金屬注射成型MIM模具設(shè)計(jì)

為MIM（金屬注射成型）設(shè)計(jì)模具并不是一項(xiàng)簡單的任務(wù)，公差要求嚴(yán)格，需要特別注意復(fù)雜的細(xì)節(jié)問題，這一切猶如攀登到冰山的頂峰，十分困難。

較高的公差精度、無飛邊、超級(jí)高的表面質(zhì)量，所有這些標(biāo)準(zhǔn)都是金屬零件壓鑄模制造過程中所必須滿足的一些要求。毫無疑問，能夠達(dá)到這種水平的金屬模具制造商雖然有幾家，但為數(shù)極少。  然而，對(duì)于選擇這個(gè)行業(yè)的公司而言，是“有利可圖”的。David Lewis Sr.先生是Matrix 工具公司（在PA的Fairview地區(qū)）的總裁，這是一家生產(chǎn)注塑模和金屬壓鑄模（MIM）的模具制造商，為無線電通信、醫(yī)療、電子/電氣、汽車和個(gè)人保護(hù)品行業(yè)提供模具。Lewis先生說：“該公司最初是生產(chǎn)精密注塑模產(chǎn)品的，后來才從事MIM模具的生產(chǎn)?！?

根據(jù)Lewis先生的經(jīng)驗(yàn)，MIM模具的結(jié)構(gòu)最適合于中小型零件的生產(chǎn)。Matrix公司已為醫(yī)療器械行業(yè)做出了很大的貢獻(xiàn)，該行業(yè)使用的外科醫(yī)療器械的零件重量在0.15"23.4g之間。  “其他的零件還包括表蓋、傳動(dòng)齒輪、金屬切削刀具、鉗夾和鑿尖，有的重量高達(dá)60g，”他說，“我知道還有更大的零件，如高爾夫球桿桿頭的更換件?？傊?，注塑模和金屬壓鑄模的制造無論對(duì)質(zhì)量和服務(wù)都有很高的要求。”  Karl Hens先生十分認(rèn)同Lewis先生的觀點(diǎn)，他以前是MedSource 技術(shù)公司（在明尼蘇達(dá)州的Minneapolis市）的技術(shù)副總裁。這是一家提供工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)服務(wù)的供貨商，而且還為醫(yī)療器械行業(yè)提供供應(yīng)鏈管理解決方案?！霸趯で驧IM模具制造商時(shí)，我首先要看其紀(jì)律性和組織性如何，是否是一家較大的工廠，是否采用ISO標(biāo)準(zhǔn)，其一切程序是否規(guī)范?！彼f，“如果涉及到MIM模具制造這樣的復(fù)雜事情，模具制造商毫無組織能力，那么將會(huì)碰到災(zāi)難。質(zhì)量是關(guān)鍵，而更為困難的是，我們是從事醫(yī)療行業(yè)的，快速及時(shí)的上市十分重要。而且我們也希望快速周轉(zhuǎn)，要使質(zhì)量和快速周轉(zhuǎn)都能令人滿意往往是很困難的。”

MIM的基礎(chǔ)知識(shí)  “首先，MIM模具的設(shè)計(jì)要有很好的計(jì)劃?！盠ewis先生指出，“因?yàn)檫@是成敗的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。它應(yīng)該包括優(yōu)良的冷卻水線路布局和分型線鎖緊裝置，以防止加工生產(chǎn)中模具的錯(cuò)位、一副能很好支持模腔和型芯側(cè)壁的模具框架、一種適合于特定零件脫模的方法。”  “MIM模具的基本結(jié)構(gòu)與注塑模相似，只有很少幾個(gè)例外。”Lewis先生補(bǔ)充說，“其中包括模腔和型芯鋼材、關(guān)閉角配合件和滑塊的選用、使材料具有良好流動(dòng)性的流道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、閘門的位置、通氣深度、模壓成形區(qū)域的表面質(zhì)量、應(yīng)用于模腔和型芯細(xì)節(jié)的鍍層正確選擇。”  Hens先生詳細(xì)講述了這些觀點(diǎn)?！坝捎谠S多模具制造商一般根據(jù)設(shè)計(jì)圖開始制造模具，因此當(dāng)制造模具時(shí)，他們給予機(jī)械師和制模工人很多的自由度進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。但這種方法一般對(duì)MIM模具的制造是無效的?！彼f，“模具制造商和MIM制模工人不是去觀察一個(gè)模具的布局，他們的主要任務(wù)是研究和觀察一整套詳細(xì)的圖紙。他們花費(fèi)在模具正面細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的時(shí)間越多，那么其模具獲得操作成功所花費(fèi)的時(shí)間就越少。細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)包括模具零件材料的選用、模具和模腔的公差、表面質(zhì)量和涂層、閘門和流道的尺寸、通氣口位置和尺寸、壓力傳感器位置。在MIM模具的成功制造中，脫模和冷卻已成為關(guān)鍵的問題。”

1.模腔/型芯使用的鋼材
按照Lewis先生的說法，模腔/型芯使用的鋼材應(yīng)能承受模壓成形材料引起的磨損?！胺彩桥c模壓成形復(fù)合材料接觸的鋼材（包括閘門和流道），都應(yīng)該由高耐磨性的高含鉻量和高硬度工具鋼制成，如D-2或A-2工具鋼。”他評(píng)價(jià)說，“H-13鋼材也可，因?yàn)槠溆捕雀?，還電鍍了一層高硬度涂層。凡是不與模壓成形復(fù)合材料接觸的任何細(xì)節(jié)零件，都可用更標(biāo)準(zhǔn)的S-7類工具鋼制造?！?nbsp; 可見，MIM模具的材料，需要非常的重視。

2.關(guān)閉角/滑塊
“在MIM模具生產(chǎn)工藝中，飛邊是一個(gè)嚴(yán)重的問題，對(duì)制模工人來說是一個(gè)實(shí)質(zhì)性的問題。”Lewis先生說，“為了防止出現(xiàn)這種問題，所有關(guān)閉角和滑動(dòng)區(qū)域的良好配合是十分重要的，只有這樣，才能生產(chǎn)出一個(gè)優(yōu)質(zhì)的MIM零件。模具制造商必須通過使用三角法計(jì)算滾動(dòng)尺寸，然后應(yīng)用這個(gè)知識(shí)檢查陰、陽面鋼材的關(guān)閉角，保證使其在他所計(jì)算尺寸的±0.0001公差范圍之內(nèi)?！?nbsp; 人們需要保持的公差一般對(duì)于金屬模具而言已經(jīng)是相當(dāng)精確的，因?yàn)镸IM模具的供料件對(duì)飛邊很敏感，很容易產(chǎn)生飛邊。“如果塑料件產(chǎn)生飛邊，很容易將飛邊清除掉，但如果是金屬，其飛邊就會(huì)如刀鋒那樣造成問題。”他解釋說，“您必須制造一個(gè)不會(huì)產(chǎn)生飛邊的模具?！?

3.通氣口深度
Lewis先生解釋說，在各種模具中，為了釋放由模壓材料產(chǎn)生的內(nèi)部氣體，采用良好的通氣口是十分關(guān)鍵的。他指出，MIM模具在通氣口深度方面是與注塑模有很大不相同的。“一個(gè)典型的塑料模具，根據(jù)其模壓樹脂的不同，可能到處都有0.0005"0.002in（1in=25.4mm）深的通氣口，而MIM模具肯定會(huì)在這些通氣口的深處產(chǎn)生飛邊，”他解釋說，“MIM模具的通氣口深度一般在0.0001"0.0002in之間，但也可能隨著選用的不同模壓復(fù)合金屬材料而變化。”  按照Hens先生的說法，好的供料在之后的凝固過程中，收縮率極低。“為了盡量加強(qiáng)形狀保持力度，因此大量使用了金屬粉末填充劑，其用量往往接近體積的70%?！彼忉屨f，“為了能夠獲得高填充給料的良好流動(dòng)性，采用了低分子量的分子和粘結(jié)劑，使MIM供料產(chǎn)生很高的飛邊靈敏度，類似于許多填充尼龍材料所顯示的特性。石蠟和聚乙烯/甘油基供料比乙?；┝嫌休^好的特性，但會(huì)影響到其較高的飛邊靈敏度?！?

4.拋光
MIM零件的另一個(gè)關(guān)鍵區(qū)域是模壓成型區(qū)的表面質(zhì)量?！皬哪Ｇ粎^(qū)脫模在很大程度上取決于模腔和型芯工具鋼的表面質(zhì)量，因?yàn)樵谀撼尚芜^程中，其收縮率極低。”他說，“金屬模壓件的收縮并不會(huì)真的發(fā)生，除非粘結(jié)劑材料通過后模壓成形工藝被抽取出來。因此，模壓成型區(qū)的拋光十分關(guān)鍵。一般來說，模壓表面應(yīng)達(dá)到600復(fù)合光潔度，可能在很少的情況下需要達(dá)到金剛石光潔度。”

5.電鍍
“如鉻或鎳那樣的高硬度電鍍層將能增強(qiáng)模壓金屬件脫模過程中的效率，再結(jié)合高拋光表面，使其能產(chǎn)生更好的效果。”Lewis先生解釋說，“有些類型的鉻和鎳添加了釋放劑，其目的是為了提高它們的脫模特性。”

學(xué)習(xí)曲線
在掌握了基本知識(shí)以后，仍然有更多的因素需要考慮，然后再順序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)。注塑模設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，需要逐步的積累。按照Hens先生的說法，MIM的另一個(gè)挑戰(zhàn)來自于原材料，一般指供給的材料。因?yàn)槠鋬?nèi)部含有大量非常精細(xì)的金屬粉末，往往接近體積的70%。“是金屬粉末造就了最終的零件?！彼忉屨f，“塑料零件給金屬粉末增加了流動(dòng)性，并在注射成型之后全部除去。粉末帶有一點(diǎn)磨擦性，因此必須采用較硬的刀具以較高的主軸轉(zhuǎn)速加工。許多模具商因?yàn)闆]有高速機(jī)床，只得采用燒蝕方式加工。然而，卻不能遺留下粗糙的表面質(zhì)量，因?yàn)镸IM需要有緊密的公差?！?

Hens先生補(bǔ)充說，不同的金屬基本上具有同樣的模具制造要求，除非有時(shí)候需要插入不同的收縮率?！斑@里所指的不是模具內(nèi)部的收縮率。只有當(dāng)零件從模具中脫離時(shí)以及進(jìn)入加熱爐時(shí)，才會(huì)發(fā)生收縮現(xiàn)象。”他解釋說，“在模具中，收縮率幾乎接近零，每英寸的收縮率不到0.001in，因此在模具中的收縮極小。”  此外，Hens先生還提出最后一個(gè)忠告?！敖?jīng)驗(yàn)表明，有些模具廠在認(rèn)識(shí)到他們所面臨的挑戰(zhàn)前已經(jīng)制造了一些質(zhì)量不好的模具。”他說，“不管什么時(shí)候，當(dāng)一個(gè)模具廠為一家MIM生產(chǎn)廠制造了第一個(gè)模具以后，再加上模具的設(shè)計(jì)，已經(jīng)花費(fèi)了很多的時(shí)間。一般來說，其結(jié)果是模具很好，達(dá)到了預(yù)定的工作目標(biāo)，或者是在經(jīng)過第一個(gè)模具試用以后，只做了很少的一點(diǎn)改動(dòng)。仔細(xì)地分析第一個(gè)模具的細(xì)節(jié)似乎比較容易，但由此會(huì)對(duì)模具的細(xì)節(jié)產(chǎn)生過分的信心?；ㄙM(fèi)很多的時(shí)間和資金調(diào)試第二個(gè)模具的情況也并不是不正常，有時(shí)候往往涉及到返工的問題。在這一點(diǎn)上，模具制造商懂得了道路的艱辛，如果他們?cè)谶@一點(diǎn)上不放棄MIM模具，那么一般來說，之后生產(chǎn)的模具將是非常優(yōu)秀的。”