首頁 » 新興材料 » 金屬射出成型製程實現更低成本的精密零件生產

金屬射出成型製程實現更低成本的精密零件生產

作者 : Molex

金屬壓鑄生產線製造的產品很可能需要額外的加工步驟，從而增加費用和造成浪費，而熔模鑄造可能是成本昂貴的方法。有一種方法可以更快速地獲得所需的精細成果，減少浪費並最終降低費用，就是金屬射出成型。

俗話說：「魔鬼隱藏在細節中」，這句話在製造業中是毋庸置疑的。在許多應用中，達到「足夠接近」的精度就可以了。公用水槽和水龍頭、兒童金屬玩具、雨傘傘架、鍍鋅鋼屋頂和數以百萬計的其他產品，可以在較低的公差性能或近似的細節參數下正常工作。對於金屬零件，有許多眾所周知的製程可以生產企業所需要的製品。

然而，業界亦有對小型、耐用、精密零件的需求，在這些產品中，細節決定一切。汽車、工業、醫療、電子和槍械等產業對製品有著龐大的需求，這些零件物品必須做到精確無誤：複雜的幾何形狀、精細的表面處理、較高的公差性能。常見的製程可以提供協助。金屬壓鑄生產線製造的產品很可能需要額外的加工步驟，從而增加費用和造成浪費，而熔模鑄造可能是成本昂貴的方法。

有一種方法可以更快速地獲得所需的精細成果，減少浪費並最終降低費用，這就是金屬射出成型(或稱MIM)。這項製程可以從頭開始提供專案所需的零件，不用在初始生產之後進行大量的加工製作來獲得出色的表面光潔度、卓越的耐腐蝕性和高強度的終端產品。MIM還能帶來讓人驚歎的成本節省，相比機械加工或熔模鑄造方法，可將成本降低多達50%。

🎁報名抽咖啡機☕️運用AccuCharge™簡化電池管理複雜性

因而最好將MIM視為機械加工、熔模鑄造和粉末冶金的競爭替代加工方法。它具有以下優勢：

超越機械加工— 減輕重量，可以使用較硬的鋼材。可生產較複雜的單個零件，從而合併零件，以降低成本和減少加工步驟。
超越熔模鑄造 – 更薄的壁面、較好的表面光潔度、減少二次加工、較小的孔洞、更高的產量、較短的交貨時間。
超越粉末冶金 – 更複雜的零件、較薄的壁面、零件整合、更高的密度、較大的強度和更好的耐腐蝕性。

何謂MIM技術?

在製造業中，MIM製程一直備受忽視。它是已經存在多年的成熟製程，功能強大且有效，但不知何故，許多大學院校都不向工程師傳授MIM的知識。

MIM採用尺寸小於22微米的極細金屬粉末與聚合物結合劑，並以大約6：4的比例混合。把這些混合物加熱並使其變得均勻，然後冷卻並製成顆粒狀原料。

這項製程的關鍵是材料的組合，由於使用了聚合物結合劑，所產生的原料在某種程度上類似於金屬塑膠或油灰。在模塑成型步驟中，體現了MIM加工能力的眾多優勢，複雜的輪廓、孔洞、小半徑、標誌和文字都可以納入零件中。在這個步驟中，原料加熱並注入成型設備，便產生了零件。這種成型製程對原材料幾乎沒有浪費，因廣泛採用了自動化操作，從而提供了具有高成本效益並且性能一致的製造解決方案。因此，這項製程在許多方面與塑膠射出成型相似，客戶熟悉後者便可以協助簡化任何過渡操作。

一旦零件射出成型，就必須開始去除結合劑的程序。使用聚合物化學的催化劑，從具有良好形狀和尺寸完整性的「綠色」零件中去除90%的結合劑。在這個步驟，零件被稱為「棕色」，即是由金屬粉末和足夠結合劑組成的多孔基體以保持零件形狀。在這個階段，零件的重量減少7%到10%，而且沒有收縮。

然後進行燒結以建立固化的金屬形狀。在燒結過程的較低溫度範圍內，殘留的聚合物結合劑被燒掉。熱量繼續增加，金屬顆粒基體開始相互融合和黏結，使得結構更加緊密並減低孔隙率。燒結後發生了充分的緻密化，零件通常會有17%至22%的收縮率，這取決於具體的材料。

MIM製程。

MIM注意事項

對於使用其他金屬成型製程製造的零件，其中適合採用MIM製程的是那些需要大量加工設置或組裝操作的零件。MIM的主要優勢在於不必進行機械加工也可生產複雜幾何形狀的金屬零件。

MIM製程在提供巨大優勢的同時，也有一些特定的要求和特性。首先是尺寸方面，零件必須能夠容納在網球大小的空間內。較大的零件應當考慮採用其他的製程。產品重量最好在0.1到35克之間，壁厚均勻，厚度範圍從0.030英吋到0.250英吋，並且在燒結過程中具有自我支撐的幾何形狀。

有潛力的金屬材料包括不銹鋼(17-4、316、420)；低碳鋼(FN02、FN0205、FN08、4620、4140、8620），以及軟磁材料（FeSi3，FN50)。也可以是工具鋼、可控膨脹合金和高溫合金。

就材料特性而言，即使使用了聚合物結合劑，材料組成也相似於以其他方式製造的鋼件，並具有大約95%至99%的原鋼密度。製造過程中的公差為正負0.5%。有可能達到更嚴格的公差，但需要在關鍵特徵上增加少量的材料，並通過精密加工過程以最終達到特徵尺寸或位置要求。

接下來考慮所需的年生產量。因為有製模和樣品運作成本，MIM適合較高產量生產。如果產量較低，每單位產品的固定成本就會過高。通常情況下，建議估算年產量為10,000件或更高。

注塑模具過程需要一個澆口；設計和模具計畫需要包含這一點。銳角是應力點，所以最好在這些位置有較大的半徑尺寸。零件設計中的拔模角度應當在0.5º至1º之間，以幫助零件彈出。內螺紋和外螺紋都可以成型。在可能的情況下，零件設計應當包括平坦的表面，以便進行燒結。否則，對於高度精細幾何形狀產品，就需要定製燒結夾具。

此外，如有必要，製造過程可以包括對MIM零件的二次加工，如熱處理、電鍍和機械加工，大多數此類加工操作在協力廠商供應商處進行。

某些類型的零件不適合MIM製程：螺杆機零件、衝壓件、精沖件、鍛件、冷鐓件、非鐵合金、公差小於正負0.002英吋零件和齒輪。

與MIM專家合作

Molex莫仕公司旗下Phillips-Medisize公司擁有精深豐富的MIM加工經驗，作為製造合作夥伴提供了諸多優勢。公司內部工程技術能力包括：

先進的開發能力與客戶支援，提供新產品設計預報價，MIM製程培訓，並且指導新材料和製程的開發工作。
專案工程師指導新產品開發和預生產驗證工作。
針對新材料和新產品開發，材料和製程工程師指導製模、排膠和燒結製程開發。
製造工程師以最有效的一致方式指導新產品的生產運作，並可以找出使用自動化操作的機會。
專案/製造工程師以最高效的一致方式領導指導新產品的生產工作，並發掘使用自動化操作的機會。
品質工程人員確保符合所有的品質預期和要求，並支援新產品設計的驗證工作。
冶金工程人員指導冶金測試工作，以確保零件的機械性能符合材料要求。

Phillips-Medisize公司已經擁有北美地區最大的排膠和燒結生產能力，並擁有可連續運作的燒結爐。公司與Molex莫仕和母公司Koch Industries關係密切，可取得財務支持以實現必要的資本投資和擴張。

Molex莫仕還提供自動化方面的專業知識，在所有壓力機上使用機器人以減少勞動力，在壓力機使用自動控制以減少勞動力並提高零件的一致性，以及在機械加工等次級加工操作中使用單獨的自動化操作，和100%檢查。

Phillips-Medisize在公司內部製造模具，在模具的整個生命週期內進行良好的維護，模具使用壽命保證可達100萬次。公司使用當地的供應來源進行機械加工、熱處理和零件塗層等二次加工，以提高供應鏈的效率和回應能力。

Phillips-Medisize還支援ISO 9001、ISO 14001、IATF和ITAR等品質管理系統認證。該公司證實擁有優良的公差控制能力，可以在不進行二次加工的情況下達到正負0.002英吋公差性能。並且通過使用BASF catamold材料而具有公認的良好材料一致性，包括批次與批次之間的一致性和零件的運作一致性。