金屬粉末注射成形技術(shù)

中國(guó)在MIM方面起步比較晚，到目前為止，闡述MIM的專著還不多，在世界MIM技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，為了促進(jìn)們中國(guó)MIM的研究及發(fā)展，出版系統(tǒng)論述MIM技術(shù)相關(guān)理論，特別是應(yīng)用的專著顯得越來越重要。作者在國(guó)外及國(guó)內(nèi)從事金屬粉末注射成型技術(shù)開發(fā)研究多年，在大量理論與時(shí)間工作的基礎(chǔ)上，總結(jié)了作者及通航多年來的研究成果和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，編著成書，本書介紹了喂料的制備、注射成型、注射成型過程的計(jì)算機(jī)模擬、脫脂、燒結(jié)、MIM的應(yīng)用及實(shí)例及MIM產(chǎn)品設(shè)計(jì)指南及規(guī)范等內(nèi)容，它的出版將對(duì)中國(guó)MIM的繼續(xù)深入研究產(chǎn)生極大的推動(dòng)作用，對(duì)該技術(shù)的推廣和應(yīng)用具有積極的指導(dǎo)作用。

第1章概述

1.1基本概念

1.2粉末注射成形技術(shù)的特點(diǎn)

1.3PIM技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

1.3.1國(guó)際概況

1.3.2國(guó)內(nèi)狀況

1.4產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及效益

1.4.1產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

1.4.2提高效益的策略

1.5MIM技術(shù)的特色

1.6MIM的標(biāo)準(zhǔn)

1.6.1MIM零件材料標(biāo)準(zhǔn)的注釋和定義

1.6.2檢驗(yàn)方法

1.6.3MIM材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.7MIM技術(shù)的局限性

第2章喂料的制備

2.1粉末的制備

2.1.1MIM用粉末的理想特征

2.1.2粉末顆粒的形狀和粒度

2.1.3粒間摩擦和散裝密度

2.1.4粉末的制作

2.1.5注射成形粉末的調(diào)制與處理

2.1.6粉末注射成形用粉末的舉例

2.2黏結(jié)劑的配比與性能

2.2.1黏結(jié)劑的要求

2.2.2黏結(jié)劑系統(tǒng)舉例

2.3喂料的混煉

2.3.1粉末與黏結(jié)劑的比例

2.3.2喂料流變學(xué)

2.3.3喂料特性

2.3.4喂料制備

2.3.5喂料實(shí)例和性能

第3章注射成形

3.1金屬注射成形工藝

3.1.1成形性

3.1.2成形實(shí)踐

3.1.3注射成形過程的質(zhì)量控制

3.2金屬注射成形模具設(shè)計(jì)

3.2.1注射成形坯形狀設(shè)計(jì)

3.2.2注射成形模具設(shè)計(jì)

3.2.3模具的基本結(jié)構(gòu)

3.2.4模具設(shè)計(jì)的基本步驟

3.2.5帶外側(cè)凹制品的模具設(shè)計(jì)

3.2.6側(cè)向抽芯模具和帶內(nèi)側(cè)凹制品的模具設(shè)計(jì)

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3.2.8金屬注射成形模具設(shè)計(jì)實(shí)例

3.3MIM注射成形設(shè)備

3.3.1MIM注射成形設(shè)備的分類

3.3.2MIM注射成形機(jī)的特性

3.3.3選擇合適的MIM注射成形機(jī)的方法

第4章注射成形過程的計(jì)算機(jī)模擬

4.1金屬粉末注射成形的計(jì)算機(jī)模擬的必要性

4.2粉末注射成形喂料性能參數(shù)的模擬

4.3粉末注射成形充模流動(dòng)模擬

4.3.1喂料熔體在任意平面幾何形狀型腔中的流動(dòng)模擬

4.3.2喂料熔體在三維型腔中的流動(dòng)

4.3.3顆粒模型

4.3.4金屬粉末注射成形充模流動(dòng)模擬亟待解決的問題

4.4充模過程的數(shù)值求解

4.5MIM計(jì)算機(jī)模擬的商業(yè)化軟件

4.6粉末注射成形充模流動(dòng)模擬的實(shí)際應(yīng)用

4.6.1不銹鋼SUS316L（PFl5%）53%（體積分?jǐn)?shù)）喂料的U形試驗(yàn)?zāi)Ｐ头治?

4.6.2硬質(zhì)合金MIM充模數(shù)值模擬

第5章脫脂

5.1脫脂基礎(chǔ)

5.1.1Wiech法

5.1.2Injectamax法

5.1.3水溶解法

5.1.4Metamold法

5.2脫脂機(jī)理

5.2.1熱脫脂機(jī)理

5.2.2溶劑脫脂機(jī)理

5.3脫脂過程的缺陷避免

5.4脫脂設(shè)備

5.4.1溶劑脫脂裝置

5.4.2熱脫脂爐

5.4.3連續(xù)式催化脫脂爐

第6章燒結(jié)

6.1注射成形坯燒結(jié)的基本原理

6.2幾種典型注射成形材料體系的燒結(jié)

6.2.1注射成形不銹鋼材料的燒結(jié)

6.2.2注射成形鐵基合金的燒結(jié)

6.2.3注射成形高密度合金的燒結(jié)

6.2.4注射成形AIN的燒結(jié)

6.2.5注射成形硬質(zhì)合金的燒結(jié)

6.3燒結(jié)產(chǎn)品質(zhì)量及尺寸精度的控制

6.3.1燒結(jié)產(chǎn)品的質(zhì)量控制

6.3.2尺寸精度控制

6.4燒結(jié)后處理

6.4.1致密化

6.4.2熱處理

6.4.3表面處理

6.5燒結(jié)設(shè)備

6.5.1連續(xù)式燒結(jié)設(shè)備

6.5.2批料式燒結(jié)設(shè)備

第7章MIM的應(yīng)用及實(shí)例

7.1MIM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

7.1.1汽車行業(yè)中的應(yīng)用

7.1.2兵器工業(yè)中的應(yīng)用

7.1.3鐘表行業(yè)中的應(yīng)用

7.1.4電子工業(yè)中的應(yīng)用

7.1.5醫(yī)療器械中的應(yīng)用

7.1.6辦公自動(dòng)化及通信行業(yè)中的應(yīng)用

7.2MIM材料性能及其應(yīng)用

7.2.1MIM不銹鋼

7.2.2MIM鈦合金

7.2.3MIM硬質(zhì)合金

7.3MIM應(yīng)用實(shí)例分析

7.3.1MIM工藝應(yīng)用實(shí)例（一）

7.3.2MIM工藝應(yīng)用實(shí)例（二）

第8章MIM產(chǎn)品設(shè)計(jì)指南及規(guī)范

8.1MIM的應(yīng)用特征

8.2MIM的設(shè)計(jì)思想

8.2.1MIM產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

8.2.2MIM產(chǎn)品的公差

8.2.3MIM產(chǎn)品的后續(xù)處理

8.3MIM產(chǎn)品的材料

參考文獻(xiàn)

本書介紹了一種零部件新型近凈成形技術(shù)——金屬粉末注射成形(MIM)技術(shù)，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：喂料的制備，注射成形，注射成形過程的計(jì)算機(jī)模擬，脫脂，燒結(jié)，MIM的應(yīng)用及實(shí)例，MIM產(chǎn)品設(shè)計(jì)指南及規(guī)范。此外，對(duì)金屬注射成形的發(fā)展?fàn)顩r也作了詳細(xì)的介紹。

本書適合于從事金屬粉末注射成形及材料加工的工程技術(shù)人員閱讀，也可供相關(guān)專業(yè)的師生閱讀

注射成形最早應(yīng)用于塑料成形，早在1862 年，英國(guó)的亞歷山大，柏士（AlexanderParkes) 提出了注塑成形法制造塑料梳子，傘柄和一些其他制品。柏士塑料的主要成分是硝酸纖維素(NC) 加少量的其他物質(zhì)，使其具有塑性和其他一些物理性能。1869 年，英國(guó)的一位印刷商海特(Hytt) 改良了柏士塑料，制成了賽璐珞，但仍以硝酸纖維素為主。1878年，他將賽璐珞注人一個(gè)多腔模具中來制備制品，這個(gè)模具已具有主澆道、分流道和撓口。1879 年，Gray在英國(guó)發(fā)明了世界上第一臺(tái)螺旋擠出機(jī)，差不多在同一時(shí)期，其他很多人也設(shè)計(jì)了各種機(jī)型。由于賽璐珞可燃性強(qiáng)，不是很適合注塑成形。直到1919 年Eichengrumn推出了酷酸纖維素(CA) 作為注塑原料后，注塑技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展。1920 年，注塑成形已成為工業(yè)化的加工方法，這種方法可以把熱塑性聚合物加工成形狀復(fù)雜的制品。料簡(jiǎn)是注塑機(jī)的心臟，德國(guó)的Hans Gastrovl 在1932 年發(fā)明了具有分流梭的料簡(jiǎn)，增大了聚合物的加熱面積，克服了塑料導(dǎo)熱性差、受熱不均勻等缺點(diǎn)，但分流梭占去了料簡(jiǎn)的一部分容積，并增加了阻力，使熔體注人模腔難度增加。1930 年，美國(guó)賽璐珞公司發(fā)明了螺桿熔料式注塑法。1940 年，德國(guó)BASF公司又發(fā)明了螺桿直射注塑法。20 世紀(jì)70 年代，是整個(gè)塑料工業(yè)發(fā)展的重要變革時(shí)期，使得注塑成形得到巨大發(fā)展。

燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范制定背景

金屬注射成形（Metal Injection Molding，簡(jiǎn)稱MIM）是一種從塑料注射成形行業(yè)中引伸出來的新型粉末冶金近凈成形技術(shù)。MIM的基本工藝步驟是：首先選取符合MIM要求的金屬粉末和粘結(jié)劑，然后在一定溫度下采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒎勰┖驼辰Y(jié)劑混合成均勻的喂料，經(jīng)制粒后再注射成形，獲得的成形坯體經(jīng)過脫脂處理后燒結(jié)致密化成為最終成品。MIM具有一次成形復(fù)雜形狀金屬制品、產(chǎn)品尺寸精度高、無需機(jī)械加工或只需微量加工、易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化和產(chǎn)品性能優(yōu)異的特點(diǎn)，被國(guó)際上譽(yù)為“二十一世紀(jì)最熱門的零部件成形技術(shù)”。

中國(guó)最廣泛加工的MIM材料為不銹鋼和低合金鋼，約占85%的產(chǎn)量（不銹鋼占50%以上的產(chǎn)量），不銹鋼以316L和17-4PH為主；其次是鎢基材料約占10%；另有少量硬質(zhì)合金、銅基合金及鈦合金等，占5%以內(nèi)。預(yù)計(jì)在不久的將來MIM材料將會(huì)多元化，包括無鎳不銹鋼，非磁性合金，鋁合金和高導(dǎo)熱率的合金等。

截止2019年，中國(guó)國(guó)內(nèi)金屬注射成形企業(yè)生產(chǎn)的MIM材料沒有相關(guān)的國(guó)家或行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，無統(tǒng)一的技術(shù)要求，從而使得設(shè)計(jì)開發(fā)人員對(duì)MIM產(chǎn)品沒有相關(guān)的資料進(jìn)行參考和指導(dǎo)，對(duì)MIM產(chǎn)品性能了解不足，導(dǎo)致MIM產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn)，也導(dǎo)致金屬注射成形產(chǎn)業(yè)得不到足夠發(fā)展。因此，制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范》（GB/T 38981-2020）。

燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范編制進(jìn)程

• 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃

2018年1月9日，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃《燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范》（20173525-T-610）下達(dá)，項(xiàng)目周期24個(gè)月，由中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)提出，由TC243（全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)）歸口上報(bào)，TC243SC4（全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)粉末冶金分會(huì)）執(zhí)行，主管部門為中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)。

• 發(fā)布實(shí)施

2020年7月21日，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范》（GB/T 38981-2020）由中華人民共和國(guó)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布。

2021年6月1日，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范》（GB/T 38981-2020）實(shí)施。

燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范制定依據(jù)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范》（GB/T 38981-2020）依據(jù)中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則—第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》（GB/T 1.1-2009）規(guī)則起草。

該標(biāo)準(zhǔn)等同采用ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：《燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范》（ISO 22068：2012）。

燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范起草工作

主要起草單位：深圳市注成科技股份有限公司、浙江新華機(jī)械制造有限公司、廣東省材料與加工研究所。

主要起草人：張?jiān)?、康俊、李春、曾克里、劉方舟、羅浩、林熾余、譚立新、周洪發(fā)。

《燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范》（GB/T 38981-2020）規(guī)定了燒結(jié)金屬注射成形材料的化學(xué)成分、力學(xué)和物理性能等要求。該標(biāo)準(zhǔn)適用于設(shè)計(jì)與材料工程師在采用金屬注射成形（MIM）工藝制備零件時(shí)的選材。該標(biāo)準(zhǔn)不適用于采用其他粉末冶金工藝生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)零件，如壓制燒結(jié)、粉末鍛造技術(shù)。