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          國內金屬粉末注射成形(MIM) 壓鑄廠家的新發展方向

          來源: 譽格壓鑄    人氣:3772    發布時間: 2019-11-06 

          1. MIM概述

          粉末注射成形(Powder Injection Molding,PIM)由金屬粉末注射成形(MetalInjection Molding,MIM)與陶瓷粉末注射成形(Ceramics Injection Molding ,CIM)兩個部分組成。 這里主要討論的是MIM,它是將塑料注射成形技術引入到粉末冶金領域而形成的一種新的加工技術。MIM技術適合大批量制造形狀復雜的金屬零件。

          MIM產品的特點:形狀復雜、高密度、高強度、組織均勻、性能優異。

          MIM產品應用:電子信息工程、汽車、五金工具、醫療器械、兵器、航天航空等。


          2. 發展歷史

          我國MIM技術的研究開始于二十世紀八十年代,先后有鋼鐵研究總院、北京科技大學、中南大學、北京粉末所、北京有色院、廣州有色院、兵器工業部五二所、五三所等科研單位開展了MIM技術研究工作。當時由于資金投入不足加上國外技術封鎖,均沒有取得突破性進展。九五期間,在國家“863”計劃、國家科技攻關計劃、國家軍工配套科研計劃和國家自然科學基金資助下,MIM科研工作突破了一些技術難關,取得了一系列創新性的成果。到二十世紀九十年代末期,形成小批量生產規模的企業。

          進入新的世紀,我國MIM行業出現了快速發展趨勢。兵器工業部組織金屬材料、非金屬材料方面的科技人員對MIM技術進行科技攻關。在前期課題研究、小批量試生產獲得成功的基礎上,在國內率先完成了MIM技術由試驗室向產業化發展的過程,應用技術更加成熟。2001年引進德國先進的MIM專業設備組建了國內第一條工業規?;疢IM生產線,開始大批量生產MIM產品,為軍隊裝備升級換代生產了大量的MIM零件,為國防建設作出了突出貢獻。于此同時也為國內MIM行業培養了大批技術人才。

          2005起陸續在長三角、珠三角有少數MIM廠家建成,當初規模都比較小,開始批量生產MIM制品。2010年起隨著電子通訊產品需求的猛增,國內對MIM制品的需求急劇增加,促使MIM生產廠家快速發展。小企業迅速發展成為大企業,新的企業不斷出現。


          3. 生產企業

          國內MIM企業多數是中小企業,目前規模較大的企業也多數是短時間內從中小企業發展起來的。

          企業特點:國內多數MIM企業建立比較晚,起點低,生產規模較小。一些中小MIM企業抓住機遇,募集資金,網羅人才,開拓市場,發展迅速,短短的幾年時間就成為行業內大企業。產值從幾百萬迅速增加至幾千萬,幾個億。而部分中小企業不能正確認識自己,沒有真正掌握技術,沒有市場開發能力,經營管理水平低下,因而經濟效益差,艱難維持。


          4. 科研單位

          國內MIM科研單位有大批技術人員從事科研工作,每年承擔大量的科研題目,每年都有大量的科研成果。但是這些科研題目多數是追蹤跟隨國際MIM發展前沿,與國內現實生產實際相距較遠,近幾年很少有MIM科研成果轉化為生產應用。

          主要科研單位有:北京科技大學、中南大學、廣州有色院、北京有色院、南方科技大學等。


          5. 原材料

          MIM行業對原材料要求比較嚴格,粉末粒度、顆粒形狀、粒度分布、振實密度等主要參數對生產過程影響很大,直接影響產品質量。2005年以前,MIM產業原料基本靠進口。隨著行業快速發展,原材料國產化進程較快。目前國產原材料無論是產量還是性能方面基本可以滿足生產需求。


          5.1. 霧化粉末

          國內MIM用霧化粉末生產廠家主要集中在北方。其主要生產方式有氣霧化、水霧化、水氣復合霧化。國產粉末性能接近進口粉末性能。由于國內多數粉末生產企業規模小,熔煉爐多數是200-250公斤的中頻感應爐,粉末的穩定性一致性需要改善解決。


          5.2. 羰基粉末

          國產羰基粉末生產歷史比較長,但與MIM產業配套時間很短。目前國產羰基粉末基本上取代了進口粉末。


          5.3. 粘結劑

          前些年配制喂料購買粘結劑主要是去塑料市場采購,由于品種多、用量少原料供應不穩定。目前隨著MIM產業發展,粘結劑需求量增加,專門為MIM行業服務的粘結劑供應商也應運而生。這一類供應商專門提供各種型號規格的專用粘結劑,確實方便了MIM企業。


          5.4. 喂料

          喂料的分類:分為塑基、蠟基兩大類。塑基喂料是粘結劑以POM為主要基體配制的喂料;蠟基喂料是粘結劑以蠟為主要基體配制的喂料。MIM企業的喂料狀態還分為兩類:自有喂料、外購商用喂料。


          5.4.1. 自有喂料

          北方及長三角區域的MIM企業多數是自己配制喂料,有自己的喂料技術。珠三角的MIM企業及長三角后期建立的一些MIM企業基本上是購買商用喂料。自有喂料的MIM企業在生產中可以根據不同的產品靈活地調整配方,以較快的速度和較低的成本進行生產。自有喂料多數是蠟基喂料,近幾年也有一些企業掌握了塑基喂料配方,成功地配制塑基喂料應用于生產。


          5.4.2. 外購商用喂料

          由于商用喂料的出現,MIM工廠繞開了需要學習粉末、粘結劑、混煉設備以及流變學等知識的障礙,極大地降低了MIM行業的入門門檻。商用喂料泛指塑基喂料。前些年商用喂料基本上是德國巴斯夫獨家壟斷。近幾年國內一些MIM生產企業也研發出類似的塑基喂料,擁有了自主的知識產權。同時也出現了一些商用喂料生產企業,可以生產各種牌號的喂料供給MIM生產企業使用。


          6. 設備

          前些年MIM生產企業基本上是利用原有的國產通用設備或者改造國產通用設備。通用設備及改造的通用設備功能不完善性能差,不能滿足工藝要求,造成產品良品率低、性能差,嚴重制約MIM生產發展。隨著MIM行業的快速發展,近幾年國內一些實力較強的企業從國外引進了一些MIM專用生產設備,提升了MIM的制造水平和能力。但是進口設備價格高昂,多數中小MIM企業還是沒有能力引進設備。MIM行業專用設備國產化是多數MIM生產企業的迫切愿望。

          近幾年隨著行業發展,MIM專用設備國產化進程很快。目前國產設備從功能、性能及制造質量方面基本上滿足了生產基本需求,一些國產設備的性能及制造水平接近或趕上了進口設備。特別是喂料混煉設備、注塑機、脫脂爐、真空燒結爐等設備設計制造水平可以和進口設備相媲美。


          6.1. 混煉設備

          捏合機、密煉機、擠出造粒機等。


          6.2. 脫脂設備

          根據喂料種類不同分別選用不同脫脂工藝:溶劑脫脂、熱脫脂、酸脫脂(催化脫脂)。


          6.2.1. 蠟基喂料脫脂設備

          工藝過程為物理反應:溶劑脫脂+熱脫脂(真空脫脂)。主要設備有:溶脫罐、立式批次脫脂爐、臥式連續脫脂爐、真空脫脂燒結一體爐。


          6.2.2. 塑基喂料脫脂設備

          工藝過程為化學反應:催化脫脂。主要設備是催化脫脂爐,俗稱酸脫爐。從仿制開始,現在已經可以與進口設備相媲美。


          6.3. 燒結設備

          6.3.1. 真空燒結爐

          真空脫脂燒結一體爐,寧波恒普制造的真空脫脂燒結一體爐無論從制造水平以及應用性能方面都超過了日本島津??梢哉f是物美價廉。目前國內能夠生產MIM真空脫脂燒結一體爐的廠家多達十幾家,比較知名的還有長沙凌起。

          6.3.2. 連續式氣氛燒結爐

          MIM產品燒結溫度高(鐵基材料1200-1250℃、不銹鋼材料1300-1380℃甚至更高。),網帶爐不能使用。國產設備為推板式燒結爐、推桿式燒結爐。目前國產連續式燒結爐與國外克萊默公司的步進梁式燒結爐有較大差距。

          保護氣氛:分解氨、氮氣(液氮)


          7. 技術水平

          7.1基礎理論研究

          國內MIM行業從事基礎理論的單位多數為大專院校、科研院所,國家每年投入大量的科研經費,研究成果層出不窮,每年都有大量的論文發表。企業技術人員從事理論研究的極少,一些實力較強的企業多數是注重生產,無暇顧及MIM理論研究。

          7.2生產實踐能力

          國內MIM制品生產能力與國外相比差距不大,雖然我們的原材料不夠穩定,裝備比較落后,但是我們生產的產品無論是外觀還是性能與美歐相比差距不大。因此國際知名大公司紛紛轉向中國采購MIM零件。品牌手機蘋果對中國MIM零件生產予以認同,現在蘋果公司MIM零件大部分是由中國制造的。另外中國MIM行業不斷地大膽創新,國外MIM單重產品一般局限于50克以內,國內產品單重可以做到2700克。這個突破是國外同行望塵莫及的。

          7.4.脫脂技術

          MIM工藝過程為了便于成形加入大量的粘結劑(15~20%),這些粘結劑在燒結前要全部脫除干凈。不同的喂料體系采用不同的脫脂方式。由于多數企業不熟悉喂料,因而對脫脂工藝技術也不能正確合理的運用。脫脂工藝缺陷直接影響到燒結過程,致使燒結產品出現缺陷,直接影響良品率。催化脫脂過程出現的設備故障則多數是操作不當造成的,與設備本身結構及制造質量沒有直接關系。

          7.5.燒結技術

          MIM零件形狀復雜,使用粉末顆粒細?。?~20μ),制品密度高,因而實際生產過程中燒結溫度高。理論上分析MIM燒結過程屬于固相燒結,實際上燒結體內存在小于5μ細小顆粒粉末,在較高燒結溫度下這些細小顆粒粉末已經熔化。實際上MIM燒結過程存在少量液相,因而造成產品在燒結過程出現變形。合理地制定燒結工藝,有效地控制產品燒結過程中零件變形是MIM工藝過程的一個難點。

          另外多種新材料、新合金逐步應用到生產中,例如:高溫合金、高比重合金、軟磁材料等規模批量生產,對燒結設備及燒結工藝提出更高要求。

          7.6.后處理技術

          MIM零件形狀復雜且燒結后密度高,給后處理工序帶來諸多困難。

          整形工序: 產品密度高整形難度大,變形困難,模具損耗大,整形回彈量大。

          熱處理工序:由于零件形狀復雜,熱處理后變形難以解決。一些微小零件(0.5-5克)熱處理時難以保證性能均勻一致達到技術要求。


          8. 技術難點

          由于MIM產品形狀復雜,產品密度高,生產工序多,生產過程繁雜,因此存在較多工藝技術難點,下面分別敘述。

          8.1. 制粉技術

          MIM生產需要的原料主要是細顆粒金屬粉末。工藝要求粉末粒度細(5-20μ),顆粒形狀為球形或近似球形,振實密度高,安息角大于55 o。純金屬粉末Fe、Ni等基本上是羰基法生產的,合金鋼、不銹鋼粉末多數為霧化法生產的。目前國產粉末與進口粉末還存在一定的差距,特別是霧化法生產的粉末性能不夠理想,穩定性差。

          8.2. 喂料技術

          喂料是由金屬粉末+粘結劑組成,要完整掌握喂料技術需要跨行業掌握非金屬材料和金屬材料兩門學科,需要熟悉粉末、粘結劑、混煉設備以及流變學等知識。國內喂料技術一直是薄弱環節。國內能夠自主研發喂料的單位很少,多數企業是抄襲、模仿。由于國內MIM行業多數技術人員是冶金、材料專業的,對高分子材料還不夠熟悉。

          8.3. 模具設計、制造

          MIM模具設計、制造一直沿襲模仿注塑模具,由于MIM喂料中含有大量金屬粉末,注射成形過程與塑料件成形過程有較大區別,因而在生產實際應用中一直存在許多問題。

          模具設計要結合工藝特點,綜合產品結構諸多因素合理選擇進料、成形、脫模方式。

          目前工藝設計軟件日益成熟,已經有商業設計仿真軟件推出,簡化了模具設計過程。


          9. 國內MIM行業目前存在問題

          由于國內MIM技術在國內發展歷史很短,基礎薄弱。沒有完整的從國外引進生產技術,多家研究單位沒有系統地總結整理MIM技術以及生產應用,所以國內MIM技術至今仍然不夠完善。再加之MIM生產過程工序多、變化大、涉及技術面寬、控制難度大的特點,國內MIM企業缺乏有經驗的技術人員,因而不同程度上都面臨諸多問題的困擾。

          9.1. 國內認知程度低

          國內工程技術界對MIM行業認知程度低,國內產品設計人員對MIM技術不夠了解,產品設計沒有考慮到MIM工藝技術的應用。這樣就造成MIM工藝技術不能發揮其特長,受到嚴重制約的被動局面。國內MIM技術多數是取代其它工藝(鑄造、機加)來加工產品,產品技術要求及尺寸公差不做修改調整,給MIM生產帶來諸多困難。

          9.2. 缺少行業標準

          國家至今沒有頒布行業標準,目前國內MIM生產企業執行的標準是美國MPIF標準。多數MIM生產企業對于美國的行業標準的理解不夠,不能認真正確執行標準。特別是檢測標準國內多數客戶不予認同,難以正確順利實施。

          9.3. 工藝技術不夠系統完善

          MIM工藝技術沒有系統地由國外引進,基本上是國內自主研究開發的。再加上MIM產品形狀復雜,燒結溫度高容易產生變形,產品密度高,整形困難。工藝過程長,影響因素多。國內100多家企業生產工藝技術來源不同,因而工藝技術參差不齊,也可以說是百花齊放。盡管許多MIM企業的工藝技術是抄襲來的,由于多次轉手,在不同的生產環境下調整修改,很少有完全相同的。所以說國內MIM行業缺少系統完整的生產工藝。MIM工廠建設沒有按照工業規?;O計,許多MIM工廠就是一個放大了的實驗室。

          9.4. 行業交流少

          由于國內MIM行業發展時間短,行業規模小,國內幾個粉末冶金專業協會組織對MIM行業不夠重視,行業活動很少提及注射成形方面的內容。至今國內只有北科大、中南大學兩個院校分別各組織了一次全國性的行業會議,上海粉末冶金展會近兩年組織有一場注射成形技術專題報告會。國內MIM企業數量不多,企業之間缺乏行業交流。企業之間技術壁壘現象比較嚴重,制約了技術進步與發展。

          一些實力較強的企業也許是怕失密、怕被挖墻腳,不愿意組織參加行業活動;小企業業主對行業組織不了解,業務人員想參加行業活動得不到老板的支持,這樣就幾乎不與行業組織發生聯系,對行業活動一無所知。

          9.5. 主要生產設備還需要進一步提高制造水平

          目前MIM生產專用設備注塑機、脫脂爐、真空燒結爐制造水平基本可以滿足行業發展需求,但是一些大型生產設備例如:連續式燒結爐設計制造水平還是落后許多。MIM連續式燒結爐額定工藝溫度高,爐膛截面小因而溫差小,生產效率高、生產成本低。目前國內制造連續燒結爐還屬于低檔次的,無論從溫度控制、氣氛控制輸送、物料循環等多方面差距還是較大的。另外主要成形設備國產注塑機專業化程度和控制精度與國外設備相比也是存在較大差距。

          9.6. 技術隊伍急需擴大,業務水平有待提高

          MIM技術涉及粉末冶金和注塑成形兩門學科,對技術人員要求較高。所以真正全面掌握MIM技術的人員很少。國內MIM行業(企業)技術隊伍比較薄弱,技術水平參差不齊。人數少,從業專業技術人員不到500人;水平低,多數技術人員是其它相關專業改行過來的,理論基礎淺薄,專業知識缺乏。由于行業發展時間很短,企業之間技術封鎖,加之生產企業技術人員從業時間短,對MIM技術不熟悉、不了解,缺乏經驗。由于行業發展需要,一些從業時間不長的技術工人也承擔起技術重擔。這樣造成一些生產企業沒有真正懂行的技術人員,生產中遇到問題不能及時解決。因而造成產品良品率低,生產成本增加嚴重影響企業效益。

          國內最缺的是經過系統培訓的MIM專業技術人員。多數中小企業沒有能力培養MIM技術人員,一些有能力的大企業也不愿意投入較大的資金培養MIM技術人員。

          技術工人缺乏,熟練操作工更是稀缺。MIM行業既屬于高新技術產業,也屬于人員密集型產業,許多關鍵工序需要人力完成。特別是一些手工操作工序,需要員工有良好的素質和熟練的技巧。

          這幾年國內人力成本增加較快,加大了產品成本,造成一些MIM企業效益逐年下滑。


          10. 發展趨勢

          MIM行業以其獨有的特點伴隨著中國經濟同步發展,技術日趨成熟,原材料、設備諸多生產要素日趨完備,因此MIM行業內專家把2015年定位為中國MIM元年,并預期國內MIM行業將迎來一個新的黃金十年。

          10.1. 市場需求持續增長

          根據市場預測2015年僅國產手機零件(卡托、按鍵、鏡頭圈、LED圈、轉軸)達到16.5億人民幣,市場需求還會進一步擴大。再加上MIM技術的應用領域不斷地擴大,在汽車、五金工具、醫療器械、軍工等方面MIM產品的需求逐年增加,市場前景十分廣闊。

          10.2. 技術進步日新月異

          國內MIM技術發展到今天,MIM產業進入了一個高速發展時期,技術日趨成熟,原材料、設備等諸多生產要素完備。隨著國內專業技術水平提高,與國外的同行交流日益增多。隨著生產發展,企業效益倍增,許多具有實力的公司購置世界上先進的MIM專業設備,促進了國內MIM專業技術水平的提升。新技術、新工藝不斷出現,并運用到生產實踐。原材料、設備制造水平進一步提高,與國外的差距在逐步縮小。

          10.3. 行業競爭優勝劣汰

          掌握了技術,擁有了先進的設備,就可以組建MIM企業。行業入門的門檻越來越低,行業競爭也越來越激烈。新的MIM企業在不斷地組建,一些小企業快速發展成為中型企業、大型企業。同時也有一些經營比較差的企業舉步維艱,更有一些經營不善的MIM企業由于資金、技術、市場等原因而倒閉,行業競爭極其慘烈。這樣就需要國內的MIM企業要努力提高自身能力,保持在激烈競爭過程中立于不敗之地。國內企業要團結一致攜手前進,發揮優勢共同發展。組建行業協會,規范行業競爭,建立公平的競爭環境。提倡行業內開展技術商務交流,組織MIM專業技術培訓。

          國內的MIM行業經過二十多年的歷程今天已經進入快速發展階段,中國制造的MIM零件得到了世界的認可。隨著經濟的發展,我國的MIM產業必將會有較大的發展 。壓鑄廠家要抓住機遇,共同努力將中國建成世界一流的MIM制造產業基地。

          標簽: 壓鑄廠家
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