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为何美国每辆车MIM量19.5公斤,而国内只有5公斤?(上)

2015年5月21日,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在盖世微课堂上分享了“MIM的适用范围以及在汽车上的应用”,干货满满,以下采用图文结合给大家介绍以下:

 


5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。

1
工艺介绍

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。

第三步是升温到烧结温度,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。


2
 MIM选择



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。

来源:盖世汽车网


本文为《为何美国每辆车MIM量近20公斤,而国内只有5公斤?(上)》,下半部分将在明天发布,敬请关注!


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