北美MIMA官方精選：8大獲獎案例，看懂金屬注射成型

北美金屬注射成型協會（MIMA）官網介紹了一系列的具體案例，讓人們了解金屬注射成型技術是如何滿足或超越用戶期望的。

2016年度航空航天/軍事領域杰出獎：

套管

工藝：金屬注射成型

屈服強度：0.2%

抗拉強度：986兆帕

密度：7.64克/立方厘米

用途與功能：

這種接頭被用于航空航天發(fā)動機中，旨在為屏蔽層與發(fā)動機之間提供導電路徑。同時，它還能固定單根電纜，避免電纜的重量對屏蔽層造成壓力。

在開發(fā)這種套管的過程中，最大的挑戰(zhàn)在于其復雜的幾何結構。因此，必須設計出合適的制造工藝，以確保其形狀能夠得到保持，同時又能盡量減少后續(xù)的燒結處理步驟，從而降低生產成本。

制造/加工：

這種材料非常適合采用金屬注射成型工藝，經過燒結后就能獲得所需的最終形狀。從原材料的配制到成品的出廠，整個制造過程中都采取了嚴格的控制措施。無需進行任何額外的加工步驟即可滿足尺寸要求。通過優(yōu)化成型參數并在燒結過程中分階段進行加工，成功解決了這一制造難題。

總體而言，采用MIM工藝設計可以減少零件的數量以及所需的連接點。原本這種零件是用棒材加工而成的，因此，當轉而使用MIM工藝后，顯然能夠節(jié)省成本。此外，由于采用了MIM制造工藝，產生的廢料極少，而且沒有多余的加工副產品。這些零件是在一種“零排放”工廠中制造的：該工廠不會向環(huán)境中排放廢水，同時，美國環(huán)保署也會對空氣中的污染物進行嚴格監(jiān)測，確保其濃度遠低于有害水平。

2015年“草坪與花園/非公路用車”類別的冠軍產品：

捕手裝置、張力桿以及基座與主體的連接結構

工藝：金屬注射成型

材料：MIM 17-4 PH不銹鋼和4605低合金鋼

密度：最低為7.5克/立方厘米

極限抗拉強度：1,550兆帕

屈服強度：1,400兆帕

硬度：42–48 HRC

用途與功能：

這些零件被用于非公路用機械和農業(yè)設備中的液壓系統所使用的比例閥中。

制造/加工：

構成新基座的兩個部件均采用MIM 17-4 PH不銹鋼制成，而固定裝置和拉桿則由4605低合金鋼制成。構成新基座的這兩個部件的所有尺寸都是在MIM加工完成后確定的，包括部件內部的螺紋。固定裝置經過研磨和拋光處理，以確保其外徑符合要求且表面光滑；而拉桿則只需通過車削工藝來制造外部螺紋，無需進行任何切割加工。

這些零件過去是通過機械加工、焊接、傳統的粉末冶金工藝以及各種連接方式來制造的。通過徹底重新設計零件結構，充分利用金屬注射成型的優(yōu)勢，客戶實現了約65%的成本節(jié)約。預計每年可生產35萬個此類零件。這種方案具有成本優(yōu)勢；而采用鑄造或機械加工的方式則因成本過高而被排除在外。

2021年汽車傳動系統領域杰出獎：

蝸輪傳動裝置

工藝：金屬注射成型

密度：7.55克/立方厘米

材質：MIM-17-4型PH不銹鋼

齒輪質量：螺旋齒結構

用途與功能：

該部件是一種用于商用車輛鎖止裝置中的蝸輪，其功能是實現停車功能的啟動。由于螺旋齒的復雜結構以及與之相連的圓柱形軸的幾何形狀較為特殊，因此采用了MIM制造技術來確保扭矩能夠有效地傳遞到配合部件上。

制造/加工：

該蝸輪是通過單腔注塑成型工藝制造的。為了實現復雜的齒輪齒形，采用了三個相互連接的滑塊結構。這些齒輪齒呈螺旋狀，因此需要特殊的設計才能與配套部件正常配合使用。所使用的材料是MIM-17-4型沉淀硬化不銹鋼。該零件在組裝時無需再進行任何后處理工序即可正常使用。能夠無需后續(xù)燒結步驟就能制造出符合要求的齒輪部件，這一特點充分體現了MIM技術的優(yōu)越性。

據中國粉體網了解，這種制造方式是可持續(xù)的，因為它采用了將多種幾何結構整合到同一個模具中的工藝。考慮到零件的整體尺寸和復雜性，MIM工藝是實現低成本生產的最佳選擇。螺旋齒輪的形狀、內軸的直徑、所使用的材料以及生產數量等因素，都使得用其他工藝來制造這個零件變得十分困難。

2021年度汽車發(fā)動機領域獲獎者：

油霧活塞冷卻器

工藝：金屬注射成型

密度：7.55克/立方厘米

材料：MIM-4605低合金鋼

抗拉強度：1,550兆帕（225,000磅/平方英寸）

用途與功能：

該部件被用作噴油活塞冷卻器。它被應用于重型車輛的內燃機中。過去，這種形狀復雜的部件都是通過機械加工方式制造的，而這種方式很難實現精確加工。

制造/加工：

該零件是通過單個模具鑄造而成的，其結構相當復雜：有兩個孔洞與中央的孔洞以不同的角度相交。油液需要流經這些孔洞，因此路徑中絕不能有諸如鉆頭殘渣之類的堵塞物。得益于創(chuàng)新的模具設計、堅固耐用的模具制造工藝、精良的組裝流程以及最佳的成型參數，該零件能夠毫無瑕疵地被制造出來。所有尺寸都符合要求，且沒有變形現象。考慮到零件在使用過程中的性能要求及所處環(huán)境的特點，最終選擇了MIM-4605低合金鋼作為材料。

過去，這種零件的制造依賴傳統的機械加工工藝，而為了實現復雜的形狀設計，制造商不得不將加工工藝發(fā)揮到極限。采用金屬注射成型工藝后，成本降低了50%以上。此外，客戶還能獲得質量穩(wěn)定、交貨及時的產品——而這些正是之前的供應商所無法提供的。

2015年汽車發(fā)動機類別冠軍：

SCR催化劑噴嘴

工藝：金屬注射成型

抗拉強度：>600兆帕

屈服強度：>350兆帕

密度：7.6克/立方厘米

用途與功能：

該部件是一種金屬注射成型制成的噴嘴，被用于歐洲商用車輛中的選擇性催化還原系統中。該噴嘴利用尿素和壓縮空氣來發(fā)揮作用，將燃燒過程中產生的NOx轉化為N2和H2O。

制造/加工：

該零件由奧氏體不銹鋼（AISI HK30）制成。其制造過程中采用了專利技術：通過可拆卸的聚合物嵌件來形成那些極其復雜的內部結構。制造商認為，用傳統加工方法是無法實現這種結構的。所有的內部通道都是通過MIM工藝制成的，而表面的螺紋則是通過機械加工形成的。此外，還使用微TIG焊接技術來封閉聚合物嵌件留下的小孔。零件的平面度是通過研磨工藝來實現的。

雖然不使用粉末冶金工藝也能制造出這種零件，但據估計，如果通過焊接或釬接多個部件來制成該噴嘴，其成本將會增加200%以上。

2021年度航空航天/軍事/槍械類別大獎：

封閉式打擊裝置

工藝：金屬注射成型（MIM）

材質：S7工具鋼

密度：7.5克/立方厘米

抗拉強度：1,850兆帕

用途與功能：

所附的擊針是商用手槍射擊機制中不可或缺的部件。它由一家為執(zhí)法部門和民用市場生產擊針式手槍的全球性制造商提供。

制造/加工：

所使用的撞針是由雙腔模具制成的。通過巧妙的模具設計及制造工藝，有效避免了因燒結過程中產生的尺寸差異問題——這種問題在長而細的零件上尤為常見。經過精心設計的制造工藝最終取得了理想的效果：無需再進行額外的尺寸調整工序。燒結完成后，還需進行熱等靜壓處理和熱處理，以提升零件的機械性能。

這些撞針是用密度為7.5克/立方厘米的S7工具鋼粉體制成的，其抗拉強度高達1,850兆帕（268,000磅/平方英寸）。為了達到0.1毫米（0.004英寸）的尖端精度要求，需要經過兩階段的研磨工序。研磨過程包括對撞針主體上的兩個關鍵直徑進行加工，同時也要確保撞針尖端的精確位置。撞針尖端與主體之間的位置關系對零件的功能至關重要。最后，這些撞針表面還涂有化學鍍鎳層。

2021年醫(yī)療領域大獎：

壓縮框架

工藝：金屬注射成型（MIM）

材質：MIM-420不銹鋼

密度：7.7克/立方厘米

抗拉強度：1,730兆帕

用途與功能：

在跗跖骨融合手術中，壓縮框架對于固定和調整鉆孔導向裝置的位置至關重要。

制造/加工：

這些零件是用MIM-420不銹鋼制成的，采用雙滑塊結構的單型腔模具進行加工。其中一個滑塊用于形成矩形的開口，另一個滑塊則用于在框架的另一端制造兩個呈60度角的孔洞。為了使零件的密度達到7.7克/立方厘米，需要采用熱等靜壓處理工藝。熱等靜壓處理完成后，還需進行退火處理，然后再進行后續(xù)加工。零件的尺寸是通過帶有雙滑塊的模具來確定的，這樣就可以讓作用力垂直于零件表面施加。此外，還會在零件上鉆孔并加工出沉孔。最后，這些框架會經過真空熱處理和回火處理，以確保其硬度至少達到40 HRC。在發(fā)貨之前，這些框架還會經過表面處理。

選擇MIM工藝的原因是：它能夠實現零廢料加工，從而提高材料利用率，因此成品率很高。使用MIM工藝可以制造出無需進一步加工的成品，而如果采用傳統加工方式，產生的廢料量將會超過成品本身的重量。

2021年“硬件/家電類”優(yōu)秀獎：

陶瓷傳感器

工藝：金屬注射成型

材質：MIM-316L不銹鋼

密度：7.65克/立方厘米

抗拉強度：520兆帕

用途與功能：

該部件是一種用于電子設備的陶瓷傳感器。材料的選用對其性能至關重要。

制造/加工：

該零件的壁厚不均勻，因此容易發(fā)生變形。在燒結過程中采取適當的工藝措施是防止變形的關鍵，從而可以減少后續(xù)的加工工序。大部分尺寸都是在成型過程中確定的。由于零件結構復雜，因此采用了單型腔模具。為了確保制造成功，必須設置足夠的通風口、實現有效的冷卻效果，并優(yōu)化成型參數。

此前，這種零件的制造方式是機械加工，但這種方式會產生大量的廢料。由于該零件的復雜性較高，因此金屬注射成型成為更理想的制造工藝。這種工藝非常適合大規(guī)模生產，能夠有效縮短交貨時間、減少庫存成本，并降低每件產品的成本。此外，其產品質量穩(wěn)定，交貨準時，而且與機械加工相比，成本可降低30%以上。正因如此，每年生產10,000件這種零件時，金屬注射成型工藝無疑是一種非常成功的制造方式。