金属注射成形工艺在汽车工业中的应用

5月21日晚8点30分，“盖世微课堂——金属注射成形工艺在汽车工业中的应用”正式开讲！盖世汽车特邀行业资深专家安泰科技股份有限公司原注射成形厂厂长，高级工程师，安泰科技昆山分公司副总经理何建久先生开堂授课，安泰科技昆山分公司市场部经理崔晓波就大家的所提出的问题进行解答。同时来自东风裕隆、北汽、上汽、广本、长安标致雪铁龙、江铃重卡、金龙客车、重汽、江淮汽车等整车厂以及来自汽车零部件及相关企业共计407位人士在群内展开热烈讨论。

课堂开始之前，安泰科技昆山分公司市场部经理崔晓波就MIM工艺的发展历史以及应用现状做了简要阐释：

1988年美国弗罗里达世界粉末冶金大会首次公开了金属粉末注射成形技术，吸引了全球各地的专家、学者，同年母公司中国钢研，原冶金部钢铁研究总院开始立项研发此工艺。90年底，MIM的应用大家最熟悉应该就是BP机的震动马达的钨合金振子。2000年以后，不锈钢系列开始广泛应用，大家熟悉的如光纤接头，消费电子类的hinge 系列，手机按键，sim卡托槽等。近期MIM行业出现了投资热潮，是由于MIM零件在手机行业广泛应用，以及3C行业的组装工厂也在中国，投资门槛的降低，这吸引了大量的资金流入。

以下是课堂焦点内容速记汇总，与业内共飨：

今晚从如下几个方面介绍MIM：

1. 工艺介绍

2. MIM选择

3. 汽车行业应用

05年前说到MIM企业，榜上有名文章中常提及的公司有中南英杰，安泰科技，北京嘉润, 上海富驰，山东金珠,规模今天来看也是中小水平，短短十年，国内MIM发生巨大变化,富士康，成铭电子，富驰，精研，安泰海美格,，安费诺电子等大型MIM工厂高速发展。从最初的二十几家发展到几天的几百家。也带动了整个产业链的蓬勃兴旺。

由于MIM涉及的领域较多，需要更多配套企业的支持，因此地域非常重要。当地要有足够经验的模具加工，热处理，机加工，表面处理能力等，更重要的是方便客户，可以与客户近距离接触等，安泰科技也是顺应大势，从北京迁到江苏长三角地区谋求进一步发展。

首先介绍一下工艺，金属注射成型MIM，归属粉末冶金一种金属成型方法，是粉末冶金与塑料注塑相结合产生的一个新工艺。下图是MIM简单的一个工艺过程。

主要原料是金属粉，粉末粒度大约在10-20微米。目前各种材料粉末可以通过图示多种方法得到，可以是元素粉，也可以是金属粉。国内提供MIM粉末的公司有安泰科技，龙鼎粉末，天一粉末，岳龙粉末等公司，这是安泰科技商品化多种牌号的MIM粉，粘结剂是由几种聚合物或石蜡、助剂等组成，在一定温度下具有流动性。金属粉和粘结剂在加热的混合机内混合均匀，冷却后造粒，即成为成型的注射料。

上面列出了国外几家出售注射料的公司，国内的公司有微纳宝德，中泰，恒基等几家公司也提供注射料。

在过去，粘结剂配方是各个MIM公司的核心技术，自巴斯夫商品化注射料开发成功，并提供技术服务及一整套解决方案以后，该技术成为普及技术，特别是近几年金属粉末和注射料的国产化，使材料成本进一步降低，产品更具竞争力，MIM在中国蓬勃发展。

成形是采用了与塑料注塑一样的设备，在注射料中由于金属粉末装载量高，具有与塑料不一样的特性，其后的烧结收缩率大，约15%到25%。公差达到0.3%到0.5%，因此对设备和模具的要求比较高，注射机的控制系统应采用闭环系统。

图示是从脱脂到烧结的三个过程。脱脂的目的是将部分粘结剂预先脱除，使生坯具有多孔性，内部形成通道，利于气体流动。在其后烧结前的加热段使骨架粘结剂蒸发和分解时能快速排出。

图中所示的第一步脱脂有三种方法，1是热脱法，主要在日本使用，2溶剂法，以腊剂为主，将腊溶解出来，3.催化法实在硝酸作用下将POM分解成气体，在国内应用比较广泛。

第二步是溶剂或酸脱脂后的坯料进入烧结炉。缓慢的升温或慢速推入不同温度加热区。在加热过程中驱除还留在零件中起骨架作用的粘结剂。这样可以保证在高温烧结时炉膛内没有挥发性的含碳物质，这样也保证烧结气氛的清洁性。

第三部是升温到烧结温度，使产品烧结收缩，完成致密化的过程，达到目标尺寸。

从理论上讲烧结收缩是均匀、各项同性的，收缩率在15%--25%。烧结的气氛可以是氢气、真空和氮气。烧结设备可以是真空炉，可以灵活对应小批量多种类的产品，或者是特殊材料产品的烧结。另外一种是连续烧结炉，通常大公司才会使用，适合稳定、大批量产品的烧结。

烧结后的产品根据最终产品要求可以进行热处理、机加工和表面处理。热处理主要提高产品的强度、硬度和耐磨性。机加工有CNC，可达到尺寸的要求，钻孔、研磨等等。

还有热处理，像电镀、发黑、明化、PVD、抛光等等。

由于MIM是采用与注塑相似的模具成型，因此有许多相似的设计特点。

可以做到交叉的通孔，锥形的外表面，盲孔，内外螺纹，表面滚花等附加的产品特征。

这些附加的特征在MIM工艺生产中不会增加成本。

当然，在产品设计中还是要注意一些问题，需要同客户进行讨论。如浇口，分模线和顶针，这些位置对产品外观和尺寸精度具有很大影响。

对于一些有拐角的产品，我们尽量要避免尖角，增加圆角。这样可以有效避免在烧结时产生的裂纹。总之，在客户新产品设计之初，MIM工程师加入设计团队是非常有必要的。

这将有助于缩短开发周期，使产品更符合MIM的设计，减少变更，减少装配部件，降低成本。实际上，MIM不仅能降低成本，在不降低产品性能和公差的前提下也赋予了产品更多的创新性竞争力，也给我们开拓了更大的想象空间。

对于MIM材料的性能,已经发表了国际标准,MPF标准35， 国内行业标准也在制定当中。大家可以参考查阅。产品的尺寸公差以及其他类标准公差，大多数公司目前都可以达到。

那么什么情况下考虑使用MIM呢，我们可以从如下几个方面衡量。

第一是产品的复杂性。

MIM是同塑料注塑一样实现复杂零件的灵活设计。需要多个零部件进行组装的零件可以设计成一个MIM零件、不能用其他工艺制造的复杂零件、需要多种机加工才能完成的复杂零件。

第二是重量和尺寸。

产品的重量范围从0.1到250克，50克是最经济的重量。0.01克产品现在也可以生产。

因为原料粉末价格的因素，大于100克的产品成本可能会上升。2到6毫米的壁厚对MIM来说是最合适的。

第三是产量。

1万到200万是最合适最经济的数量，数量越大越能体现成本的优势。但是从模具和开发投入费用考虑，如果产品量太少，费用分摊到产品，单价就会难以接受。

第四是原料和性能。

MIM能应用的材料范围非常广泛，从不锈钢、低合金钢、硬质合金、高比重合金到高温合金、钛合金、陶瓷和金属基复合材料。从性能上需要接近全致密、难切削加工的材料、非标准的材料，好的表面粗糙度以及更清晰的结构特征细节等，都适合考虑采用MIM工艺。

MIM技术作为一种新的成型工艺，在机械、医疗和电子领域得到广泛的应用，同样在汽车领域也有较多的应用。

如：涡轮增压零件、调节环、喷油嘴零件、叶片、座椅调节、变速杆、齿轮箱、车锁、传感器、安全气囊、安全带调节器、点火开关、倒车档、活动车顶部件、助力转向部件等等这些产品都已大批量的量产。

中国已成为世界第三大汽车生产国。伴随着汽车工业的蓬勃发展，汽车零部件市场也会得到快速的发展。国际上每辆汽车的MIM制品使用量在欧洲是14公斤，日本是16公斤，美国是19.5公斤。而国内汽车的MIM产品使用量只有5公斤左右。这也预示今后几年我国汽车MIM零件产品市场潜力巨大。MIM企业要抓住这次机会，提高技术水平，迎接更大的挑战。

以下是提问环节

1. 低压铸造和注射成型相比，各自的优势在哪里？

低压铸造是使液体金属在压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。而MIM是粉末冶金的一种，过程中使用的是固体粉末颗粒，烧结过程也无需使金属达到熔点，完全熔化，能耗低，批量生产效率高。MIM产品无成分偏析，组织均匀性优于铸造产品。MIM工艺的材料可选择范围也会很广，如低合金钢，不锈钢，高温合金，硬质合金、钛合金和金属陶瓷等。

2. MIM对模具是否有特殊要求，包括钢材，设计，加工制造等

由于金属注射料对模具的冲刷磨损比一般塑料严重得多，耐磨性是用于批量生产的金属注射模具腔体的最基本要求，一般要求腔体的硬度在58~62HRC。金属注射料在注射温度下，常产生腐蚀性气体，耐蚀性也是对模具材料的一定要求。为了能够获得高填充给料的良好流动性，采用了低分子量的分子和粘结剂，使MIM供料产生很高的飞边灵敏度，类似于许多填充尼龙材料所显示的特性。所以要求MIM模具必须有 较高的公差精度、无飞边、较高的表面质量质量要求。

3. 金属注射成型还运用于哪些行业？成本会不会高，效率会不会降低？

MIM正如前面所说的，MIM也广泛应用于医疗，3C和五金机械类

4. 金属注射成型批量生产的难点在哪？

金属注射成形的特性就是适用于大批量生产形状复杂、高精度、高性能的小型金属零部件。通常年需求量10万以上的，MIM更有成本优势。

5. 请问MIM产品后续需要热处理的比例和工艺原则是什么？

热处理通常是根据客户的要求，材料方面详见MPIF35国际标准。

6.一般20克的产品，模具费用大概多少？

20g的产品需要根据产品的复杂程度来定，通常是3—10万人民币。

7. 热处理后测试硬度经常有不均匀情况，请问是否与烧结有关？

这跟真空炉的真空度、均温性有关。

8. MIM产品镀锌前需要封孔吗？密度达多少？

不需要封孔的，由于烧结密度高，理论密度96—98%。

9. 请问对模具除要求整体硬度58—60HRC之外，是否还需要表面处理？

模具硬度正常时不需要表面处理的，有特殊需要可以做涂层。

（文章来源：盖世汽车网）