一．介紹

在過去的二三十年，金屬注射成型（MIM）技術(shù)生產(chǎn)的零件日趨復(fù)雜，其應(yīng)用領(lǐng)域已覆蓋到種類繁多的不同行業(yè)。

隨著市場對幾何變形小、材料性 能 強的高 品 質(zhì)零件需求的不斷增長，MIM工藝已經(jīng)擴 散融合進(jìn)行各行各業(yè)的生產(chǎn)線，比如汽車、醫(yī)療器械和手機制造。高功率密度的領(lǐng)域（比 如現(xiàn)代汽車引擎、動力總成和機械制造）要求結(jié)構(gòu)小型緊湊的機械系統(tǒng)，因為它能夠提供更大的創(chuàng) 新潛能和更高的生產(chǎn)效率，此外，復(fù)雜的MIM零件還發(fā)揮出了諸多優(yōu)勢， 比如它還能有 效降低筆記本電腦和手機等量產(chǎn)產(chǎn)品的組裝時間。

為滿 足行業(yè)對技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)范不斷發(fā)展的需要，我們須探索MIM工藝設(shè)備在精 確度及效率上的成長空間。當(dāng)前的限制如零件的機械和化學(xué)性能以及光學(xué)外觀的限制主要由以下幾個方面造成：

１）不均勻收縮（幾何變形）

粉末和原料混合不均勻；

注射和／或第 一脫脂階段引起的密度波動；

燒結(jié)爐中溫度不均勻。

２）化學(xué)分解和變色

不精 確的工藝氣體管理；

粘結(jié)劑在第 二脫脂環(huán)節(jié)再次沉積；

殘留的燒結(jié)爐污染物。

除了這些技術(shù)限制外，激烈競爭的市場環(huán)境將 成本壓力轉(zhuǎn)移給零件制造商。正因如此，為了推動 ＭＩＭ行業(yè)向前邁步，收益更高、技術(shù)精良的生產(chǎn)設(shè)備和材料至為關(guān)鍵。

除了高昂的原材料采購成本（如：細(xì)粒度的金 屬粉末，聚合物粘結(jié)劑和現(xiàn)成的注射原料），高溫?zé)?結(jié)是ＭＩＭ工藝中主要成本驅(qū)動因素之一。脫脂燒結(jié)爐的投資和運行成本是Ｍ瑚零件生產(chǎn)商競爭能 力的關(guān)鍵。另外，根據(jù)具體的生產(chǎn)狀況來選擇很合 適的爐型，是在ＭＩＭ行業(yè)取得成功的前提。

二．不同爐型的適用性

不考慮量身定做、高 度 專 業(yè)化的系統(tǒng)，市場上大 部分的燒結(jié)爐可以分為周期式真空爐和連續(xù)式氣氛 爐。注射成形和催化／脫脂后的褐色零件包含有殘余的聚合物，這兩種爐型都提供了熱法去除聚合物的方案。

一方面，如果是量產(chǎn)完全一致或者形狀相似的 相對大型的零件，充分利用連續(xù)式氣氛爐比較合適。在這種情況下，周期短、燒結(jié)產(chǎn)能高，可以得到有利的成本收益率。然而在中小規(guī)模的生產(chǎn)線上，這種很低年產(chǎn)量１５０--２００ｔ、投入成本高、體積大的連續(xù)式氣氛爐并不經(jīng)濟。而且，連續(xù)式氣氛爐在維護(hù)上需要更長的停機時間，降低了生產(chǎn)靈活性。

另一方面，周期式真空燒結(jié)爐具備突出的脫脂燒結(jié)工藝控制技術(shù)。之前提及的限制，包括ＭＩＭ零件成品的幾何變形和化學(xué)分解都可以被有 效解決。一種解決方式是通過精密的氣體控制系統(tǒng)，層流的工藝氣體將揮發(fā)的粘結(jié)材料沖走。另外，通過縮小熱區(qū)容量，真空爐的溫度均勻性非 常好，可達(dá)ｌＫ。 總體而言，真空爐很好的氣氛清潔性、工藝參數(shù)可調(diào)節(jié)性以及較小的零件震蕩，使它成為生產(chǎn)高質(zhì)量零件（如：醫(yī)療器械）的技術(shù)選擇。許多公司面臨波動的訂單狀況，需要生產(chǎn)不同形狀和材料的零件，真空 燒結(jié)爐的低投入和高周期靈活性將為他們創(chuàng) 造有利 條件。運行一組真空爐不僅能提供富余的生產(chǎn)線，而且可以同時運行不同工藝程序。

然而，一些專 業(yè)的具備上述技術(shù)優(yōu)勢的真空燒結(jié)爐受限于小的可用容量。它們在投入產(chǎn)出比上的 劣勢以及較低的能源利用率，使零件的燒結(jié)成本可能抵消了在其它ＭＩＭ工藝步驟中節(jié)省的成本。

三．MIM行業(yè)對真空爐要求

真空燒結(jié)爐具有成本效益運行能力的一個重要因素就是經(jīng)濟的工藝氣體和電力消耗。根據(jù)不同的 氣體類型，燒結(jié)過程的這兩大成本元素可以占到總成本的５０％。為了節(jié)省氣體消耗，須實施可調(diào)節(jié)的氣流分壓模式，同時保 證脫脂和燒結(jié)過程免受污染。為了減少電力消耗，用優(yōu)化的加熱元件制造熱區(qū)來降低熱損失。為了實現(xiàn)這些設(shè)計要點并將研發(fā) 成本控制在合理范圍，一臺現(xiàn)代的資源節(jié)約型的真 空燒結(jié)爐會運用流體動力學(xué)計算工具以找到很優(yōu) 化 的氣流和熱流模式。

根據(jù)燒結(jié)零件重量和殘留聚合物含量的不同，粘結(jié)劑會不同程度地聚集在外圍部件上（比如：排氣管、泵和熱區(qū)），這將導(dǎo)致長時間停機，以便于人工清潔和日常維護(hù)。若材料凈重達(dá)４００ｋｇ（爐量＞１０００Ｌ），粘結(jié)劑含量為３％一４％，那么高 達(dá)１５ｋｇ 的聚合物將在除氣階段被除去。即便如此，大部分 排出的氣體（＞９５％）應(yīng)該在特定的冷凝點收集起來（比如粘結(jié)劑收集器或蠟分離器）。由于去污和人工清潔工作，門對門周期時間將增加２個多小時。 這樣，低效的、設(shè)計不周全的真空燒結(jié)爐將使操作性 能降低１５％。ＭＩＭ制造商會考慮更先 進(jìn)的帶有自 動循環(huán)清潔系統(tǒng)的設(shè)備，以減少維護(hù)工作，使意外故障保持在很低的水平。

快 速成長的ＭＩＭ企業(yè)要有能力靈活規(guī)劃他們的產(chǎn)能并且對不斷變化的市場需求做出快 速反應(yīng)， 但生產(chǎn)設(shè)備的長交貨期將會減慢該企業(yè)的發(fā)展速度。通常，設(shè)備制造商在接到訂單后才開始生產(chǎn)，而不是將關(guān)鍵部件和重要原料預(yù)存在倉庫中。當(dāng) ＭＩＭ企業(yè)接到新增的緊急訂單時，新設(shè)備９～１２個 月的交貨期會是ＭＩＭ生產(chǎn)線的瓶頸。直到很近，領(lǐng) 先的真空爐制造商引入了精益生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的概念。舉個例子，易普森通過模塊化和標(biāo)準(zhǔn)部件設(shè)計，把他們新引入的ＴＩＴＡＮ＠ＤＳ真空燒結(jié)爐的交貨 時間減少到３個月內(nèi)。