金属粉末注射成形技术

中国在MIM方面起步比较晚，到目前为止，阐述MIM的专著还不多，在世界MIM技术迅速发展的背景下，为了促进们中国MIM的研究及发展，出版系统论述MIM技术相关理论，特别是应用的专著显得越来越重要。作者在国外及国内从事金属粉末注射成型技术开发研究多年，在大量理论与时间工作的基础上，总结了作者及通航多年来的研究成果和生产实践经验，编著成书，本书介绍了喂料的制备、注射成型、注射成型过程的计算机模拟、脱脂、烧结、MIM的应用及实例及MIM产品设计指南及规范等内容，它的出版将对中国MIM的继续深入研究产生极大的推动作用，对该技术的推广和应用具有积极的指导作用。

第1章概述

1.1基本概念

1.2粉末注射成形技术的特点

1.3PIM技术的发展状况

1.3.1国际概况

1.3.2国内状况

1.4产业结构及效益

1.4.1产业结构

1.4.2提高效益的策略

1.5MIM技术的特色

1.6MIM的标准

1.6.1MIM零件材料标准的注释和定义

1.6.2检验方法

1.6.3MIM材料技术标准

1.7MIM技术的局限性

第2章喂料的制备

2.1粉末的制备

2.1.1MIM用粉末的理想特征

2.1.2粉末颗粒的形状和粒度

2.1.3粒间摩擦和散装密度

2.1.4粉末的制作

2.1.5注射成形粉末的调制与处理

2.1.6粉末注射成形用粉末的举例

2.2黏结剂的配比与性能

2.2.1黏结剂的要求

2.2.2黏结剂系统举例

2.3喂料的混炼

2.3.1粉末与黏结剂的比例

2.3.2喂料流变学

2.3.3喂料特性

2.3.4喂料制备

2.3.5喂料实例和性能

第3章注射成形

3.1金属注射成形工艺

3.1.1成形性

3.1.2成形实践

3.1.3注射成形过程的质量控制

3.2金属注射成形模具设计

3.2.1注射成形坯形状设计

3.2.2注射成形模具设计

3.2.3模具的基本结构

3.2.4模具设计的基本步骤

3.2.5带外侧凹制品的模具设计

3.2.6侧向抽芯模具和带内侧凹制品的模具设计

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3.2.8金属注射成形模具设计实例

3.3MIM注射成形设备

3.3.1MIM注射成形设备的分类

3.3.2MIM注射成形机的特性

3.3.3选择合适的MIM注射成形机的方法

第4章注射成形过程的计算机模拟

4.1金属粉末注射成形的计算机模拟的必要性

4.2粉末注射成形喂料性能参数的模拟

4.3粉末注射成形充模流动模拟

4.3.1喂料熔体在任意平面几何形状型腔中的流动模拟

4.3.2喂料熔体在三维型腔中的流动

4.3.3颗粒模型

4.3.4金属粉末注射成形充模流动模拟亟待解决的问题

4.4充模过程的数值求解

4.5MIM计算机模拟的商业化软件

4.6粉末注射成形充模流动模拟的实际应用

4.6.1不锈钢SUS316L（PFl5%）53%（体积分数）喂料的U形试验模型分析

4.6.2硬质合金MIM充模数值模拟

第5章脱脂

5.1脱脂基础

5.1.1Wiech法

5.1.2Injectamax法

5.1.3水溶解法

5.1.4Metamold法

5.2脱脂机理

5.2.1热脱脂机理

5.2.2溶剂脱脂机理

5.3脱脂过程的缺陷避免

5.4脱脂设备

5.4.1溶剂脱脂装置

5.4.2热脱脂炉

5.4.3连续式催化脱脂炉

第6章烧结

6.1注射成形坯烧结的基本原理

6.2几种典型注射成形材料体系的烧结

6.2.1注射成形不锈钢材料的烧结

6.2.2注射成形铁基合金的烧结

6.2.3注射成形高密度合金的烧结

6.2.4注射成形AIN的烧结

6.2.5注射成形硬质合金的烧结

6.3烧结产品质量及尺寸精度的控制

6.3.1烧结产品的质量控制

6.3.2尺寸精度控制

6.4烧结后处理

6.4.1致密化

6.4.2热处理

6.4.3表面处理

6.5烧结设备

6.5.1连续式烧结设备

6.5.2批料式烧结设备

第7章MIM的应用及实例

7.1MIM技术的应用领域

7.1.1汽车行业中的应用

7.1.2兵器工业中的应用

7.1.3钟表行业中的应用

7.1.4电子工业中的应用

7.1.5医疗器械中的应用

7.1.6办公自动化及通信行业中的应用

7.2MIM材料性能及其应用

7.2.1MIM不锈钢

7.2.2MIM钛合金

7.2.3MIM硬质合金

7.3MIM应用实例分析

7.3.1MIM工艺应用实例（一）

7.3.2MIM工艺应用实例（二）

第8章MIM产品设计指南及规范

8.1MIM的应用特征

8.2MIM的设计思想

8.2.1MIM产品的结构设计

8.2.2MIM产品的公差

8.2.3MIM产品的后续处理

8.3MIM产品的材料

参考文献

本书介绍了一种零部件新型近净成形技术——金属粉末注射成形(MIM)技术，主要包括以下几个方面的内容：喂料的制备，注射成形，注射成形过程的计算机模拟，脱脂，烧结，MIM的应用及实例，MIM产品设计指南及规范。此外，对金属注射成形的发展状况也作了详细的介绍。

本书适合于从事金属粉末注射成形及材料加工的工程技术人员阅读，也可供相关专业的师生阅读

注射成形最早应用于塑料成形，早在1862 年，英国的亚历山大，柏士（AlexanderParkes) 提出了注塑成形法制造塑料梳子，伞柄和一些其他制品。柏士塑料的主要成分是硝酸纤维素(NC) 加少量的其他物质，使其具有塑性和其他一些物理性能。1869 年，英国的一位印刷商海特(Hytt) 改良了柏士塑料，制成了赛璐珞，但仍以硝酸纤维素为主。1878年，他将赛璐珞注人一个多腔模具中来制备制品，这个模具已具有主浇道、分流道和挠口。1879 年，Gray在英国发明了世界上第一台螺旋挤出机，差不多在同一时期，其他很多人也设计了各种机型。由于赛璐珞可燃性强，不是很适合注塑成形。直到1919 年Eichengrumn推出了酷酸纤维素(CA) 作为注塑原料后，注塑技术得到了进一步发展。1920 年，注塑成形已成为工业化的加工方法，这种方法可以把热塑性聚合物加工成形状复杂的制品。料简是注塑机的心脏，德国的Hans Gastrovl 在1932 年发明了具有分流梭的料简，增大了聚合物的加热面积，克服了塑料导热性差、受热不均匀等缺点，但分流梭占去了料简的一部分容积，并增加了阻力，使熔体注人模腔难度增加。1930 年，美国赛璐珞公司发明了螺杆熔料式注塑法。1940 年，德国BASF公司又发明了螺杆直射注塑法。20 世纪70 年代，是整个塑料工业发展的重要变革时期，使得注塑成形得到巨大发展。

烧结金属注射成形材料—规范制定背景

金属注射成形（Metal Injection Molding，简称MIM）是一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术。MIM的基本工艺步骤是：首先选取符合MIM要求的金属粉末和粘结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和粘结剂混合成均匀的喂料，经制粒后再注射成形，获得的成形坯体经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品。MIM具有一次成形复杂形状金属制品、产品尺寸精度高、无需机械加工或只需微量加工、易于实现生产自动化和产品性能优异的特点，被国际上誉为“二十一世纪最热门的零部件成形技术”。

中国最广泛加工的MIM材料为不锈钢和低合金钢，约占85%的产量（不锈钢占50%以上的产量），不锈钢以316L和17-4PH为主；其次是钨基材料约占10%；另有少量硬质合金、铜基合金及钛合金等，占5%以内。预计在不久的将来MIM材料将会多元化，包括无镍不锈钢，非磁性合金，铝合金和高导热率的合金等。

截止2019年，中国国内金属注射成形企业生产的MIM材料没有相关的国家或行业技术标准，无统一的技术要求，从而使得设计开发人员对MIM产品没有相关的资料进行参考和指导，对MIM产品性能了解不足，导致MIM产品的优势得不到充分体现，也导致金属注射成形产业得不到足够发展。因此，制定了国家标准《烧结金属注射成形材料—规范》（GB/T 38981-2020）。

烧结金属注射成形材料—规范编制进程

• 标准计划

2018年1月9日，国家标准计划《烧结金属注射成形材料—规范》（20173525-T-610）下达，项目周期24个月，由中国有色金属工业协会提出，由TC243（全国有色金属标准化技术委员会）归口上报，TC243SC4（全国有色金属标准化技术委员会粉末冶金分会）执行，主管部门为中国有色金属工业协会。

• 发布实施

2020年7月21日，国家标准《烧结金属注射成形材料—规范》（GB/T 38981-2020）由中华人民共和国国家市场监督管理总局、中华人民共和国国家标准化管理委员会发布。

2021年6月1日，国家标准《烧结金属注射成形材料—规范》（GB/T 38981-2020）实施。

烧结金属注射成形材料—规范制定依据

国家标准《烧结金属注射成形材料—规范》（GB/T 38981-2020）依据中国国家标准《标准化工作导则—第1部分：标准的结构和编写》（GB/T 1.1-2009）规则起草。

该标准等同采用ISO国际标准：《烧结金属注射成形材料—规范》（ISO 22068：2012）。

烧结金属注射成形材料—规范起草工作

主要起草单位：深圳市注成科技股份有限公司、浙江新华机械制造有限公司、广东省材料与加工研究所。

主要起草人：张越、康俊、李春、曾克里、刘方舟、罗浩、林炽余、谭立新、周洪发。

《烧结金属注射成形材料—规范》（GB/T 38981-2020）规定了烧结金属注射成形材料的化学成分、力学和物理性能等要求。该标准适用于设计与材料工程师在采用金属注射成形（MIM）工艺制备零件时的选材。该标准不适用于采用其他粉末冶金工艺生产的结构零件，如压制烧结、粉末锻造技术。