粉末注射成形技术具有一次成形生产形状复杂的金属、陶瓷等零件部件的能力，同时产品成本低、 光洁度好、精度高（±0.3％～±0.1％），一般无需后续加工产品强度，硬度，延伸率等力学性能高，耐磨性好，耐疲劳，组织均匀原材料利用率高，生产自动化程度高，工序简单，可连续大批量生产无污染等优点，其应用领域也十分广阔。可用于注射成型的材料非常广泛，原则上任何可高温浇结的粉末材料均可由PIM工艺造成零件，包括了传统制造工艺中的难加工材料和高熔点材料。主要有以下几种应用:

1．计算机及其辅助设备：如打印机零件、磁芯、撞针轴销、驱动零件      

2．工具：如钻头、刀头、喷嘴、枪钻、螺旋铣刀、冲头、套筒、扳手、电工工具，手工具等      

3．家用器具：如表壳、表链、电动牙刷、剪刀、风扇、高尔夫球头、珠宝链环、圆珠笔卡箍、刃具刀头等零部件 

4．医疗机械用零件：如牙矫形架、剪刀、镊子      

5．军用零件：导弹尾翼、枪支零件、弹头、药型罩、引信用零件     

6．电器用零件：微型马达、电子零件、传感器件      

7．机械用零件：如松棉机、纺织机、卷边机、办公机械等；      

8．汽车船舶用零件：如离合器内环、拔叉套、分配器套、汽门导管、同步毂、安全气囊件等

粉末注射成型在硬质合金领域的应用

粉末注射成型在硬质合金领域的应用包括：硬质合金刀具、硬质合金PCB钻头、离心器、喷嘴、活塞、泵零件、高尔夫球头、手表表壳。

 

粉末注射成形能像生产塑料制品一样，一次成形生产形状复杂的金属、陶瓷零部件。该工艺技术利用注射方法，保证物料充满模具型腔，也就保证了零件高复杂结构的实现。以往在传统加工技术中，对于复杂的零件，通常是先分别制作出单个零件，然后再组装；而在使用PIM技术时，可以考虑整合成完整的单一零件，这样大大减少了生产步骤，简化了加工程序。

 

与传统零件加工成形工艺相比，它具有下述特点：

1、与传统的机械加工、精密铸造相比，制品内部组织结构更均匀；与传统粉末冶金相比，制品性能更优异，产品尺寸精度高，表面光洁度好，不必进行再加工或只需少量精加工。像生产塑料制品一样，一次成形生产形状复杂的金属、陶瓷等零部件，产品成本低，光洁度好，表面粗糙度可达到Ra 0.80～1.6μm，精度高，一般无需后续加工。金属注射成形工艺可直接成形薄壁结构件，制品形状已能接近或达到最终产品要求，零件尺寸公差一般保持在±0.10%～±0.30%水平，特别对于降低难以进行机械加工的硬质合金的加工成本、减少贵重金属的加工损失尤其具有重要意义。

2、零部件几何形状的自由度高，制件各部分密度均匀、尺寸精度高，适于制造几何形状复杂、精度密高及具有特殊要求的小型零件(0.2～200g)。 下图是粉末注射成形产品：

3、合金化灵活性好，对于过硬、过脆、难以切削的材料或原料铸造时有偏析或污染的零件，可有效降低制造成本。 

4、产品质量稳定、性能可靠，制品的相对密度可达95%～100%，可进行渗碳、淬火、回火等热处理。 

5、适用材料范围宽，应用领域广，原材料利用率高，生产自动化程度高，工序简单，可连续大批量规模化生产。生产过程无污染，为清洁工艺生产。MIM技术使用的模具，其寿命与塑料注射成形模具相似。由于使用金属模具，MIM适于零件的大批量生产；由于利用注射机成形产品毛坯，极大地提高了生产效率，降低了成本，而且注射成形产品一致性好、重复性好，从而为大批量和规模化工业生产提供了保证，再者一模多腔可进一步提高效率和降低毛坯的成形成本。 

6、制品微观组织均匀，密度高，产品强度、硬度、伸长率等力学性能高，耐磨性好，耐疲劳，组织均匀，性能好。在粉末冶金压制过程中，由于模壁与粉末以及粉末与粉末之间的摩擦力，使得压制压力分布不均匀，也就导致了压制毛坯在微观组织的不均匀、材料致密性差、密度低，严重影响了产品的力学性能；而MIM是一种流体成形工艺，粘结剂的存在保证了粉末均匀排布，从而可消除毛坯微观组织的不均匀，进而使烧结制品密度接近材料的理论密度，从而使强度增加、韧性加强，延展性、导电性、导热性得到改善，综合性能提高。

 

粉末注射成形（Powder Injection Molding，PIM）由金属粉末注射成形（Metal Injection Molding，MIM）与陶瓷粉末注射成形（Ceramics Injection Molding，CIM）两部分技术结合而成，它是一种新的金属、陶瓷零部件制备技术，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全新的零部件加工技术。 MIM的基本工艺步骤是：首先选取符合MIM要求的金属粉末和黏结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和黏结剂混合成均匀的喂料，经制粒后再注射成形，获得成形坯（Green Part），再经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品（White Part）。

 

硬质合金混合料粉末注射成形是将热塑性聚合物加热到熔融状态后，加入一定比例的粉末，利用高剪切混料机将粉末与熔融态的聚合物均匀混合，制成喂料，在加热状态下，用注射成形机以一定的注射压力和注射速度将喂料注入模腔内，制得形状复杂的零部件坯体，再用化学、热分解或催化方法脱除其中的的成型剂。经烧结后得到最终制品。硬质合金产品注射成型包括喂料制备、注射成型、脱脂和烧结4个阶段，其工艺流程图如下：

 

冷挤压时往往由于变形工序设计不妥, 会使坯料在挤压成形过程中产生各种缺陷。因此, 只有预先了解这些缺陷的成因, 才能在设计变形工序时, 采取有效的解决办法来确保生产出合格的挤压件。表面折叠是较为常见的挤压缺陷，

一、表面折叠

多余的表皮金属被压入坯料表层所形成的缺陷, 称为表面折叠。例如在正挤压中, 挤压头部较粗大的杆形件, 需要采用两道成形工序。如果在第一道正挤压中工件的头部与杆部连接处圆弧太大或相应锥角太小, 则在第二道成形工序中因凹模的圆角半径较小, 便有可能使坯料过渡区部分的材料被压入端部的底平面上, 而形成折叠。又如, 反挤压时凹摸底部设有较大的圆角半径, 而坯料底部为直角过渡, 在挤压过程中就会产生折叠。如果挤压变形继续进行, 这种折叠还会被移到工件的侧面。 

折叠是线材表面沿挤压方向平直或弯曲的细线，通常与盘条表面呈某一角度分布，很长且形状相似。有时以两条平行线的形态出现。

 

挤压时，如果摩擦系数大和模具温度较低时，常在凹模底部形成一个难变形区，通常称为“死区”。由于该区金属不变形，而与其相邻的上部金属有变形和流动，于是便在交界处发生强烈的剪切变形，严重时将引起金属剪裂，即“死区”裂纹，有时可能由于上部金属的大量流动带着“死区”金属流动而形成折叠，如下图所示。 

二、防止表面折叠的对策

防止“死区”剪裂和折叠的对策是改善润滑条件和正确控制模具和坯料的温度，还可以采用带锥角的凹模，锥角的作用在于使作用力在平行于锥面的方向有一个分力，该分力与摩擦力的方向相反，从而有利于金属的变形和流动。根据不同的条件可以通过计算确定一个合适的锥角，以抵消摩擦的影响。

 

一、挤压坯条长度对挤压力的影响

正向挤压时，通过挤压筒内坯条与筒壁之间的摩擦阻力产生作用，所以坯条长度对挤压力的大小有影响。挤压力与坯条长度的影响关系如下图所示。

正向挤压时，坯条与挤压筒壁之间存在着较大的摩擦作用。一般来讲，随着外摩擦增加，金属流动不均匀程度增加，金属与挤压筒、挤压模表面之间的摩擦阻力增加，从而使挤压力增加。由上图可以看出，挤压力随着坯条长度增长而增大。实际生产中，由于不同的挤压条件下坯条与挤压筒壁之间的摩擦状态不同,因而坯条长度对挤压力的影响规律也不同。

一般反向挤压时，金属坯条与挤压筒内衬之间无相对滑动，挤压力与坯条长度无关。

 

二、制品断面形状对挤压力的影响

制品断面形状只有在比较复杂的情况下才对挤压力有明显的影响。挤压制品断面形状只是在比较复杂的情况下，才对挤压力有明显的影响。制品断面的复杂程度系数C1、C2可按下式计算：

C1=型材断面周长/等断面圆周；

C2=型材的外切圆面积/型材断面积。

在挤压变形条件下，制品断面形状越复杂，所需的挤压力越大，当断面复杂程度系数大于1.5时，挤压制品断面形状对挤压力影响更明显。

 

挤压速度系指单位时间内挤出坯料的长度，一般用mm/min表示。严格意义上讲，挤压速度其实包括挤压杆的前进速度和坯料从模孔流出的速度，即挤压速度与流出速度，两种之间在一定条件下有着确定的比例关系。挤压速度是通过对坯条的变形抗力的变化来影响挤压力的。冷挤压时，挤压速度对挤压力的影响较小。热挤压时，通常随挤压速度增加，挤压力增加（热挤压时，坯条在变形过程中产生的硬化可以通过再结晶软化，但这需要充分的时间，当挤压速度增加时，软化来不及进行，导致变形抗力增加，使挤压力增加）。下图为挤压黄铜棒时，挤压速度对挤压力的影响。

挤压速度过快，压坯易发生断裂，其原因有两种解释：一种认为中心部位的混合料与外层混合料由于流速差过大而引起料层间剧烈的摩擦，由摩擦产生的热造成局部石蜡熔化，减弱颗

粒间的粘结而造成断裂；另一种则认为，由于挤压速度过快，中心部位混合料流动的超前现象变得更严重，造成较大的剪切应力而使压坯断裂。

 

不同挤压阶段的挤压速度

(1)挤压前阶段，挤压速度越高,挤压力越大。

(2)随挤压继续进行,坯条冷却较慢，变形区温度可能提髙，挤压力逐渐下降。实际生产中，如果采用较低的挤压速度，由于挤压筒内锭坯的冷却，变形抗力增高,此时挤压力可能一直上升。

(3)挤压后阶段，挤压速度慢时,坯条温度降低，变形抗力升高，挤压力反而升高。

 

在适当的范围内，挤压速度对坯条质量影响不大。挤压速度主要从生产效率和操作方便性两个方面考虑。挤压速度过快，容易出现密度不均匀现象，甚至导致环状裂纹。过慢的挤压速度则使坯条产生“竹节”状痕迹。

 

挤压嘴直径也称为出口自径或出门喇叭锥直径。模具出口直径d过小，则易划伤制品表面，甚至会引起堵模。但d过大，会大大削弱定径带的强度，引起定径带过早地变形、压蹋，明显地降低模具使用寿命。因此，在一般情况下，出口带尺寸应比定径带尺寸大，对于薄壁管或变外径管材的模具，其值可适当增大。为增大模具的强度和延长模具的使用寿命，出口带可做成喇叭锥。出口喇叭锥角（从挤压型材离开定径带开始）可取 （此值受锥刀角度的限制）。特别是对于壁厚小于 而外形十分复杂的型材模具，为了保证模具的强度，必须做成喇叭出口。有时为了便于加工，也可设计成阶梯形的多级喇叭锥。为了增大定径带的抗剪强度，定径带与出口带之间可以20°-45°的斜面以圆角半径为1.5-3.0mm的圆弧连接。

挤压嘴直径通常根据挤压时的收缩系数确定。对于确定的挤压机，所能挤出坯条的最大直径受挤压机的能力限制，确切地说，受挤压缸径和压力的限制。挤出坯条的最大直径可按下式计算

d=√((1-k) D^2 )

式中：d---挤压机所能挤出的最大坯条直径，mm；

      k---挤压压缩率，一般取值≥0.95；

      D---挤压缸直径，mm。

     

 

定径带有称定型带、工作带，是模具中垂直模具工作端面并用以保证挤压制品的形状、尺寸和表面质量的区段，下图中h即为定径带长度，α为模角.

定径带长度h过短，挤出阻力虽小，但会造成挤压速度快，弹性后效急剧释放，坯条容易产生摆动，制品尺寸难于稳定，易产生弯曲、变形、波纹、椭圆等废品，同时，模具易磨损，会大大降低模具的使用寿命；但h过长，会增大与金属的摩擦，增加挤压力，易粘结金属，使制品表面出现划伤、毛刺、麻面、搓衣板型波浪，同时由于附加内应力的增大而导致坯条纵向裂纹等缺陷。h应根据挤压机的结构（立式或卧式）、被挤压金属材料、产品的形状和尺寸等因素来确定。在立式挤压机上挤压管材时，一般2-6mm；挤压镁合金时，一般的最小值为1.5-33mm，最大值依产品的尺寸和形状确定。对于硬质合金混合料挤压工艺而言，定径带的长度一般按坯条直径的3-5倍选取，

                          即h=3-5d

式中：h-为定径带长度；

      d-为挤压嘴直径；

挤压硬质合金混合料与挤压致密金属不同，h取值较大，以保证适当的坯条密度、减少物料的弹性膨胀、维持坯条的形状。

 

挤压模具的模孔形状主要是指模角大小、定型带长度、挤压嘴直径这三部分，它们对挤压过程，特别是挤压压力都会不同程度的影响。其中模角大小是非常重要的挤压模具参数，它对挤压力的大小、挤压成形质量影响重大。

 

模角是指模面与挤压轴线的夹角。模角对挤压力也有明显影响。模角α由0°改变到90°之间，在45°-60°范围内挤压力最小。 挤压模角对挤压力的影响：模角对挤压力的影响，主要表现在变形区及变形区锥表面，模角对挤压力有着明显的影响。挤压应力与模角的关系如下图所示。随着模角α逐渐增大，挤压力逐渐降低，模角继续增大时，挤压力呈升高趋势。另外，由下图也可以看出挤压力分量与模角之间的关系。在一定的变形条件下，随着模角的增大，变形区内所需的挤压力分量RM增加,这是由于粉末坯条流入和流出模孔时的附加弯曲变形增加之故。但用于克服挤出锥面上摩擦阻力的分量TM，由于摩擦面积的减小而下降。以上两个方面因素综合作用的结果，使Tm在某一模角下为最小,从而总的挤压力也为最小。模角视坯条的直径而定，坯条较大，模角α相应增大，坯条较小时，α可相应减小。模角角过小，物料容易流入定型带，坯条中心密度难以保证。模角过大，挤压力增大，毛坯产生分层等缺陷。

挤出锥角是挤压嘴中心剖面中两个对称模面的角度大小，其数值为模角的两倍，工业中也常以挤出锥角参数来代替模角参数。

 

挤压温度对挤压力的影响：挤压温度对挤压力的影响，是通过变形抗力的大小反映出来的。下图为不同温度下几种铜合金挤压时挤压力的影响规律。一般来讲，随着变形温度的升高,锭坯的变形抗力下降，所需的挤压力也下降。实际上，大多数金属与合金的变形抗力随温度升高而下降的关系，不能保持上述的严格线性关系，所以挤压力与温度的关系也一般为非线性关系。

挤压物料的塑性受温度的影响。大多数的增塑剂的粘性会随温度的升高而下降。如在20℃时，石蜡的粘度为26.1x1010Pa.S，而在熔点附近时（45℃左右），石蜡的粘度只有0.8x1010Pa.S。随着挤压温度的升高，增塑剂的塑形变好。温度太低时，所需的挤压压力太大，容易造成横向断裂或分层，挤压温度太高，挤压压力急剧下降，造成坯条软化变形，难于挤压坯的形状也容易产生断裂。一般来说，增塑剂加量较多时，坯条尺寸较大时，应该采用较低的挤压温度。随着温度的升高，金属或合金的变形阻力降低，塑性提高。利用此特性，将金属粉末或压坯加热通过模具进行挤压成形的过程称为粉末热挤。挤出的坯件尺寸及形状完全由模具嘴的尺寸或型腔来控制。按挤压金属特性和挤压零件形状，热挤法可分成非包套热挤和包套热挤两种形式。