产品推荐

国内金属粉末注射成形(MIM) 压铸厂家的新发展方向

来源: 誉格压铸    人气:625    发布时间: 2019-11-06 

1. MIM概述

粉末注射成形(Powder Injection Molding,PIM)由金属粉末注射成形(MetalInjection Molding,MIM)与陶瓷粉末注射成形(Ceramics Injection Molding ,CIM)两个部分组成。 这里主要讨论的是MIM,它是将塑料注射成形技术引入到粉末冶金领域而形成的一种新的加工技术。MIM技术适合大批量制造形状复杂的金属零件。

MIM产品的特点:形状复杂、高密度、高强度、组织均匀、性能优异。

MIM产品应用:电子信息工程、汽车、五金工具、医疗器械、兵器、航天航空等。


2. 发展历史

我国MIM技术的研究开始于二十世纪八十年代,先后有钢铁研究总院、北京科技大学、中南大学、北京粉末所、北京有色院、广州有色院、兵器工业部五二所、五三所等科研单位开展了MIM技术研究工作。当时由于资金投入不足加上国外技术封锁,均没有取得突破性进展。九五期间,在国家“863”计划、国家科技攻关计划、国家军工配套科研计划和国家自然科学基金资助下,MIM科研工作突破了一些技术难关,取得了一系列创新性的成果。到二十世纪九十年代末期,形成小批量生产规模的企业。

进入新的世纪,我国MIM行业出现了快速发展趋势。兵器工业部组织金属材料、非金属材料方面的科技人员对MIM技术进行科技攻关。在前期课题研究、小批量试生产获得成功的基础上,在国内率先完成了MIM技术由试验室向产业化发展的过程,应用技术更加成熟。2001年引进德国先进的MIM专业设备组建了国内第一条工业规模化MIM生产线,开始大批量生产MIM产品,为军队装备升级换代生产了大量的MIM零件,为国防建设作出了突出贡献。于此同时也为国内MIM行业培养了大批技术人才。

2005起陆续在长三角、珠三角有少数MIM厂家建成,当初规模都比较小,开始批量生产MIM制品。2010年起随着电子通讯产品需求的猛增,国内对MIM制品的需求急剧增加,促使MIM生产厂家快速发展。小企业迅速发展成为大企业,新的企业不断出现。


3. 生产企业

国内MIM企业多数是中小企业,目前规模较大的企业也多数是短时间内从中小企业发展起来的。

企业特点:国内多数MIM企业建立比较晚,起点低,生产规模较小。一些中小MIM企业抓住机遇,募集资金,网罗人才,开拓市场,发展迅速,短短的几年时间就成为行业内大企业。产值从几百万迅速增加至几千万,几个亿。而部分中小企业不能正确认识自己,没有真正掌握技术,没有市场开发能力,经营管理水平低下,因而经济效益差,艰难维持。


4. 科研单位

国内MIM科研单位有大批技术人员从事科研工作,每年承担大量的科研题目,每年都有大量的科研成果。但是这些科研题目多数是追踪跟随国际MIM发展前沿,与国内现实生产实际相距较远,近几年很少有MIM科研成果转化为生产应用。

主要科研单位有:北京科技大学、中南大学、广州有色院、北京有色院、南方科技大学等。


5. 原材料

MIM行业对原材料要求比较严格,粉末粒度、颗粒形状、粒度分布、振实密度等主要参数对生产过程影响很大,直接影响产品质量。2005年以前,MIM产业原料基本靠进口。随着行业快速发展,原材料国产化进程较快。目前国产原材料无论是产量还是性能方面基本可以满足生产需求。


5.1. 雾化粉末

国内MIM用雾化粉末生产厂家主要集中在北方。其主要生产方式有气雾化、水雾化、水气复合雾化。国产粉末性能接近进口粉末性能。由于国内多数粉末生产企业规模小,熔炼炉多数是200-250公斤的中频感应炉,粉末的稳定性一致性需要改善解决。


5.2. 羰基粉末

国产羰基粉末生产历史比较长,但与MIM产业配套时间很短。目前国产羰基粉末基本上取代了进口粉末。


5.3. 粘结剂

前些年配制喂料购买粘结剂主要是去塑料市场采购,由于品种多、用量少原料供应不稳定。目前随着MIM产业发展,粘结剂需求量增加,专门为MIM行业服务的粘结剂供应商也应运而生。这一类供应商专门提供各种型号规格的专用粘结剂,确实方便了MIM企业。


5.4. 喂料

喂料的分类:分为塑基、蜡基两大类。塑基喂料是粘结剂以POM为主要基体配制的喂料;蜡基喂料是粘结剂以蜡为主要基体配制的喂料。MIM企业的喂料状态还分为两类:自有喂料、外购商用喂料。


5.4.1. 自有喂料

北方及长三角区域的MIM企业多数是自己配制喂料,有自己的喂料技术。珠三角的MIM企业及长三角后期建立的一些MIM企业基本上是购买商用喂料。自有喂料的MIM企业在生产中可以根据不同的产品灵活地调整配方,以较快的速度和较低的成本进行生产。自有喂料多数是蜡基喂料,近几年也有一些企业掌握了塑基喂料配方,成功地配制塑基喂料应用于生产。


5.4.2. 外购商用喂料

由于商用喂料的出现,MIM工厂绕开了需要学习粉末、粘结剂、混炼设备以及流变学等知识的障碍,极大地降低了MIM行业的入门门槛。商用喂料泛指塑基喂料。前些年商用喂料基本上是德国巴斯夫独家垄断。近几年国内一些MIM生产企业也研发出类似的塑基喂料,拥有了自主的知识产权。同时也出现了一些商用喂料生产企业,可以生产各种牌号的喂料供给MIM生产企业使用。


6. 设备

前些年MIM生产企业基本上是利用原有的国产通用设备或者改造国产通用设备。通用设备及改造的通用设备功能不完善性能差,不能满足工艺要求,造成产品良品率低、性能差,严重制约MIM生产发展。随着MIM行业的快速发展,近几年国内一些实力较强的企业从国外引进了一些MIM专用生产设备,提升了MIM的制造水平和能力。但是进口设备价格高昂,多数中小MIM企业还是没有能力引进设备。MIM行业专用设备国产化是多数MIM生产企业的迫切愿望。

近几年随着行业发展,MIM专用设备国产化进程很快。目前国产设备从功能、性能及制造质量方面基本上满足了生产基本需求,一些国产设备的性能及制造水平接近或赶上了进口设备。特别是喂料混炼设备、注塑机、脱脂炉、真空烧结炉等设备设计制造水平可以和进口设备相媲美。


6.1. 混炼设备

捏合机、密炼机、挤出造粒机等。


6.2. 脱脂设备

根据喂料种类不同分别选用不同脱脂工艺:溶剂脱脂、热脱脂、酸脱脂(催化脱脂)。


6.2.1. 蜡基喂料脱脂设备

工艺过程为物理反应:溶剂脱脂+热脱脂(真空脱脂)。主要设备有:溶脱罐、立式批次脱脂炉、卧式连续脱脂炉、真空脱脂烧结一体炉。


6.2.2. 塑基喂料脱脂设备

工艺过程为化学反应:催化脱脂。主要设备是催化脱脂炉,俗称酸脱炉。从仿制开始,现在已经可以与进口设备相媲美。


6.3. 烧结设备

6.3.1. 真空烧结炉

真空脱脂烧结一体炉,宁波恒普制造的真空脱脂烧结一体炉无论从制造水平以及应用性能方面都超过了日本岛津。可以说是物美价廉。目前国内能够生产MIM真空脱脂烧结一体炉的厂家多达十几家,比较知名的还有长沙凌起。

6.3.2. 连续式气氛烧结炉

MIM产品烧结温度高(铁基材料1200-1250℃、不锈钢材料1300-1380℃甚至更高。),网带炉不能使用。国产设备为推板式烧结炉、推杆式烧结炉。目前国产连续式烧结炉与国外克莱默公司的步进梁式烧结炉有较大差距。

保护气氛:分解氨、氮气(液氮)


7. 技术水平

7.1基础理论研究

国内MIM行业从事基础理论的单位多数为大专院校、科研院所,国家每年投入大量的科研经费,研究成果层出不穷,每年都有大量的论文发表。企业技术人员从事理论研究的极少,一些实力较强的企业多数是注重生产,无暇顾及MIM理论研究。

7.2生产实践能力

国内MIM制品生产能力与国外相比差距不大,虽然我们的原材料不够稳定,装备比较落后,但是我们生产的产品无论是外观还是性能与美欧相比差距不大。因此国际知名大公司纷纷转向中国采购MIM零件。品牌手机苹果对中国MIM零件生产予以认同,现在苹果公司MIM零件大部分是由中国制造的。另外中国MIM行业不断地大胆创新,国外MIM单重产品一般局限于50克以内,国内产品单重可以做到2700克。这个突破是国外同行望尘莫及的。

7.4.脱脂技术

MIM工艺过程为了便于成形加入大量的粘结剂(15~20%),这些粘结剂在烧结前要全部脱除干净。不同的喂料体系采用不同的脱脂方式。由于多数企业不熟悉喂料,因而对脱脂工艺技术也不能正确合理的运用。脱脂工艺缺陷直接影响到烧结过程,致使烧结产品出现缺陷,直接影响良品率。催化脱脂过程出现的设备故障则多数是操作不当造成的,与设备本身结构及制造质量没有直接关系。

7.5.烧结技术

MIM零件形状复杂,使用粉末颗粒细小(5~20μ),制品密度高,因而实际生产过程中烧结温度高。理论上分析MIM烧结过程属于固相烧结,实际上烧结体内存在小于5μ细小颗粒粉末,在较高烧结温度下这些细小颗粒粉末已经熔化。实际上MIM烧结过程存在少量液相,因而造成产品在烧结过程出现变形。合理地制定烧结工艺,有效地控制产品烧结过程中零件变形是MIM工艺过程的一个难点。

另外多种新材料、新合金逐步应用到生产中,例如:高温合金、高比重合金、软磁材料等规模批量生产,对烧结设备及烧结工艺提出更高要求。

7.6.后处理技术

MIM零件形状复杂且烧结后密度高,给后处理工序带来诸多困难。

整形工序: 产品密度高整形难度大,变形困难,模具损耗大,整形回弹量大。

热处理工序:由于零件形状复杂,热处理后变形难以解决。一些微小零件(0.5-5克)热处理时难以保证性能均匀一致达到技术要求。


8. 技术难点

由于MIM产品形状复杂,产品密度高,生产工序多,生产过程繁杂,因此存在较多工艺技术难点,下面分别叙述。

8.1. 制粉技术

MIM生产需要的原料主要是细颗粒金属粉末。工艺要求粉末粒度细(5-20μ),颗粒形状为球形或近似球形,振实密度高,安息角大于55 º。纯金属粉末Fe、Ni等基本上是羰基法生产的,合金钢、不锈钢粉末多数为雾化法生产的。目前国产粉末与进口粉末还存在一定的差距,特别是雾化法生产的粉末性能不够理想,稳定性差。

8.2. 喂料技术

喂料是由金属粉末+粘结剂组成,要完整掌握喂料技术需要跨行业掌握非金属材料和金属材料两门学科,需要熟悉粉末、粘结剂、混炼设备以及流变学等知识。国内喂料技术一直是薄弱环节。国内能够自主研发喂料的单位很少,多数企业是抄袭、模仿。由于国内MIM行业多数技术人员是冶金、材料专业的,对高分子材料还不够熟悉。

8.3. 模具设计、制造

MIM模具设计、制造一直沿袭模仿注塑模具,由于MIM喂料中含有大量金属粉末,注射成形过程与塑料件成形过程有较大区别,因而在生产实际应用中一直存在许多问题。

模具设计要结合工艺特点,综合产品结构诸多因素合理选择进料、成形、脱模方式。

目前工艺设计软件日益成熟,已经有商业设计仿真软件推出,简化了模具设计过程。


9. 国内MIM行业目前存在问题

由于国内MIM技术在国内发展历史很短,基础薄弱。没有完整的从国外引进生产技术,多家研究单位没有系统地总结整理MIM技术以及生产应用,所以国内MIM技术至今仍然不够完善。再加之MIM生产过程工序多、变化大、涉及技术面宽、控制难度大的特点,国内MIM企业缺乏有经验的技术人员,因而不同程度上都面临诸多问题的困扰。

9.1. 国内认知程度低

国内工程技术界对MIM行业认知程度低,国内产品设计人员对MIM技术不够了解,产品设计没有考虑到MIM工艺技术的应用。这样就造成MIM工艺技术不能发挥其特长,受到严重制约的被动局面。国内MIM技术多数是取代其它工艺(铸造、机加)来加工产品,产品技术要求及尺寸公差不做修改调整,给MIM生产带来诸多困难。

9.2. 缺少行业标准

国家至今没有颁布行业标准,目前国内MIM生产企业执行的标准是美国MPIF标准。多数MIM生产企业对于美国的行业标准的理解不够,不能认真正确执行标准。特别是检测标准国内多数客户不予认同,难以正确顺利实施。

9.3. 工艺技术不够系统完善

MIM工艺技术没有系统地由国外引进,基本上是国内自主研究开发的。再加上MIM产品形状复杂,烧结温度高容易产生变形,产品密度高,整形困难。工艺过程长,影响因素多。国内100多家企业生产工艺技术来源不同,因而工艺技术参差不齐,也可以说是百花齐放。尽管许多MIM企业的工艺技术是抄袭来的,由于多次转手,在不同的生产环境下调整修改,很少有完全相同的。所以说国内MIM行业缺少系统完整的生产工艺。MIM工厂建设没有按照工业规模化设计,许多MIM工厂就是一个放大了的实验室。

9.4. 行业交流少

由于国内MIM行业发展时间短,行业规模小,国内几个粉末冶金专业协会组织对MIM行业不够重视,行业活动很少提及注射成形方面的内容。至今国内只有北科大、中南大学两个院校分别各组织了一次全国性的行业会议,上海粉末冶金展会近两年组织有一场注射成形技术专题报告会。国内MIM企业数量不多,企业之间缺乏行业交流。企业之间技术壁垒现象比较严重,制约了技术进步与发展。

一些实力较强的企业也许是怕失密、怕被挖墙脚,不愿意组织参加行业活动;小企业业主对行业组织不了解,业务人员想参加行业活动得不到老板的支持,这样就几乎不与行业组织发生联系,对行业活动一无所知。

9.5. 主要生产设备还需要进一步提高制造水平

目前MIM生产专用设备注塑机、脱脂炉、真空烧结炉制造水平基本可以满足行业发展需求,但是一些大型生产设备例如:连续式烧结炉设计制造水平还是落后许多。MIM连续式烧结炉额定工艺温度高,炉膛截面小因而温差小,生产效率高、生产成本低。目前国内制造连续烧结炉还属于低档次的,无论从温度控制、气氛控制输送、物料循环等多方面差距还是较大的。另外主要成形设备国产注塑机专业化程度和控制精度与国外设备相比也是存在较大差距。

9.6. 技术队伍急需扩大,业务水平有待提高

MIM技术涉及粉末冶金和注塑成形两门学科,对技术人员要求较高。所以真正全面掌握MIM技术的人员很少。国内MIM行业(企业)技术队伍比较薄弱,技术水平参差不齐。人数少,从业专业技术人员不到500人;水平低,多数技术人员是其它相关专业改行过来的,理论基础浅薄,专业知识缺乏。由于行业发展时间很短,企业之间技术封锁,加之生产企业技术人员从业时间短,对MIM技术不熟悉、不了解,缺乏经验。由于行业发展需要,一些从业时间不长的技术工人也承担起技术重担。这样造成一些生产企业没有真正懂行的技术人员,生产中遇到问题不能及时解决。因而造成产品良品率低,生产成本增加严重影响企业效益。

国内最缺的是经过系统培训的MIM专业技术人员。多数中小企业没有能力培养MIM技术人员,一些有能力的大企业也不愿意投入较大的资金培养MIM技术人员。

技术工人缺乏,熟练操作工更是稀缺。MIM行业既属于高新技术产业,也属于人员密集型产业,许多关键工序需要人力完成。特别是一些手工操作工序,需要员工有良好的素质和熟练的技巧。

这几年国内人力成本增加较快,加大了产品成本,造成一些MIM企业效益逐年下滑。


10. 发展趋势

MIM行业以其独有的特点伴随着中国经济同步发展,技术日趋成熟,原材料、设备诸多生产要素日趋完备,因此MIM行业内专家把2015年定位为中国MIM元年,并预期国内MIM行业将迎来一个新的黄金十年。

10.1. 市场需求持续增长

根据市场预测2015年仅国产手机零件(卡托、按键、镜头圈、LED圈、转轴)达到16.5亿人民币,市场需求还会进一步扩大。再加上MIM技术的应用领域不断地扩大,在汽车、五金工具、医疗器械、军工等方面MIM产品的需求逐年增加,市场前景十分广阔。

10.2. 技术进步日新月异

国内MIM技术发展到今天,MIM产业进入了一个高速发展时期,技术日趋成熟,原材料、设备等诸多生产要素完备。随着国内专业技术水平提高,与国外的同行交流日益增多。随着生产发展,企业效益倍增,许多具有实力的公司购置世界上先进的MIM专业设备,促进了国内MIM专业技术水平的提升。新技术、新工艺不断出现,并运用到生产实践。原材料、设备制造水平进一步提高,与国外的差距在逐步缩小。

10.3. 行业竞争优胜劣汰

掌握了技术,拥有了先进的设备,就可以组建MIM企业。行业入门的门槛越来越低,行业竞争也越来越激烈。新的MIM企业在不断地组建,一些小企业快速发展成为中型企业、大型企业。同时也有一些经营比较差的企业举步维艰,更有一些经营不善的MIM企业由于资金、技术、市场等原因而倒闭,行业竞争极其惨烈。这样就需要国内的MIM企业要努力提高自身能力,保持在激烈竞争过程中立于不败之地。国内企业要团结一致携手前进,发挥优势共同发展。组建行业协会,规范行业竞争,建立公平的竞争环境。提倡行业内开展技术商务交流,组织MIM专业技术培训。

国内的MIM行业经过二十多年的历程今天已经进入快速发展阶段,中国制造的MIM零件得到了世界的认可。随着经济的发展,我国的MIM产业必将会有较大的发展 。压铸厂家要抓住机遇,共同努力将中国建成世界一流的MIM制造产业基地。

标签: 压铸厂家