“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(jìn)行解答。同時(shí)來自東風(fēng)裕隆、北汽、上汽、廣本、長安標(biāo)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(jì)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(dá)世界粉末冶金大會(huì)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(xué)者，同年母公司中國鋼研，原冶金部鋼鐵研究總院開始立項(xiàng)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(jī)的震動(dòng)馬達(dá)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(fèi)電子類的hinge 系列，手機(jī)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(jī)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(diǎn)內(nèi)容速記匯總，與業(yè)內(nèi)共饗：
今晚從如下幾個(gè)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(fèi)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(dòng)了整個(gè)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(dāng)?shù)匾凶銐蚪?jīng)驗(yàn)的模具加工，熱處理，機(jī)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(jìn)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(gè)新工藝。下圖是MIM簡單的一個(gè)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(dòng)性。金屬粉和粘結(jié)劑在加熱的混合機(jī)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(gè)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(jìn)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(dá)到0.3%到0.5%，因此對設(shè)備和模具的要求比較高，注射機(jī)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(gè)過程。脫脂的目的是將部分粘結(jié)劑預(yù)先脫除，使生坯具有多孔性，內(nèi)部形成通道，利于氣體流動(dòng)。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(shí)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(shí)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(jìn)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?zé)Y(jié)時(shí)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(dá)到目標(biāo)尺寸。
從理論上講燒結(jié)收縮是均勻、各項(xiàng)同性的，收縮率在15%--25%。燒結(jié)的氣氛可以是氫氣、真空和氮?dú)?。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(huì)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(jìn)行熱處理、機(jī)加工和表面處理。熱處理主要提高產(chǎn)品的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。機(jī)加工有CNC，可達(dá)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(jì)特點(diǎn)。
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(huì)增加成本。
當(dāng)然，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中還是要注意一些問題，需要同客戶進(jìn)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(shí)產(chǎn)生的裂紋?？傊?，在客戶新產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初，MIM工程師加入設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)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(jì)，減少變更，減少裝配部件，降低成本。實(shí)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(biāo)準(zhǔn),MPF標(biāo)準(zhǔn)35， 國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也在制定當(dāng)中。大家可以參考查閱。產(chǎn)品的尺寸公差以及其他類標(biāo)準(zhǔn)公差，大多數(shù)公司目前都可以達(dá)到。
那么什么情況下考慮使用MIM呢，我們可以從如下幾個(gè)方面衡量。
第一是產(chǎn)品的復(fù)雜性。
MIM是同塑料注塑一樣實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的靈活設(shè)計(jì)。需要多個(gè)零部件進(jìn)行組裝的零件可以設(shè)計(jì)成一個(gè)MIM零件、不能用其他工藝制造的復(fù)雜零件、需要多種機(jī)加工才能完成的復(fù)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(jì)的重量。0.01克產(chǎn)品現(xiàn)在也可以生產(chǎn)。
因?yàn)樵戏勰﹥r(jià)格的因素，大于100克的產(chǎn)品成本可能會(huì)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(jì)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(fèi)用考慮，如果產(chǎn)品量太少，費(fèi)用分?jǐn)偟疆a(chǎn)品，單價(jià)就會(huì)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(fù)合材料。從性能上需要接近全致密、難切削加工的材料、非標(biāo)準(zhǔn)的材料，好的表面粗糙度以及更清晰的結(jié)構(gòu)特征細(xì)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(jī)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(diǎn)火開關(guān)、倒車檔、活動(dòng)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(huì)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(yù)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(jī)會(huì)，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(dá)到熔點(diǎn)，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(huì)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(jì)，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(yán)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(dòng)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(yùn)用于哪些行業(yè)？成本會(huì)不會(huì)高，效率會(huì)不會(huì)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(jī)械類
4. 金屬注射成型批量生產(chǎn)的難點(diǎn)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)。
6.一般20克的產(chǎn)品，模具費(fèi)用大概多少？
20g的產(chǎn)品需要根據(jù)產(chǎn)品的復(fù)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(dá)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(shí)不需要表面處理的，有特殊需要可以做涂層。