金屬粉末注射成型及Moldflow運用

2016-11-23 by:CAE仿真在線來源:互聯網

一、概述

金屬粉末注射成型(MetalPowderInjectionMolding,簡稱MIM)技術是當今粉末冶金領域發展最快、最具應用潛力的新型粉末冶金近凈成型技術,被譽為當今最熱門的零部件制備技術,該技術是傳統粉末冶金技術與塑料注射成型技術相結合的產物在制備幾何形狀復雜組織結構均勻高性能的金屬零件產品方,尤其具有優勢。

二、定義

金屬粉末射出成形是將細小、球狀的金屬粒子用各種不同的黏結劑混和并制造成小球的形狀成為射出料,再用射出成型機射出成型使用射出技術成形將金屬粉末,經由射出機將其射入模具中成形,再將其冶金燒結成固體的技術成形后的生胚,需經過脫脂的過程,把先前混入的黏結劑脫除,再經燒結,即得密度95%以上之高密度、高強度的產品簡而言之,即以塑料射出的方式去生產金屬制品。

三、優勢

比常規粉末冶金工藝工序少,無切削或少切削經濟效益高,克服了傳統粉末冶金工藝制品、材質不均勻、機械性能低、不易成型薄壁、復雜結構的缺點,特別適合于大批量生產小型、復雜以及具有特殊要求的金屬零件,MIM金屬粉末顆粒一般在0.5~20μm;理論上,顆粒越細,比表面積也越大,易于成型和燒結傳統的粉末冶金則采用大于40μm的較粗的粉末,傳統壓鑄成形強度低、精密鑄造無法大量量產、車削件成本較高等技術缺點。

四、MIM技術發展

MIM技術發展已有一段時間自70年代末由美國開始,日本、德國等國皆先后投入研究八十年代初歐洲國家及日本都投入極大精力開始研究,并得到迅速推廣。特別是八十年代中期由于過去技術不夠成熟、原料成本過高、生產時間過長等原因,真正發展較為進步已是近年的事情已開始進入商業量產階段,在粉末冶金產業中被視為最熱門的金屬零組件成形技術之一。射出成型最大的優勢是可以大量生產復雜的幾何產品,因各種設計需求,生產過程會運用到不同的塑料材料。然而,塑料材料無法滿足全部的設計需求,舉例來說,塑料就無法完全取代鐵的特性。粉末射出成型(PIM)為一獨特制程解決方案,因為能滿足形狀復雜且體積小的金屬/陶瓷精密產品大量生產的需求,目前正快速成長發展。到二零一二年時,全球粉末射出成型產業的產值會以每年成長15-20%速度擴張到一億五千萬美金,而根據Global Industry Analysts指出,到二零一七年時,產值會高達三億七千萬美金。粉末射出成型廣泛應用在許多產業上,其中陶瓷粉末射出成型主要應用在美國的醫藥和醫療市場;而在亞洲,金屬粉末射出成型則多半應用在消費性電子產品和信息科技方面。

五、技術挑戰

一般而言,粉末射出成型制程涵蓋四個部分:

1) 復合金屬和陶瓷粉末與高分子混合(又稱結合劑)來取得致密均勻的成型原料;
2) 成型原料經過射出后形成生胚;
3) 去除結合劑之后,產生棕胚;
4) 燒結剩下粉末結構至成品雛型。

然而在射出成型階段,均勻的成型原料在注入模穴的過程中,卻充斥著許多亟待解決的技術挑戰。經燒結后的成品缺陷往往是始于成型過程,例如:澆口殘痕、頂針痕以及分型線…等等,而這些缺陷很難在脫脂和燒結過程中去除。成型原料的選擇及模穴充填的粉末密度/濃度分布,更是會間接影響燒結階段產生收縮情形,進而引起表面瑕疵、內部結構缺陷、翹曲以及裂痕等問題。例如:燒結后易在融合線位置斷裂。