粉末注塑成型(PIM):创新的生产工艺

浏览次数: 日期:2011年3月1日 10:53
PIM:复杂制件高速制造的新工艺

传统的金属制件成型的方法包括有机加工、失腊铸造、压力铸造、粉末冶金法等,PIM注射成型技术则具有适应更复杂产品、无需表面处理、密度一致、外形稳定、物料选择多样化、适合更大批量生产,以及物料损耗最小等特点。

据Haupt介绍,如今,用陶瓷或金属粉末制造注塑成型零件的应用领域包括汽车工业(制造轴承、阀门、摇臂等)、刀具工业(制造钻孔和铣削刀具)、磁铁生产、纺织工业、高性能陶瓷领域、精密工程、医疗技术和陶瓷工业。目前,这类主要用于以自动化生产方式进行的大批量生产,以及几何结构复杂的产品之生产。

然而,与传统的成型方法比较,采用PIM注塑成型技术生产的物料成本较为昂贵,加之需要脱脂工序,因此能够成型的制件较小,目前这种方法还主要应用于一些特殊和高档的应用领域。

PIM注塑成型技术与装备

PIM注塑成型的原料首先需要由粉末原料和粘合剂均匀地混合,然后进行造粒。粒料先经注射成型后得到绿件,而绿件经脱脂(除去其中的粘合剂)后得到棕件,再经过烧结而得到成品。其加工过程涉及的设备包括混料设备、注塑成型机、脱脂设备、烧结炉等。

PIM注塑机

PIM注塑成型机是PIM注塑的关键设备。对于PIM注塑而言,为了获得高质量和稳定的产品,须要求注射速度死循环调控和保压压力死循环调控,同时还要求螺杆采用精确定位,以便更有效调控螺杆加速和制动。据Arburg介绍,针对这一领域经过相应配置的ALLROUNDER机械,可以满足粉末材料加工的需求。

Haupt表示:“通过连续的过程控制,可以保证零件具有恒定的品质,而生产复杂的成型零件只需要很短的准备时间,并且实际上不会产生废料,也不需要昂贵的后加工。”

PIM材料与加工

对于PIM粒料而言,要求每粒材料均被粘合剂包裹,粒料之间亦不互粘,材料除了可储存备用外,而且颗粒结构一致。目前,全球PIM材料的主要供货商有:美国Advanced Metalworking Practices、美国Aquamim Feedstocks、德国BASF、德国Imeta、德国Inmatec、日本Tosoh等。

BASF香港销售经理Alessandro Pistillo介绍了BASF的Catamold粒料,并展示其成型过程的具体特点,以及对设备和模具的要求。他同时特别强调PIM注射对于螺杆定位设置精度的特殊要求。对于模具,他指出:“模具加工时的表面温度要求120℃-140℃,因此需要考虑增加模具的加热器,并推荐采用酚醛树脂隔热板。至于注射模具的喷嘴和流道,则要保持尽可能的短,而浇口则应该尽可能越大越好(0.4-3mm)。”

PIM 注塑成型的典型应用

Haupt还特别介绍了目前已经应用PIM技术的一些实例,包括牙齿矫形器、外科手术钳、汽车部件、筒状锁、Maerklin火车轮(精密玩具)、微型齿轮、字盘轮、插座、内窥镜部件、套圈、外科手术刀、钳子、刀、研磨盘、医疗用探测头、带内螺纹磨床部件、磁芯、双物料瓷杯、气辅注塑瓷匙等。

PIM 材料:金属类

常用材料选择:Fe、FeNi2、100Cr6;17-4PH、316L、420、PANACEA;WC/Co (硬金属);钛、铜、金;FeNdB(磁铁)

PIM 材料:陶瓷类

常用材料选择:Al2O3、ZrO2、Al2O3/ZrO2、Si3N4、AIN;瓷器;Ferrits(磁芯)

金属类和陶瓷类的特点要求:好的特性 - 球状;粉末颗粒大小均匀度分布小;粉末细。尽量避免 - 有气孔的粉末(海绵状);粉末颗粒大小均匀度分布大;粉末粗糙

PIM 材料:粘合剂

特点要求:脱脂后产品不变形、脱脂后不留残余物、与粉末原料并不发生化学作用、混合后不分离等。

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