1、MIM概述

 

MIM即（Metal Injection Molding）是金属注射成型的简称。是将金属粉末与其粘结剂的增塑混合料注射于模型中的成形方法。它是先将所选粉末与粘结剂进行混合，然后将混合料进行制粒再注射成形所需要的形状。

 

MIM流程结合了注塑成型设计的灵活性和精密金属的高强度和整体性，来实现极度复杂几何部件的低成本解决方案。MIM流程分为四个独特加工步骤（混合、成型、脱脂和烧结）来实现零部件的生产，针对产品特性决定是否需要进行表面处理。

 

2、金属注射成形（MIM）生产工艺与应用概要

 

MIM制造流程一般包括：混炼造粒、注塑成型、脱脂、烧结以及二次处理等。

 

（1）MIM工艺主要技术特点：

1、适合各种粉末材料的成形，产品应用十分广泛；

2、原材料利用率高，生产自动化程度高，适合连续大批量生产。

3、能直接成形几何形状复杂的小型零件（0.03g～200g）；

4、零件尺寸精度高（±0.1%～±0.5%），表面光洁度好（粗糙度1～5μm）；

5、产品相对密度高（95～100%），组织均匀，性能优异；

 

（2）MIM件的常用几种表面处理工艺

 

抛光处理

利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工。

电镀处理

利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺。电镀可以起到防止金属氧化（如锈蚀），提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性(硫酸铜等）及增进美观等作用。

PVD处理

利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到基材表面上的过程。它的作用是可以使某些有特殊性能（强度高、耐磨性、散热性、耐腐性等）的微粒喷涂在性能较低的母体上，使得母体具有更好的性能。

发黑处理

使金属表面产生一层氧化膜，以隔绝空气，达到防锈目的，是很常用的一种化学处理手段。外观要求不高时可以采用发黑处理，发黑液的主要成分是氢氧化钠和亚硝酸钠。

磷化处理

是一种化学与电化学反应形成磷酸盐膜的过程。磷化的目的主要是：

1）给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；

2）用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力。

喷涂处理

通过喷枪或碟式雾化器，借助于压力或离心力，分散成均匀而微细的雾滴，施涂于被涂物表面的涂装方法。

总之：

1）抛光、磷化主要是预处理，为其他后处理做准备；

2）电镀、PVD是应用较多的两类处理技术；

3）发黑和喷涂会对制品表面会有较大的改变，更适合于大型工件。

 

 

（3）适用材料及应用领域：

MIM的应用极其广泛，包括日常生活用品，诸如汽车、航空航天工业、军工业、手机、手表、医疗、家用器具、照相机及装有MIM零件的电动工具等。MIM技术可适用于任何能制成粉末的材料，目前应用的MIM材料体系主要有：

不锈钢、铁基合金、磁性材料、钨合金、硬质合金、精细陶瓷等系列。

3、MIM与其他加工工艺的比较

 

（1）MIM与传统的粉末冶金（PM）的比较

 

（2）MIM与精密铸造的比较

 

压 铸和精密铸造是可以成形三维复杂形状的零件，但压铸仅限于低熔点金属，而精密铸造（IC）限于合金钢、不锈钢、高温合金等高熔点金属及有色金属，对于难熔 合金如硬质合金、高密度合金、金属陶瓷等却无能为力，这是IC的本质局限性，而且IC对于很小、很薄、大批量的零件生产是十分困难或不可行的。IC产业化 已成熟，发展的潜力有限。MIM是新兴的工艺，将挤入IC大批量小零件的市场。

 

（3）MIM与传统机械加工的比较

MIM技术弥补了传统加工方法在技术上的不足或无法制作的缺憾，并非只与传统加工方法竞争，MIM技术可以在传统加工方法无法制作的零件领域发挥其特长

 

 

从MIM的工艺本质分析，是目前最适合于大批量生产高熔点材料，高强度、复杂形状零件的工艺，其优点可归纳如下：

 

（1）MIM可以成型三维形状复杂的各种金属材料零件（只要这种材料能被制成细粉）。零件各部位的密度和性能一致，既各向同性。为零件设计提供了较大的自由度。

 

（2）MIM能最大限度制得接近最终形状的零件，尺寸精度较高。

 

（3）即使是固相烧结，MIM制品的相对密度可达95%以上，其性能可与锻造材料相媲美。特别是动力学性能优良。

 

（4）粉末冶金（PM）的自动模压机的价格比注射成型机要高数倍。MIM可方便地采用一模多腔模具，成型效率高，模具使用寿命长，更换调整模具方便快捷。

 

（5）注射料可反复使用，材料利用率达98%以上。

 

（6）产品转向快。生产灵活性大，新产品从设计到投产时间短。

 

（7）MIM特别适合于大批量生产，产品性能一致性好。如果生产的零件选择适当，数量大，可取得较高的经济效益。

 

（8）MIM所用材料范围宽，应用领域广阔。可用于注射成型的材料非常广泛，如碳钢、合金钢、工具钢、难熔合金、硬质合金、高比重合金等。

 

 

4、MIM粘结剂

 

MIM工艺，离不开粘结剂，目前行业应用的粘结剂有多种：

常见MIM粘结剂主要成份

常见MIM表面活化剂和成形添加剂

粘结剂不同类型，各有差异，因此在MIM成型过程的不同环节会有不同的特性，下面我们从塑料基、蜡基粘结剂入手，分析粘结剂在混炼、注塑、脱脂和烧结制程上的差异：

 

混炼阶段：

注塑阶段：

 

脱脂阶段：

烧结阶段：

5、MIM加工流程

MIM加工流程图

 

根据MIM的加工工艺流程来看，MIM涉及的设备有混炼造粒一体机、MIM专用注塑机、脱脂炉、烧结炉和多种检测、二次加工设备等多种设备。

 

6、MIM全制程各工序成本分析

 

MIM适用的材料主要有：Fe合金、Fe-Ni合金、不锈钢、W合金、Ti合金、Si-Fe合金、硬质合金、永磁合金及氧化铝、氮化硅、氧化锆等陶瓷材料。

 

MIM加工工序较长，能加工的材料众多，在实际生产中，如果通过科学的分析能知道哪几个工序成本最高，对这些工序重点改进以提高效率、良率，就能有效增加利润，从而提高企业自身的竞争力，尤其在当下中国经济进入新常态下的形势下，对企业显得尤为重要。

 

对于过硬、过脆难以切削的材料或几何形状复杂、铸造时原料有偏析或污染的零件，采用MIM工艺可大幅度节约成本。

 

MIM的行业人士都清楚，通常，脱脂、注塑、模具损耗为3个成本较低的3个地方，3个加起来也不过是总量的10%~15%，仅不到后处理的1/3！（当然根据不同的产品会有不同的差异）。

 

以加工打字机印刷元件导杆为例：

通常需14道以上工序，而采用MIM工艺只需6道工序，可节约成本1/2左右。

 

通常，最耗成本的地方是：喂料、烧结、后处理。

 

降低成本的主要方向有：

1）自己配料、混炼得到喂料，但技术壁垒较高；

2）提高产品的良品率，最大限度的利用喂料；

3）改进工艺诱导粘结剂加速脱除，可能会大幅度降低烧结成本；

4）加强培训，培养一支经验丰富、工作熟练的员工队伍，以减少员工数量。

（原因是，后处理包括：喷砂、去披锋、整形和检测，大部分为人工检测。人工检测占很大的费用比例）

 

当材料成本/制造成本的比率增加时，潜在的成本更能降低，因此零件越小越复杂，经济效益将越好。通过以上分析，可以看出MIM成型的潜力是很大的。

 

7、MIM厂家供应商

详见文末附表

 

8、MIM工艺应用

 

（1）、汽车用零件：安全气囊用零件、汽车锁用零件、安全带用零件、汽车车门升降系统、小齿轮、汽车用空调系统小零件、刹车系统中齿条等，供油系统中的传感器中的小零件；

 

（2）、军用零件：枪支零件、弹用零件、引信用零件；

 

（3）、计算机及IT行业：如手机卡托、手机结构件、打印机零件、磁芯、撞针轴销、驱动零件、光通信陶瓷插头；

 

（4）、工具：如钻头、刀头、喷嘴、螺旋铣刀、汽动工具、渔具用的零件等；

 

（5）、家用器具：如表壳、表链、电动牙刷、剪刀、高尔夫球头、珠宝链环、刃具刀头等零部件；

 

（6）、医疗机械用零件：如牙矫形架、剪刀、镊子；

 

（7）、电气用零件：微型马达、传感器件；

 

（8）、机械用零件：如纺织机、卷边机、办公机械用零件等。

 

 

9、MIM的难点及未来发展

 

MIM难点：

 

（1）控制零件尺寸精度

金属注射成形件的精度比传统粉末冶金方法所达到的精度还有一定的差距。在精度方面尚有改进的余地，主要是通过精细的工艺过程控制，有时采用二次加工，像机加工、热处理与抛光等。

 

（2）降低生产成本

利用优化生产工艺、标准化作业、回收废料等措施节省成本。

 

 

MIM未来发展方向：

 

虽然MIM正引起人们越来越大的关注，但目前其规模与传统加工技术相比还显弱小，还有很大的发展潜力。新生的MIM工业还需要我们采取制定工业标准、加快工业化、提高从业者素质、研发设备以及争取顾客等一系列的努力来将其发展壮大。

 

 

（1）材料体系的多方向拓展

注射成形技术是比较理想的、能够经济地成形、接近最终需要形状，烧结后需少量或不需要后续加工的近净成形技术。在精密陶瓷的生产方面主要应用到碳化物，金属陶瓷，无机非金属陶瓷，氧化物陶瓷，金属间化合物等方面。

 

（2）粘结剂多样化及脱脂技术的多途径化

以醋酸纤维脂、聚乙二醇聚合物，丙烯酸聚合物、琼脂为基体的诸多粘结剂体系得到进一步的发展应用。计算机辅助控制热脱脂技术、溶剂脱脂技术，催化脱脂技术，以及冷冻干燥技术、微波辅助干燥技术都被用于粘结剂的脱脂研究。

 

（3）更先进、控制更精确的装备

以计算机精密控制注射成形机及相关在线质量监测控制系统的研究和计算机辅助脱脂关键装备技术的开发是目前及今后关注的重点方向。成形设备如粉末同步注射成形机，利用控制协调的双简注射机生产复合材料零件。

 

（4）产业方面要形成关联的产业链，行业精耕细作

把技术和工程能力深入吃透，形成生态产业链，产业链抱团，才能抵抗风险加速发展。

 

【附表：MIM厂家供应商】

金属粉末
Sandvik(山特维克)	卡彭特特种金属(常熟)有限公司
Epson ATMIX	玉溪大红山矿业有限公司粉末冶金科技分公司
日本太平洋	江苏天一超细金属粉末有限公司
广州有色金属研究院	苏州豪昇粉末五金制品有限公司
湖南恒基粉末科技有限责任公司	晋江市中和特种粉末材料公司
江西悦安超细金属有限公司	昆山纳诺新材料科技有限公司
中泰合金材料有限公司	湖州慧金材料科技有限公司
浙江泰堡金属制品有限公司	飞而康快速制造科技有限责任公司
晋江市中和特种磁性材料有限公司	安泰科技粉末与制品分公司
湖南宁乡吉唯信金属粉体有限公司	深圳市铂科新材料股份有限公司
深圳威泰克斯粉末冶金股份有限公司	石家庄利德粉末材料有限责任公司
秦皇岛市雅豪新材料科技有限公司	绵阳西磁新材料有限公司
东莞市顶鑫不锈钢公司	东莞市酬勤包装制品有限公司
大同特殊钢(上海)有限公司	广东鸿海金属材料有限公司
大陆塑天实业有限公司

粘结剂
日本宝理	东莞市强萱塑料有限公司
杜邦	南京海兆新材料有限公司
云天化	深圳市金丰泰高分子材料有限公司
深圳市宝瑄科技有限公司	浙江忠茂化工有限公司
东莞市经天塑胶科技有限公司	东莞市奇胜塑胶原料公司
上海塑昶新材料科技有限公司	南京冠创生物科技有限公司
永州方圆新材料	东莞市海胶塑胶科技有限公司

喂料
巴斯夫（中国）有限公司广州分公司	苏州瑞邦陶瓷新材料有限公司
中泰合金材料有限公司	晋江市中和特种粉末材料公司
北京微纳宝德科技发展有限公司	深圳市卡德姆科技有限公司
东方智盈

工艺制造商
上海富驰高科有限公司	烟台市三环科技有限公司
深圳富优驰科技有限公司	兴科电子
常州精研科技有限公司	新泰兴
广州昶联	天津华众鑫五金制品有限公司
杭州安费诺飞凤通信部品有限公司	天驰集团6C金属结构事业部
上海安费诺永亿通讯电子有限公司	苏州中宝复合材料有限公司
华晶粉末（劲胜全资子公司）	深圳鑫迪科技有限公司
富士康集团全亿大科技(佛山)有限公司	深圳市新聚成精密科技有限公司
晟銘電子科技股份有限公司	深圳市精鑫五金精密
安泰海美格	深圳市金卓陶瓷科技有限公司
通达五金	深圳市金运来科技有限公司
上海磐宇科技有限公司	深圳市金颜鑫金属科技公司
山东金珠	深圳市宏景精密科技有限公司
苏州米莫金属科技有限公司	深圳圣飞斯科技有限公司
湖南英捷高科技有限责任公司	深圳福美来粉末冶金有限公司
深圳市民鑫粉末冶金有限公司	上海三展新材料科技有限公司
松上品粉末冶金有限公司	瑞德科技
一火科技	昆山思瑞奕电子有限公司
苏州豪昇粉末五金制品有限公司	昆山米泰克精密电子组件有限公司
深圳市石金科技股份有限公司	昆山好岩石
南京恒缇电子有限公司	精而美有限公司
湖南菲德克材料科技有限公司	青岛永舜精密制造有限公司
北京翔鸣博瑞	龙门市亚泰粉末冶金有限责任公司
意瑞纳米科技（昆山）有限公司	无锡市正大陶瓷有限公司
深圳信维-艾利门特科技有限公司	昆山科森科技股份有限公司
宝田精工	宁波公牛电器有限公司
爱普生	标旗磁电产品（佛冈）有限公司
AFT	东莞景丰塑胶制品有限公司
富士康科技集团基准精密工业(惠州)有限公司	歌尔声学科技有限公司
山西晋城富晋精密工业有限公司	上海精科粉末冶金科技有限公司
欧达可	潮州市潮艺粉末金属制品有限公司
东莞市环钜精密电子有限公司	上海赫比有限公司
常州瑞声

混炼造粒机
温克沃斯(Winkworth，英国)	亘易隆机械
振德隆机械昆山有限公司	东莞市美得机械设备有限公司
广东利拿实业有限公司	晋江市陆钢塑料机械有限公司
東莞市台富機械有限公司	南通密炼捏合机械有限公司
东莞市厚街开研机械设备厂	东莞市昶丰橡塑机械科技有限公司

脱脂炉
深圳市星特烁科技有限公司	宁波斯百睿
深圳汇腾	广州市巴斯特(中国)科技

烧结炉
易普森工业炉（上海）有限公司	上海晨华科技股份有限公司
伊利诺工业窑炉有限公司（正压）	沈阳恒进真空科技有限公司
美国CM公司气氛烧结炉中国代表处

脱脂烧结一体
德国克莱默	宁波恒普真空技术有限公司（MIM金属注射成型真空脱脂烧结炉）
美国CM公司气氛烧结炉	宁波岛津真空技术开发有限公司（MIM金属注射成型真空脱脂烧结炉）
湖南顶立科技有限公司	长沙凌起机电工程有限公司（MIM金属注射成型真空脱脂烧结炉）
深圳市美格真空炉有限公司	湖南久泰冶金科技有限公司 （MIM金属注射成型真空脱脂烧结炉）

注塑机
阿博格	广东威亚精密机械有限公司
海天日本日精注塑机	东莞市信旭自动化科技有限公司
日精树脂工业科技（太仓）有限公司	东莞市金策机械设备有限公司
日钢注塑机有限公司	深圳市迪嘉机械有限公司
日本沙迪克注塑机	东莞市百纳通用机械有限公司
广东伊之密精密机械股份有限公司	東莞世耀商貿有限公司
广东泓利机器有限公司	江门市浩力精密机电有限公司
Dynacast	海天精信机械有限公司
深圳兴荣精密机械有限公司	东莞市百赞精密机械有限公司
士燿國際股份有限公司	龙致(中国)有限公司
乐星机械(无锡)有限公司	德马格塑料机械（宁波）有限公司

模具
青岛巨星机械模具有限公司	东莞市奥富电子有限公司
昆山英新泰模具科技有限公司	爱丝坦模具
东莞市鑫信精密模具有限公司	东莞亮兴粉末冶金模具公司
东莞市弘研精密模具有限公司	东莞市凌卓精密五金有限公司
东莞市东宝五金模具钢材有限公司	东莞市精佳模具有限公司