MIM（金属粉末注射成型）模具要点

MIM模具与注塑模具有几点不同的地方，喂料的导热性会比塑胶高好几倍，导致流动性会差很多，以及MIM模具的缩水率通常在15％~22％，比注塑模具要大的多，导致在生胚密度及烧结尺寸的控制上难度加大，很多公司在这个问题上犯错误，另外金属粉末对炮筒和模具的破坏力要比塑胶强的多，等等诸多的不同，所以我们在设计MIM模具时要有一些改变：

a, 模具钢材----要选用高耐磨的热处理钢，但并不是说用做钨喂料的钢材来做不锈钢喂料的模具，这样会有一定成本的浪费，所以根据喂料来选择钢材b, 热流道----液态热流道比电热流道稳定，会得到密度更均匀的生坯，烧结的变形会更小

c,流道及浇口----由于缩水率较大，且喂料的高导热性，所以流道及浇口的排布一定要平衡，否则烧结后的整形工作比较麻烦，有些严重的要用机加工来修正尺寸，会导致制造成本的增加

d,模具灌嘴里料头的长度尽量做短，减短喂料的流动路径，会减少热损失（如下图）

e,模具型腔表面处理----腊纹是MIM产品上较普遍的问题，模具表面的处理会改善腊纹的状况，一般在模具加工时做VDI18放电处理，与之相对应的其它数据如下：

模具和成型工艺每套模具都不一样，和注塑一样，需要对每个产品不同的问题点进行模具设计评估、试模、量试。直到新产品导入合格。这也是目前大部分MIM厂最头疼的事情。模具比注塑的结构相对简单，而且即使模仁尺寸整体做大了或整体做小了，也不用修模，只要调整喂料中金属粉末的百分比就行了，一般我们是选用另外一个百分比的喂料来解决模具尺寸不合格问题的。

在整个注塑行业，模具都是很重要的一个环节，那么在粉末注射成型工艺里面，模具有多重要呢？首先我们来看一下整个MIM制程中问题的分布状况，

从上图分析可知，问题大部分出自模具。

用模具成型后只要得到合格的生坯，脱脂和烧结良率一般都很高。

特别在中国市场，MIM发展迅速，大量缺乏专业的粉末注塑工程师，大部分都是从做塑胶转行到金属粉末，所以模具设计依然留有塑胶模的风格。

但是这个对我们的粉末注塑是非常不利的，以下是MIM模具设计的重点：

1. 1.   模具材料或同硬度耐磨钢材

1. 2. 流道和浇口设计

流道要尽量短

需要设计冷料井

避免有尖锐的拐角（否则铁塑分离）

流道截面积尽量是圆形

为了简短料头长度可加长喷嘴

3. 模具水路设计

水路设计要平衡，否则会影响到产品的流动性、填充、外观、烧结后的变形，尺寸不稳定等诸多问题

4.模具排气

如果模具排气不良，产品外观结合线，产生黑纹，针对肉厚件会产生孔洞。气泡不良基本上都是模具排气不良造成的。对于排气困难的模具可以考虑用透气钢。

其它一些模具设计要点：

    分型线不要在功能面区域

    进浇口不要直接正对喂料流动方向，避免喷射

    产品在排位时考虑到机械手取放方便及放在烧结板上方向是否正确

    模具型腔表面做一些放电纹或者微观处理，防止铁素分离

烧结后的产品的尺寸、形状、密度、外观是否ok，这些因素等都跟模具有着必然的联系。

·结合线和顶针设计在不重要的位置

除非不得已，尽量避免用潜伏式浇口，根据我们现有产品的经验，潜伏式浇口由于原料特别脆且缺乏韧性，一般很难自动脱模，往往回断在模具里面，甚至有的用钢针才能抠出来，打下一模，很难实现全自动生产

虽然MIM基本上是各项同性的，但是成型件受外力作用，尺寸会发生变化，外力包括注射成型充填时模具的粘滞力、脱除粘结剂时的重力，烧结收缩时地底盘的摩擦力，这些力对产品的影响比注塑要复杂且影响大，因此在设计模具时一定要考虑到这些因素

MIM模具设计计算机辅助工程CAE

如果模具设计人员水平不是足够高的话，建议最好采用模流分析事先对模具设计方案进行评估。以避免模具开出来出现重大设计缺陷。

Moldflow材料若含有MIM成形材料示意

MIM产品的流动性模拟与短射实验比对流动模式验证

1）浇口为防止喷射效果模拟

2）充填10%对比

3）充填30%对比

4）充填50%对比

5）充填70%对比

6）充填90%对比

从Moldflow 短射模拟可以看出，分析与实际流动模式有90%以上吻合。然而在数百套模具的实际分析案例中，只有70%是吻合的，因为Moldflow设计人员不完全具备一些成形的核心技术，因此在算法上有一些因子没有考虑进去，例如原料冷却快慢除了和温度（模温、料温）有关外，和压力依存性也有一个函数关系，甚至绝大多数成形技术人员和工程师都不知道这层关系。

断裂改善对策

以上产品烧结后易在融合线位置断裂，对此，我们运用Moldflow模拟不同的浇口方案，改善过程如下：

改善方案1：薄膜浇口

融合线移动至产品较厚的区域

模具变变更成本高且结构复杂

浇口难于移除

改善方案2：轮辐式浇口

融合线移动至产品较厚的区域

模具变更成本高且结构复杂

轮辐式浇口会产生较多条融合线

浇口难于移除

改善方案3：侧浇口（2个）

模具结构简单，变更成本较低

生产三条融合线

浇口易于移除

改善方案4：侧浇口（2侧）

融合线移至产品较厚的区域

浇口易于移除

产品中央易产生包风

改善方案5：减少产品壁厚

为了避免严重的竞流效应，减少产品中央的肉厚（6.48=》3.8mm）

产品恐在烧结时扭曲变形，需准备相关治具与烧结时固定生坯

总结

1. 所选择射料可准确的预测融合线位置与相遇角度

2. 模具设计变更方案建议采侧边双浇口#1设计

3. 经厂商变更浇口位置后，MIM成品烧结后不再断裂

从以上案例可以看出因此在MIM开模前运用Moldflow进行预测成形缺陷，并及时进行优化具有非常重要的设计指导意义和经济意义。

热流道在多腔MIM模具上的应用

由于3C行业中的MIM产品通常具备以下特点：

    3C行业中的MIM产品

    产品重量小于 1 g

    产品周期短

    产量极高

    产品与流道的比小于1

    高的注塑效率

最适合的模具类型非液态热流道莫属。

事实上，如果运用热流道，因为需要流道与滑块相交，流道长度大于 13 cm，会导致喂料温度下降，填充困难，从而出现品质问题。。

因此会对模具设计有非常复杂的要求：

    流道板液态加热

    特殊加热系统

    一致的温度分布

    良好的与模具之间的隔热

并且，需要很短的冷流道

    冷料的存储

    热流道到模具的温差

    流道小于产品

从而来获得更好的品质，更小的喂料用量，并保证流道与产品的比率小于1

液态热流道的优势：

    均匀的温度分布

    一致的喂料黏度

    没有过热现象

    喂料不会被降解                         

    喂料在模腔内的温度更高

    结果

    生产品质一致性高

    产品品质更高

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