金属注射成型 (MIM)：完整指南

“金属注射成型将塑料成型的精度与金属的强度相结合，可以高效地制造复杂的零件，非常适合高效生产小型、复杂的组件。”

MIM（金属注射成型）是一种先进的制造技术，结合了塑料注射成型和金属特性。它最适合制造小型零件，通常重量在 1 到 100 克的金属。MIM 制造的美妙之处在于它能够轻松生成尺寸非常紧凑的复杂形状，这就是为什么 MIM 工艺 其用途十分广泛，从医疗设备到航空航天配件。 

本文全面分析了 MIM 工艺及其用途、优点和局限性。 

 

什么是金属注射成型？

 

金属注射成型工艺

MIM 是一种复杂的原料生产工艺，结合了精细的金属粉末和热固性塑料粘合剂系统。MIM 中使用的金属粉末 MIM 技术 尺寸范围通常在5-20微米之间，这使得它们可接受且分布均匀，从而可以生产出精确的零件。 

• 注塑成型： 混合和造粒后，原料被加热并在压力下注入模具中，压力通常超过 100 MPa（兆帕）。模具尺寸必须精确到可接受的程度，以满足特定部件标准。成型部件仍带有粘合剂，称为“生坯”。  
• 脱脂： 然后将生坯部件进行脱脂工艺，以去除任何粘合剂材料。可以依次使用溶剂萃取或热分解，或两者。脱脂通常会将粘合剂含量降低至约 10%，而剩余的质量会形成一种多孔结构，称为“棕色部分”。
• 烧结： 根据金属合金，棕色部件在受控气氛炉中烧结，温度在 1200 至 1400 C 之间。在烧结过程中，金属颗粒会融合，从而增加压实密度。MIM 部件的烧结密度介于金属理论密度的 96% 和 99% 之间。
• 烧结后操作： MIM 工艺产生的零件需要进一步加工，例如机械加工、热处理和表面处理，以获得必要的最终性能。这些烧结后工艺可以提高零件的机械性能，例如强度、硬度和耐腐蚀性。  

 

技术细节和优势

让我们讨论一下金属注射成型的技术方面和优点；

• 密度和强度： MIM 部件在烧结过程中达到接近理论最大密度 96-99%。这种高密度可带来更高的机械性能；抗拉强度通常大于 1000 Mpa，某些合金的硬度高达 60 HRC。 
• 尺寸公差： MIM 工艺的高精度使其能够生产尺寸公差较小的部件，通常在标称尺寸的 ±0.3% 以内。这使得该工艺适合于需要精确测量的复杂形状设计。 
• 收缩：当部件体积缩小约 15% 至 20% 时，就会发生初级烧结过程。这种收缩是预料之中的，模具设计也考虑到了这一点，以便最终部件具有正确的尺寸。 

 

MIM 使用的材料

金属注射成型工艺可与各种金属和合金配合使用，每种金属和合金都具有适合不同应用的独特性能。一些标准的 MIM 金属包括

• 铁合金： 这些是不锈钢（例如 316L、17-4 PH）、工具钢和低合金钢。在 MIM 使用的所有材料中，不锈钢是首选，因为它们耐腐蚀且坚固，尤其是在医疗和汽车领域。 
• 钨合金： 钨合金具有较高的密度和优异的辐射防护特性。它们特别用于医学、航空航天和国防领域。钴铬合金是钨合金的一个例子：这些硬质合金、硬质合金和陶瓷应用于耐磨产品，如切削工具和航空航天产品。 
• 特种金属： 这一类别由钛、镍和钼组成，钛具有较高的强度重量比和生物相容性，非常适合用于医疗植入物，而镍和钼则分别具有高温特性和耐腐蚀性。

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金属注射成型 (MIM) 属性和功能

下表概述了金属注射成型 (MIM) 工艺的关键属性和能力，重点介绍了 MIM 生产中可实现的典型和极端范围。

因素	最低限度	Typical	最大
部件质量（克）	0.03克	10 – 15克	300克
尺寸（毫米）	2毫米（0.08中）	25毫米（1中）	150毫米（6中）
壁厚（mm）	0.025毫米（0.001中）	5毫米（0.2中）	15毫米（0.6中）
尺寸公差（%）	±0.2％	±0.5％	±1％
零件密度	93%	98%	100%
生产数量	1,000单位	100,000单位	100,000,000单位

 

MIM 工具设计指南

当计划通过 MIM 制造零件时，模具设计是制造过程中最关键的方面之一。这涉及选择分型线、定位浇口、定位顶针标记以及使用凸轮动作。 

分型线

表面分型线 

在 MIM 中，分型线是模具上两半部分相接的线。虽然每个 MIM 组件都有这条可见的线，但可以减小其厚度，从而降低其可见性。如果分型线建立在特征的边缘或台阶处，则可以使这条线不那么显眼，从而改善零件的外观。 

门控

注塑浇口

浇口是 MIM 原料进入模腔的地方，这是一个值得关注的关键区域。MIM 中使用四种基本浇口，包括接片浇口、隧道浇口、跳浇口和落浇口，每种浇口都会在部件上留下一个小标记。浇口的位置是一个重要因素，因为它会影响材料的流动和部件的质量。在理想情况下，浇口应位于最可观的横截面厚度处，以使材料从薄部分变厚。对于圆柱形部件，最好将浇口置于靠近圆柱轴线的位置，以防止烧结过程中变形。 

顶针

顶出系统和顶针 

顶出销在部件成型后将其从模腔中取出时至关重要。然而，它们不会在部件表面留下深刻的印记，但会留下轻微的痕迹。这些痕迹不应损害最终产品的外观；因此，必须将部件设计成顶出销痕迹位于不易看见的区域，尤其是在组装后。 

凸轮动作

在 MIM 工具中，凸轮动作会产生诸如倒扣之类的特征，这可能需要额外的操作。在设计部件上创建倒扣时，必须考虑凸轮移动的方向。当需要多个凸轮动作时，设计过程会变得更加复杂，因为每个凸轮都会占用工具内部的大量空间。所有这些问题都必须在工具的规划和设计过程中仔细解决，同时保持功能性。

 

金属注塑成型、塑料注塑成型和压铸成型的比较 

MIM 制造 和塑料 注塑成型 这两种工艺相似之处在于材料都是在高压下注入模具型腔的。然而，主要的区别在于获得结果所需的后续处理。在塑料注塑成型中，零件几乎按照最终形状和形式生产，从模具中取出零件后只需进行最少的后处理。另一方面，MIM 需要进一步的工艺，如脱脂和烧结来完成零件。MIM 通常用于在相对较小的规模上构建复杂的组件，而 PIM 可以适应生产的零件的更广泛的尺寸和形状。 

至于后处理，压铸比 MIM 更具优势，因为成型后的部件几乎可以作为最终形状。这使得压铸对于大型部件而言比其他生产方法相对便宜。尽管金属注射成型具有精确和细致的优势，特别是对于小部件而言，但它在材料方面成本略高，并且耗时较长，因为它涉及更多加工步骤。 

对于应用，MIM 适用于小型、复杂和精密的零件，而压铸适用于大型零件，生产速度更快。虽然 MIM 的注射阶段比压铸快得多，但由于后处理过程减少，压铸所需的总时间相对较短。（阅读更多关于 CNC加工与注塑成型).

 

金属注射成型 (MIM) 与压铸的比较

以下是金属注射成型 (MIM) 与压铸的比较。

属性	金属注射成型	压铸
材料相容性	能够加工各种黑色金属和有色金属，包括复杂合金。	主要加工铝、锌、镁等有色金属。
壁厚范围	它适用于生产薄壁，通常范围从 0.040 英寸到 0.120 英寸（1.0 毫米到 3.0 毫米）。	处理稍厚的壁，范围从 0.040 英寸到 0.200 英寸（1.0 毫米到 5.0 毫米）。
MIM 材料选项	适用于各种金属的粉末形式，包括不锈钢、工具钢、钨合金、镍基高温合金、特种金属	最适合：铝、锌、镁、铜、铅、锡
典型应用	它是生产公差严格、小型、复杂、高强度部件的理想选择。	它们适用于更重要的部件，这些部件的标准配置是大批量和不太复杂的设计。
尺寸公差	实现严格的公差，通常在标称尺寸的±0.3％以内。	公差保持在标称尺寸的±0.5％以内，适用于精度要求不高的零件。

 

金属注射成型的优点 

使用 MIM 具有以下优点： 

复杂零件的大批量生产

MIM 可以生产大量具有复杂横截面形状和薄壁的金属零件。此功能有助于生成具有薄截面和高精度的小零件。 

卓越的表面光洁度

MIM 部件可以轻松从模具中取出；在大多数情况下，它们的表面光洁度可以更好。几乎不需要或根本不需要进一步精加工。至于图像，提供了后处理选项，使它们变得更好。 

组件整合

MIM 工艺还可以帮助设计师将多个零件或组件组合成一个零件，以最小化产品。这种类型的整合可以消除后续的装配过程并提高产品的刚度。 

优异的机械性能

MIM 零件具有可接受的机械特性，例如硬度和强度，以满足其预期用途。 

材料效率

MIM 再次体现出材料利用率极高的特点。95-98% 的原材料可以回收利用，制成可用的零件。这种效率还有助于将材料使用量降至最低，从而降低生产成本，尤其是在使用高温合金或特殊金属等昂贵材料制造零件时。 

规模成本效益

MIM 比熔模铸造、机械加工和冲压更便宜，尤其是在大规模生产大批量零件时。 

 

金属注射成型的缺点

虽然 MIM 有很多优点，但也存在一些缺点： 

• 高初始投资： MIM 工艺的固定成本相当高。它需要专门的工具和设备，因此比其他制造工艺成本更高。 
• 小批量生产成本较高： 对于小批量生产来说，MIM 的成本效益较低，因为与制造几个零件相比，每个零件的成本通常较高。 
• 尺寸限制： 它通常是制造中小型部件的理想选择。更大的部件不易制造，因为它们需要更多的巨型模具和熔炉，而这些成本可能非常高。 
• 烧结过程中的收缩： 通过 MIM 制造的部件在烧结过程中会发生尺寸变化，必须加以控制。尽管制造商在零件设计和加工过程中会考虑到这一因素，但它对于确定最终零件质量仍然至关重要。

 

金属注射成型应用

金属注射成型 (MIM) 是大批量生产复杂零件的理想解决方案，在多个行业中具有极高的价值：

医疗行业 

MIM 在医疗行业用于制造精密零件，例如骨科植入物、髋关节、膝关节和脊柱植入物、手术器械、剪刀、镊子、牵开器、血糖仪、呼吸分析仪和脉搏血氧仪等。 

消费品

在消费电子产品中，MIM 用于生产智能手机、可穿戴设备和其他设备等小工具中的小型复杂组件。它还用于制造运动器材，例如高尔夫球杆头、渔线轮、滑雪绑带和珠宝，包括吊坠、耳环和手镯。 

汽车行业 

MIM 技术在汽车行业用于制造摇臂、涡轮增压器叶片、变速杆、座椅机构、制动部件、喷油器喷嘴、灯罩以及其他配件和连接件等部件。MIM 的可接受公差和高精度被认为更有利于生产这些高性能组件。 

航空航天工业

MIM 在航空航天工业中用于制造发动机部件，例如涡轮叶片、喷嘴和燃烧室；机身部件，例如铰链、闩锁和执行器；航空电子设备，例如连接器、开关和传感器；以及航天器，例如太阳能电池板、天线和结构部件。因此，所有这些组件都可以按照必要的航空航天标准进行设计，以满足性能和可靠性方面的要求。 

农业设备

MIM 还用于农业，因为它可以制造耐用且坚固的零件，例如拖拉机的齿轮和轴承、农具的零件，例如犁铧、耕耘机的尖端、耙齿、喷嘴、阀门和灌溉系统的联轴器，以及修枝剪和锄头等农业工具。 

 

清单：金属注射成型适合您的零件吗？

要确定金属注射成型是否是适合您需求的制造方法，请考虑以下问题：  

• 高产量： 您是否计划为某一特定产品类型生产多个零件？ 
• 小型而复杂的部件： 您的零件是否很小而且设计复杂，因此精度是制造的关键因素？ 
• 严格规范： 您的应用是否要求生产的组件具有较高的公差水平并且非常相似？ 
• 生产效率： 是否需要实施一种方法来最大限度地减少生产线上的材料利用率？ 
• 复杂的几何形状： 您的零件是否具有传统制造技术无法实现的形状和功能要求？ 

如果您对这些问题的回答是“是”，您可能希望考虑在您的项目中采用 MIM。但是，还需要考虑以下几点：  

• 设计灵活性： 您的企业是否需要对设计进行多次更改？MIM 可能不太有效，因为在生产开始后更换模具会产生高昂的成本，因此可能不适合原型制作。 
• 交货时间： 速度是否必不可少？MIM 需要模具和固定装置等工具，这些工具通常需要更长的开发时间，尤其是在零件复杂的情况下。因此，交货时间可能长达数周甚至数月。  

总结 

Prolean Tech 是中国 注塑企业，介绍了这篇文章。我们涵盖了有关 MIM、其优势及其应用的所有基本信息。我们希望您发现这些信息有用且有启发性！

 

如何与 Prolean 合作启动金属注射成型项目 

MIM 是快速创建复杂精致特征的最佳技术之一。该工艺能够在一个周期内大量生产复杂形状，确保准确性和经济性。第一次生产运行后，设置下一次生产运行简单快捷，确保符合设定的生产标准。 

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