chǎn)業(yè)鏈的蓬勃興旺。
由于MIM涉及的領(lǐng)域較多，需要更多配套企業(yè)的支持，因此地域非常重要。當?shù)匾凶銐蚪?jīng)驗的模具加工，熱處理，機加工，表面處理能力等，更重要的是方便客戶，可以與客戶近距離接觸等，安泰科技也是順應(yīng)大勢，從北京遷到江蘇長三角地區(qū)謀求進一步發(fā)展。
首先介紹一下工藝，金屬注射成型MIM，歸屬粉末冶金一種金屬成型方法，是粉末冶金與塑料注塑相結(jié)合產(chǎn)生的一個新工藝。下圖是MIM簡單的一個工藝過程。
主要原料是金屬粉，粉末粒度大約在10-20微米。目前各種材料粉末可以通過圖示多種方法得到，可以是元素粉，也可以是金屬粉。國內(nèi)提供MIM粉末的公司有安泰科技，龍鼎粉末，天一粉末，岳龍粉末等公司，這是安泰科技商品化多種牌號的MIM粉，粘結(jié)劑是由幾種聚合物或石蠟、助劑等組成，在一定溫度下具有流動性。金屬粉和粘結(jié)劑在加熱的混合機內(nèi)混合均勻，冷卻后造粒，即成為成型的注射料。
上面列出了國外幾家出售注射料的公司，國內(nèi)的公司有微納寶德，中泰，恒基等幾家公司也提供注射料。
在過去，粘結(jié)劑配方是各個MIM公司的核心技術(shù)，自巴斯夫商品化注射料開發(fā)成功，并提供技術(shù)服務(wù)及一整套解決方案以后，該技術(shù)成為普及技術(shù)，特別是近幾年金屬粉末和注射料的國產(chǎn)化，使材料成本進一步降低，產(chǎn)品更具競爭力，MIM在中國蓬勃發(fā)展。
成形是采用了與塑料注塑一樣的設(shè)備，在注射料中由于金屬粉末裝載量高，具有與塑料不一樣的特性，其后的燒結(jié)收縮率大，約15%到25%。公差達到0.3%到0.5%，因此對設(shè)備和模具的要求比較高，注射機的控制系統(tǒng)應(yīng)采用閉環(huán)系統(tǒng)。
圖示是從脫脂到燒結(jié)的三個過程。脫脂的目的是將部分粘結(jié)劑預先脫除，使生坯具有多孔性，內(nèi)部形成通道，利于氣體流動。在其后燒結(jié)前的加熱段使骨架粘結(jié)劑蒸發(fā)和分解時能快速排出。
圖中所示的第一步脫脂有三種方法，1是熱脫法，主要在日本使用，2溶劑法，以臘劑為主，將臘溶解出來，3.催化法實在硝酸作用下將POM分解成氣體，在國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛。
第二步是溶劑或酸脫脂后的坯料進入燒結(jié)爐。緩慢的升溫或慢速推入不同溫度加熱區(qū)。在加熱過程中驅(qū)除還留在零件中起骨架作用的粘結(jié)劑。這樣可以保證在高溫燒結(jié)時爐膛內(nèi)沒有揮發(fā)性的含碳物質(zhì)，這樣也保證燒結(jié)氣氛的清潔性。
第三部是升溫到燒結(jié)溫度，使產(chǎn)品燒結(jié)收縮，完成致密化的過程，達到目標尺寸。
從理論上講燒結(jié)收縮是均勻、各項同性的，收縮率在15%--25%。燒結(jié)的氣氛可以是氫氣、真空和氮氣。燒結(jié)設(shè)備可以是真空爐，可以靈活對應(yīng)小批量多種類的產(chǎn)品，或者是特殊材料產(chǎn)品的燒結(jié)。另外一種是連續(xù)燒結(jié)爐，通常大公司才會使用，適合穩(wěn)定、大批量產(chǎn)品的燒結(jié)。
燒結(jié)后的產(chǎn)品根據(jù)最終產(chǎn)品要求可以進行熱處理、機加工和表面處理。熱處理主要提高產(chǎn)品的強度、硬度和耐磨性。機加工有CNC，可達到尺寸的要求，鉆孔、研磨等等。
還有熱處理，像電鍍、發(fā)黑、明化、PVD、拋光等等。
由于MIM是采用與注塑相似的模具成型，因此有許多相似的設(shè)計特點。
可以做到交叉的通孔，錐形的外表面，盲孔，內(nèi)外螺紋，表面滾花等附加的產(chǎn)品特征。
這些附加的特征在MIM工藝生產(chǎn)中不會增加成本。
當然，在產(chǎn)品設(shè)計中還是要注意一些問題，需要同客戶進行討論。如澆口，分模線和頂針，這些位置對產(chǎn)品外觀和尺寸精度具有很大影響。
對于一些有拐角的產(chǎn)品，我們盡量要避免尖角，增加圓角。這樣可以有效避免在燒結(jié)時產(chǎn)生的裂紋?？傊?，在客戶新產(chǎn)品設(shè)計之初，MIM工程師加入設(shè)計團隊是非常有必要的。
這將有助于縮短開發(fā)周期，使產(chǎn)品更符合MIM的設(shè)計，減少變更，減少裝配部件，降低成本。實際上，MIM不僅能降低成本，在不降低產(chǎn)品性能和公差的前提下也賦予了產(chǎn)品更多的創(chuàng)新性競爭力，也給我們開拓了更大的想象空間。
對于MIM材料的性能,已經(jīng)發(fā)表了國際標準,MPF標準35， 國內(nèi)行業(yè)標準也在制定當中。大家可以參考查閱。產(chǎn)品的尺寸公差以及其他類標準公差，大多數(shù)公司目前都可以達到。
那么什么情況下考慮使用MIM呢，我們可以從如下幾個方面衡量。
第一是產(chǎn)品的復雜性。
MIM是同塑料注塑一樣實現(xiàn)復雜零件的靈活設(shè)計。需要多個零部件進行組裝的零件可以設(shè)計成一個MIM零件、不能用其他工藝制造的復雜零件、需要多種機加工才能完成的復雜零件。
第二是重量和尺寸。
產(chǎn)品的重量范圍從0.1到250克，50克是最經(jīng)濟的重量。0.01克產(chǎn)品現(xiàn)在也可以生產(chǎn)。
因為原料粉末價格的因素，大于100克的產(chǎn)品成本可能會上升。2到6毫米的壁厚對MIM來說是最合適的。
第三是產(chǎn)量。
1萬到200萬是最合適最經(jīng)濟的數(shù)量，數(shù)量越大越能體現(xiàn)成本的優(yōu)勢。但是從模具和開發(fā)投入費用考慮，如果產(chǎn)品量太少，費用分攤到產(chǎn)品，單價就會難以接受。
第四是原料和性能。
MIM能應(yīng)用的材料范圍非常廣泛，從不銹鋼、低合金鋼、硬質(zhì)合金、高比重合金到高溫合金、鈦合金、陶瓷和金屬基復合材料。從性能上需要接近全致密、難切削加工的材料、非標準的材料，好的表面粗糙度以及更清晰的結(jié)構(gòu)特征細節(jié)等，都適合考慮采用MIM工藝。
MIM技術(shù)作為一種新的成型工藝，在機械、醫(yī)療和電子領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，同樣在汽車領(lǐng)域也有較多的應(yīng)用。
如：渦輪增壓零件、調(diào)節(jié)環(huán)、噴油嘴零件、葉片、座椅調(diào)節(jié)、變速桿、齒輪箱、車鎖、傳感器、安全氣囊、安全帶調(diào)節(jié)器、點火開關(guān)、倒車檔、活動車頂部件、助力轉(zhuǎn)向部件等等這些產(chǎn)品都已大批量的量產(chǎn)。
中國已成為世界第三大汽車生產(chǎn)國。伴隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車零部件市場也會得到快速的發(fā)展。國際上每輛汽車的MIM制品使用量在歐洲是14公斤，日本是16公斤，美國是19.5公斤。而國內(nèi)汽車的MIM產(chǎn)品使用量只有5公斤左右。這也預示今后幾年我國汽車MIM零件產(chǎn)品市場潛力巨大。MIM企業(yè)要抓住這次機會，提高技術(shù)水平，迎接更大的挑戰(zhàn)。
以下是提問環(huán)節(jié)
1. 低壓鑄造和注射成型相比，各自的優(yōu)勢在哪里？
低壓鑄造是使液體金屬在壓力作用下充填型腔，以形成鑄件的一種方法。而MIM是粉末冶金的一種，過程中使用的是固體粉末顆粒，燒結(jié)過程也無需使金屬達到熔點，完全熔化，能耗低，批量生產(chǎn)效率高。MIM產(chǎn)品無成分偏析，組織均勻性優(yōu)于鑄造產(chǎn)品。MIM工藝的材料可選擇范圍也會很廣，如低合金鋼，不銹鋼，高溫合金，硬質(zhì)合金、鈦合金和金屬陶瓷等。
2. MIM對模具是否有特殊要求，包括鋼材，設(shè)計，加工制造等
由于金屬注射料對模具的沖刷磨損比一般塑料嚴重得多，耐磨性是用于批量生產(chǎn)的金屬注射模具腔體的最基本要求，一般要求腔體的硬度在58~62HRC。金屬注射料在注射溫度下，常產(chǎn)生腐蝕性氣體，耐蝕性也是對模具材料的一定要求。為了能夠獲得高填充給料的良好流動性，采用了低分子量的分子和粘結(jié)劑，使MIM供料產(chǎn)生很高的飛邊靈敏度，類似于許多填充尼龍材料所顯示的特性。所以要求MIM模具必須有 較高的公差精度、無飛邊、較高的表面質(zhì)量質(zhì)量要求。
3. 金屬注射成型還運用于哪些行業(yè)？成本會不會高，效率會不會降低？
MIM正如前面所說的，MIM也廣泛應(yīng)用于醫(yī)療，3C和五金機械類
4. 金屬注射成型批量生產(chǎn)的難點在哪？
金屬注射成形的特性就是適用于大批量生產(chǎn)形狀復雜、高精度、高性能的小型金屬零部件。通常年需求量10萬以上的，MIM更有成本優(yōu)勢。
5. 請問MIM產(chǎn)品后續(xù)需要熱處理的比例和工藝原則是什么？
熱處理通常是根據(jù)客戶的要求，材料方面詳見MPIF35國際標準。
6.一般20克的產(chǎn)品，模具費用大概多少？
20g的產(chǎn)品需要根據(jù)產(chǎn)品的復雜程度來定，通常是3—10萬人民幣。
7. 熱處理后測試硬度經(jīng)常有不均勻情況，請問是否與燒結(jié)有關(guān)？
這跟真空爐的真空度、均溫性有關(guān)。
8. MIM產(chǎn)品鍍鋅前需要封孔嗎？密度達多少？
不需要封孔的，由于燒結(jié)密度高，理論密度96—98%。
9. 請問對模具除要求整體硬度58—60HRC之外，是否還需要表面處理？
模具硬度正常時不需要表面處理的，有特殊需要可以做涂層。