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發(fā)布時(shí)間：2021-09-10 11:44
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什么情況下合采用MIM工藝
MIM工藝的制程技術(shù)、材料和設(shè)備在國(guó)內(nèi)已經(jīng)越來越成熟，應(yīng)用范圍也非常廣。
零件形狀復(fù)雜、尺寸較小以及產(chǎn)量大，這些都是MIM工藝的優(yōu)勢(shì)。
這些強(qiáng)項(xiàng)，使其在電子數(shù)碼產(chǎn)品、手表、手工工具、牙齒矯正支架、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件、電子密封件、切削工具及運(yùn)動(dòng)器械中得到了大量的應(yīng)用。
那么，如何判定一個(gè)產(chǎn)品是否應(yīng)該選擇MIM工藝，也就是選擇MIM工藝的準(zhǔn)則是什么呢？
目前主要有下列主要事項(xiàng)，選擇MIM工藝前需要考慮清楚。
1.
質(zhì)量、切削量：對(duì)于在切削加工和磨削加工中材料損耗非常、加工非常耗時(shí)的零件，MIM在降低生產(chǎn)成本上極有優(yōu)勢(shì)；
2.
總需求量：模具費(fèi)和研發(fā)費(fèi)用對(duì)于低需求量的產(chǎn)品，分?jǐn)傁聛砗笫呛茈y以承受的。因此，當(dāng)產(chǎn)品的年需求量達(dá)到或超過2萬(wàn)件時(shí)，可以考慮選擇MIM工藝。
3.
材料：MIM工藝是一種近凈成形技術(shù)，對(duì)于由鈦、不銹鋼及鎳合金之類難易切削的材料設(shè)計(jì)的零件，MIM最有吸引力。
4.
產(chǎn)品復(fù)雜性：MIM工藝最適合制造幾何形狀復(fù)雜的、在切削加工中需要變換很多次加工工位的多軸零件、多基準(zhǔn)零件。
5.
使用性能：基于MIM產(chǎn)品的高密度，如果使用性能有需求，則MIM的高密度形成的性能有競(jìng)爭(zhēng)力。
6.
表面粗糙度：表面粗糙度反映了粉末顆粒的大小。
7.
公差（精度要求）：MIM燒結(jié)件的公差大概為±0.3%，如果產(chǎn)品要求的公差很嚴(yán)格，MIM燒結(jié)件就需要二次加工，如CNC，數(shù)控車等，MIM的成本也趨向于增加，需要評(píng)估比較。
8.
組合：為了節(jié)省庫(kù)存與組裝費(fèi)用，可見多個(gè)零件固結(jié)為一個(gè)零件。
9.
缺陷：必須使MIM固有的缺陷處于非關(guān)鍵位置，或制造成型后可以除去，例如澆口印跡，頂針印跡或結(jié)合線。
10.
新型組合材料：MIM可制造出傳統(tǒng)工藝難以制造的新型組合材料，例如疊片的或兩種材料結(jié)構(gòu)的或耐磨耗用的混合的金屬-陶瓷材料。
MIM常用材料的種類很多，但有幾種是主要的。若材料難以切削加工，諸如工具鋼、鈦、鎳合金或不銹鋼，對(duì)于MIM最終成型來說，是最有利的，MIM工藝可以一次性成型復(fù)雜的幾何形狀特征。
在不同的生產(chǎn)地點(diǎn)之間，用MIM可達(dá)到的性能是不同的。我們?cè)谠O(shè)計(jì)之前，需要的許多性能參數(shù)都匯總與技術(shù)手冊(cè)中。
現(xiàn)在，我們看到了很多為MIM設(shè)計(jì)的新的材料，其中有疊片結(jié)構(gòu)的（硬磁-軟磁，磁性的-非磁性的，傳導(dǎo)性的-絕緣的）、泡沫金屬及孔新建，這些可選擇的項(xiàng)目，都將MIM推進(jìn)到了幾乎沒有工藝可替代的領(lǐng)域。
選擇MIM技術(shù)的主要準(zhǔn)則
日本、美國(guó)及歐洲的金屬注射成形協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)布ISO標(biāo)準(zhǔn)-ISO22068燒結(jié)金屬注射成形材料規(guī)范，意在于為設(shè)計(jì)與材料工程師提供用MIM工藝制造的零件規(guī)定的材料所需要的資料。關(guān)于選擇MIM工藝準(zhǔn)則，確定有下列一些主要事項(xiàng)需要考慮：
☆質(zhì)量/大量
對(duì)于在切削加工或磨削加工中材料損耗大的零件，MIM在降低生產(chǎn)成本上極有效。
☆數(shù)量
模具與創(chuàng)建費(fèi)用對(duì)于低產(chǎn)量是難以承受的。因此，當(dāng)年產(chǎn)量超過20000件時(shí)，對(duì)于MIM合適。
☆材料
對(duì)于像鈦、不銹鋼及鎳合金之類難切削加工的材料設(shè)計(jì)的零件，MIM最有吸引力。
☆復(fù)雜性
MIM工藝適合制造幾何形狀復(fù)雜的以及在切削加工中需要轉(zhuǎn)換位置的多軸零件。
☆使用性能
如果使用性能很重要，則MIM的高密度形成的性能經(jīng)常都有競(jìng)爭(zhēng)力。
☆表面粗糙度
表面粗糙度反應(yīng)了粉末顆粒的大小，然而不像其他競(jìng)爭(zhēng)的工藝，可控的織構(gòu)可能對(duì)成本沒有什么影響。
☆公差
如果要求的公差緊密時(shí)，由于需要后續(xù)加工，MIM的成本趨向于增加，燒結(jié)件的公差大概在±0.3%。
☆組合
為了節(jié)省庫(kù)存與組裝費(fèi)用，當(dāng)講多個(gè)零件團(tuán)結(jié)為一個(gè)零件時(shí)，可以受益。
☆缺陷
必須使MIM固有的缺陷處于非關(guān)鍵位置，或制造成形后除去例如澆口印跡、提模桿標(biāo)記或接合線等。
☆新型組合材料
MIM可制造出用傳統(tǒng)工藝難以制造的新型組合材料，例如疊片的、兩種材料結(jié)構(gòu)的或耐磨耗用的混合的金屬-陶瓷材料。
粉末冶金行業(yè)發(fā)展勢(shì)不可擋
粉末冶金屬于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，以制取金屬或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)。
我國(guó)粉末冶金行業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅猛，特別是汽車行業(yè)、機(jī)械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機(jī)械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來了較大的發(fā)展機(jī)遇。
具體數(shù)據(jù)顯示，1948年我國(guó)硬質(zhì)合金產(chǎn)量?jī)H有2-3萬(wàn)噸，但2000年后我國(guó)粉末冶金市場(chǎng)迅速崛起。工藝流程：前處理→無(wú)青堿銅→無(wú)青白銅錫→鍍鉻技術(shù)特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、鍍層光澤度高，高品質(zhì)金屬外觀。2009年我國(guó)粉末冶金行業(yè)產(chǎn)量為11.30萬(wàn)噸，超過日本躍居亞洲首位。2014年粉末冶金行業(yè)銷量達(dá)19.18萬(wàn)噸，2017年增長(zhǎng)至20.08萬(wàn)噸，增幅為4.7%。
從應(yīng)用領(lǐng)域來看，現(xiàn)階段，我國(guó)粉末冶金產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車、家電、電動(dòng)工具、摩托車、農(nóng)業(yè)機(jī)械及工程機(jī)械等工業(yè)。良好的滲透性：由于靜電屏蔽效應(yīng)，工件的深孔、狹縫，管件的內(nèi)壁等部位難以電鍍上鋅，因此工件的上述部位無(wú)法采用電鍍的方法進(jìn)行保護(hù)。隨著我國(guó)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，粉末冶金制品本土化需求不斷擴(kuò)大，2016年，應(yīng)用于汽車方面的粉末冶金零件共10.09萬(wàn)噸，占比54.69%，同比上升6.55%。未來下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會(huì)繼續(xù)拉動(dòng)上游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，整個(gè)行業(yè)的容量仍在不停擴(kuò)大。
汽車領(lǐng)域應(yīng)用較少，技術(shù)相對(duì)落后
在發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、歐洲、日本，粉末冶金產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，汽車粉末冶金產(chǎn)品占粉末冶金總產(chǎn)品的比例高達(dá)80%以上，其產(chǎn)品包括VVT(可變氣門正時(shí)系統(tǒng))、VCT(可變氣門凸輪軸正時(shí)系統(tǒng))、各類泵組件、鏈輪、同步環(huán)、行星齒輪等，種類覆蓋十分齊全。結(jié)合力及再涂性能好：達(dá)克羅涂層與金屬基體有良好的結(jié)合力，而且與其他附加涂層有強(qiáng)烈的粘著性，處理后的零件易于噴涂著色，與有機(jī)涂層的結(jié)合力甚至超過了磷化膜。
而在我國(guó)，2017年，粉末冶金市場(chǎng)汽車應(yīng)用占比僅為60%。我國(guó)粉末冶金汽車零件占比遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，占比提升潛力大。
單車用量方面，中國(guó)提升空間同樣相對(duì)可觀。如上所述，與球形顆粒粉末相比，不規(guī)則形狀顆粒壓制的壓坯具有較高的生坯強(qiáng)度。2017年，北美粉末冶金零件單車用量可達(dá)18.6Kg，日本為8.0Kg，歐洲為7.2Kg，而中國(guó)僅為4.5Kg。這種差距產(chǎn)生的主要原因是，我國(guó)國(guó)內(nèi)很多粉末冶金產(chǎn)品達(dá)不到要求的尺寸公差與性能參數(shù)，因此，汽車主機(jī)廠只能選擇成本更高的鍛造零件與機(jī)加工零件。
國(guó)內(nèi)企業(yè)成本優(yōu)勢(shì)顯著，進(jìn)口替代空間廣闊
與國(guó)外公司相比，國(guó)內(nèi)企業(yè)在人力成本、土地成本、原料成本等方面均具有優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)橹鳈C(jī)廠與一級(jí)供應(yīng)商提供更低價(jià)的粉末冶金產(chǎn)品。同時(shí)，國(guó)內(nèi)企業(yè)交貨周期短，售后服務(wù)快速、及時(shí)，能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)主機(jī)廠提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。
從技術(shù)角度來看，2015年，發(fā)布《中國(guó)制造2025》的通知，其中重點(diǎn)提出要大力發(fā)展智能制造、增材制造、新材料、生物醫(yī)用等領(lǐng)域。我們認(rèn)為在國(guó)家政策的大力扶持下，國(guó)內(nèi)粉末冶金技術(shù)有望得到快速發(fā)展，替代市場(chǎng)逐步由低端轉(zhuǎn)向高技術(shù)。
另外，專利申請(qǐng)授權(quán)量的持續(xù)增長(zhǎng)彰顯粉末冶金技術(shù)的不斷成熟。2016年，我國(guó)鑄造、粉末冶金專利申請(qǐng)授權(quán)量為8295項(xiàng)，同比增長(zhǎng)11.62%，近五年(2012-2016年)復(fù)合增長(zhǎng)率為16.02%。
綜合來看，國(guó)內(nèi)粉末冶金產(chǎn)品進(jìn)口替代空間十分廣闊
日本MIM工業(yè)產(chǎn)品發(fā)展迅速
金屬粉末注射成型技術(shù)(metal Powder Injection Molding，簡(jiǎn)稱MIM)是將現(xiàn)代塑料噴射成形技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成形技術(shù)。為了達(dá)到表面光潔度（有的產(chǎn)品甚至要求達(dá)到鏡面效果，如蘋果的Logo產(chǎn)品）和去毛刺的要求，往往都會(huì)增加研磨、拋光、噴砂等表面處理工藝。其基本工藝過程是：首先將固體粉末與有機(jī)粘結(jié)劑均勻混練，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(~150℃)用噴射成形機(jī)注入模腔內(nèi)固化成形，然后用化學(xué)或熱分解的方法將成形坯中的粘結(jié)劑脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。與傳統(tǒng)工藝相比，具有精度高、組織均勻、性能優(yōu)異，生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子信息工程、生物醫(yī)用器械、辦公設(shè)備、汽車、機(jī)械、五金、體育器械、鐘表業(yè)、兵工及航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。因此，國(guó)際上普遍認(rèn)為該技術(shù)的發(fā)展將會(huì)導(dǎo)致零部件成形與加工技術(shù)的一場(chǎng)革命，被譽(yù)為“當(dāng)今最熱門的零部件成形技術(shù)”和“21世紀(jì)的成形技術(shù)”。
美國(guó)加州Parmatech公司于1973年發(fā)明，八十年代初歐洲許多國(guó)家以及日本也都投入極大精力開始研究該技術(shù)，并得到迅速推廣。5倍，同時(shí)考慮到齒輪高度縱向密度的均勻性，因此粉末冶金齒輪的厚度也是很重要的。特別是八十年代中期，這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化以來更獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，每年都以驚人的速度遞增。到目前為止，美國(guó)、西歐、日本等十多個(gè)國(guó)家和地區(qū)有一百多家公司從事該工藝技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)、研制與銷售工作。日本在競(jìng)爭(zhēng)上十分積極，并且表現(xiàn)突出，許多大型株式會(huì)社均參與MIM工業(yè)的推廣，這些公司包括有太平洋金屬、三菱制鋼、川崎制鐵、神戶制鋼、住友礦山、精工——愛普生、大同特殊鋼等。目前日本有四十多家專業(yè)從事MIM產(chǎn)業(yè)的公司，其MIM工業(yè)產(chǎn)品的銷售總值早已超過歐洲并直追美國(guó)。到目前為止，全球已有百余家公司從事該項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)、研制與銷售工作，MIM技術(shù)也因此成為新型制造業(yè)中最為活躍的前沿技術(shù)領(lǐng)域，被世界冶金行業(yè)的開拓性技術(shù)，代表著粉末冶金技術(shù)發(fā)展的主方向。
