金屬粉末注射成形技術內(nèi)容提要

本書介紹了一種零部件新型近凈成形技術——金屬粉末注射成形(MIM)技術，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：喂料的制備，注射成形，注射成形過程的計算機模擬，脫脂，燒結(jié)，MIM的應用及實例，MIM產(chǎn)品設計指南及規(guī)范。此外，對金屬注射成形的發(fā)展狀況也作了詳細的介紹。

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人員閱讀，也可供相關專業(yè)的師生閱讀

中國在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技術迅速發(fā)展的背景下，為了促進們中國MIM的研究及發(fā)展，出版系統(tǒng)論述MIM技術相關理論，特別是應用的專著顯得越來越重要。作者在國外及國內(nèi)從事金屬粉末注射成型技術開發(fā)研究多年，在大量理論與時間工作的基礎上，總結(jié)了作者及通航多年來的研究成果和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，編著成書，本書介紹了喂料的制備、注射成型、注射成型過程的計算機模擬、脫脂、燒結(jié)、MIM的應用及實例及MIM產(chǎn)品設計指南及規(guī)范等內(nèi)容，它的出版將對中國MIM的繼續(xù)深入研究產(chǎn)生極大的推動作用，對該技術的推廣和應用具有積極的指導作用。

第1章概述

1.1基本概念

1.2粉末注射成形技術的特點

1.3PIM技術的發(fā)展狀況

1.3.1國際概況

1.3.2國內(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技術的特色

1.6MIM的標準

1.6.1MIM零件材料標準的注釋和定義

1.6.2檢驗方法

1.6.3MIM材料技術標準

1.7MIM技術的局限性

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

2.3.3喂料特性

2.3.4喂料制備

2.3.5喂料實例和性能

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計

3.2.1注射成形坯形狀設計

3.2.2注射成形模具設計

3.2.3模具的基本結(jié)構(gòu)

3.2.4模具設計的基本步驟

3.2.5帶外側(cè)凹制品的模具設計

3.2.6側(cè)向抽芯模具和帶內(nèi)側(cè)凹制品的模具設計

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3.2.8金屬注射成形模具設計實例

3.3MIM注射成形設備

3.3.1MIM注射成形設備的分類

3.3.2MIM注射成形機的特性

3.3.3選擇合適的MIM注射成形機的方法

第4章注射成形過程的計算機模擬

4.1金屬粉末注射成形的計算機模擬的必要性

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模擬

4.3.1喂料熔體在任意平面幾何形狀型腔中的流動模擬

4.3.2喂料熔體在三維型腔中的流動

4.3.3顆粒模型

4.3.4金屬粉末注射成形充模流動模擬亟待解決的問題

4.4充模過程的數(shù)值求解

4.5MIM計算機模擬的商業(yè)化軟件

4.6粉末注射成形充模流動模擬的實際應用

4.6.1不銹鋼SUS316L（PFl5%）53%（體積分數(shù)）喂料的U形試驗模型分析

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

5.1.1Wiech法

5.1.2Injectamax法

5.1.3水溶解法

5.1.4Metamold法

5.2脫脂機理

5.2.1熱脫脂機理

5.2.2溶劑脫脂機理

5.3脫脂過程的缺陷避免

5.4脫脂設備

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)設備

6.5.1連續(xù)式燒結(jié)設備

6.5.2批料式燒結(jié)設備

第7章MIM的應用及實例

7.1MIM技術的應用領域

7.1.1汽車行業(yè)中的應用

7.1.2兵器工業(yè)中的應用

7.1.3鐘表行業(yè)中的應用

7.1.4電子工業(yè)中的應用

7.1.5醫(yī)療器械中的應用

7.1.6辦公自動化及通信行業(yè)中的應用

7.2MIM材料性能及其應用

7.2.1MIM不銹鋼

7.2.2MIM鈦合金

7.2.3MIM硬質(zhì)合金

7.3MIM應用實例分析

7.3.1MIM工藝應用實例（一）

7.3.2MIM工藝應用實例（二）

第8章MIM產(chǎn)品設計指南及規(guī)范

8.1MIM的應用特征

8.2MIM的設計思想

8.2.1MIM產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設計

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

注射成形最早應用于塑料成形，早在1862 年，英國的亞歷山大，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多腔模具中來制備制品，這個模具已具有主澆道、分流道和撓口。1879 年，Gray在英國發(fā)明了世界上第一臺螺旋擠出機，差不多在同一時期，其他很多人也設計了各種機型。由于賽璐珞可燃性強，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，注塑技術得到了進一步發(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雜的制品。料簡是注塑機的心臟，德國的Hans Gastrovl 在1932 年發(fā)明了具有分流梭的料簡，增大了聚合物的加熱面積，克服了塑料導熱性差、受熱不均勻等缺點，但分流梭占去了料簡的一部分容積，并增加了阻力，使熔體注人模腔難度增加。1930 年，美國賽璐珞公司發(fā)明了螺桿熔料式注塑法。1940 年，德國BASF公司又發(fā)明了螺桿直射注塑法。20 世紀70 年代，是整個塑料工業(yè)發(fā)展的重要變革時期，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。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?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具有一次成形復雜形狀金屬制品、產(chǎn)品尺寸精度高、無需機械加工或只需微量加工、易于實現(xiàn)生產(chǎn)自動化和產(chǎn)品性能優(yōu)異的特點，被國際上譽為“二十一世紀最熱門的零部件成形技術”。

中國最廣泛加工的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)。預計在不久的將來MIM材料將會多元化，包括無鎳不銹鋼，非磁性合金，鋁合金和高導熱率的合金等。

截止2019年，中國國內(nèi)金屬注射成形企業(yè)生產(chǎn)的MIM材料沒有相關的國家或行業(yè)技術標準，無統(tǒng)一的技術要求，從而使得設計開發(fā)人員對MIM產(chǎn)品沒有相關的資料進行參考和指導，對MIM產(chǎn)品性能了解不足，導致MIM產(chǎn)品的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，也導致金屬注射成形產(chǎn)業(yè)得不到足夠發(fā)展。因此，制定了國家標準《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)范編制進程

• 標準計劃

2018年1月9日，國家標準計劃《燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范》（20173525-T-610）下達，項目周期24個月，由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會提出，由TC243（全國有色金屬標準化技術委員會）歸口上報，TC243SC4（全國有色金屬標準化技術委員會粉末冶金分會）執(zhí)行，主管部門為中國有色金屬工業(yè)協(xié)會。

• 發(fā)布實施

2020年7月21日，國家標準《燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范》（GB/T 38981-2020）由中華人民共和國國家市場監(jiān)督管理總局、中華人民共和國國家標準化管理委員會發(fā)布。

2021年6月1日，國家標準《燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范》（GB/T 38981-2020）實施。

燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范制定依據(jù)

國家標準《燒結(jié)金屬注射成形材料—規(guī)范》（GB/T 38981-2020）依據(jù)中國國家標準《標準化工作導則—第1部分：標準的結(jié)構(gòu)和編寫》（GB/T 1.1-2009）規(guī)則起草。

該標準等同采用ISO國際標準：《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、浙江新華機械制造有限公司、廣東省材料與加工研究所。

主要起草人：張越、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成分、力學和物理性能等要求。該標準適用于設計與材料工程師在采用金屬注射成形（MIM）工藝制備零件時的選材。該標準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。