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粉末注射成形MIM之汽车篇
发布时间:2019-10-25
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粉末注射成形MIM之汽车篇

 

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MIM技术与传统加工方法相比,MIM零件具有高精度、高强度、高形状复杂度、材料多样化、成本低等特点,因而MIM技术在汽车上得到了广泛的应用。

目前应用在汽车上的MIM零件一般都是铁基材料,主要有Fe-Ni合金钢、Fe-0.4C-1Cr-0.75Mn-0.2Mo合金钢、预合金化的Cr-Mo-C钢、Ni-Cr-Mo-C钢、316L17-4PH400系列、HK 系列不锈钢、Inconel713C 镍基耐热高温合金钢等。下图为MIM技术在汽车上的部分应用实例。

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MIM技术在汽车上的部分应用实例

 

汽车发动机的摇臂零件

汽车发动机的可变配气相位(VVT)系统中使用的摇臂零件形状十分复杂,它就是用MIM工艺制造的一个标志性零件。关于制造这个零件的3种制造工艺——MIM、锻造和精密铸造,日本活塞环公司进行过详细的对比分析,见下表。由表中数据不难看出,除了力学性能较低外(但能满足用途要求),其余各项指标都比锻造与精铸要强,在直接成形的产品中,几何形状的复杂程度高。表面粗糙度值小。可直接成形的壁厚较薄、孔较小。和精铸的尺寸精度±0.2mm 与锻造的±0.1mm 相比,MIM为±0.05mm,有很大改进。一些几何形状特征可直接成形,大大减少切削加工的工作量,从而达到节能、省材的目的。和锻造与精铸相比,每个零件的生产成本至少可相应节省约20%。

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摇臂零件的MIM工艺和锻造、精铸的技术和经济对比分析

 

喷油器

汽车发动机上的电控汽油喷油器由 20 多个零件组成,其中铁芯、衔铁、导磁片、导向体等零部件构成喷油器的磁路结构,这些部件都是由软磁合金材料制造的。

通过 MIM 技术用铁基纳米晶软磁粉制造的零部件,与传统的汽油喷油器相比较,MIM 技术制造的喷油器综合性能得到改善。

 

喷油嘴

喷油嘴这样复杂、细小的异型件,传统工艺只能把该产品分解为几个零件单独制造,最后装配为一个整体,生产效率极低,性能难于达到要求。而采用金属粉末注射成形技术制造时,可以使包括油管(内孔)在内的喷油嘴一次整体成形,生产成本下降,生产效率提高,也提高了产品的使用性能。MIM技术生产的喷油嘴采用2%Fe-Ni材料,密度最大可以达到7.5g/cm3,铜焊性良好,质量仅有11g

 

发动机连杆

发动机连杆承受着压-拉载荷,要求在该载荷下的疲劳寿命达到500 万次以上。汽车发动机连杆多采用精锻而成,而且寿命要达到500万次以上是很困难的。为了降低连杆的生产成本和提高寿命,国外许多生产厂家采用金属粉末冶金技术生产连杆,如美国通用汽车公司的别克轿车发动机连杆采用金属粉末注射成形;德国宝马公司发动机连杆也采用粉末注射成形,材料为werhodit70werhoditFeCuC,密度7.65g/cm3,抗拉强度1041 MPa。汽车连杆采用金属粉末注射成形,不仅减少了生产工序、降低了成本、极大提高生产效率,而且能够满足产品的使用性能。

 

换挡杆 

这是一个用量非常大的MIM零件,用于乘用车手动变速器。这个零件的生产过程是注射成型,烧结,硬化处理及组装轴。用的材料是Fe2Ni,零件在烧结后要进行渗碳淬火。

 

涡轮增压器

涡轮增压器主要由涡轮、泵轮、转子、叶轮等组成,利用发动机排出的高压废气产生的惯性力驱动泵轮转动,通过转子带动涡轮旋转,使发动机进气压力增加。其结构异常复杂、工作环境恶劣、精度要求高,然而其他加工方法成本较高、精度不易控制。涡轮增压器零部件主要是由镍基超高温合金、钛合金等材料组成,以前采用传统的粉末冶金技术加工。

德国的 BASF 公司在 MIM涡轮增压器零部件上做出了很大的贡献,BASF 公司使用独特的 Catamold 工艺制造出 MIM 涡轮增压器零部件。并在室温下对 MIM 零件和精密铸造样品的机械强度进行了对比,结果如表所示,这证明了采用 Catamold 工艺可以获得优异的材料性能。


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 室温下对MIM 零件和熔模铸造样品的机械强度对比

 

在国内,北京科技大学曲选辉等以氩气雾化 K418合金粉末为原料,添加自主设计的多组元石蜡基粘结剂, 并采用注射成形技术制备出复杂形状增压涡轮,通过后续热等静压和热处理工艺优化制备出致密、组织成分均匀、力学性能优异、外形轮廓符合使用要求、表面光洁度良好的增压涡轮。突破了复杂形状增压涡轮模具结构设计、注射成形工艺参数优化、烧结致密化与尺寸精度控制等关键技术难点,综合力学性能较铸造涡轮显著提升。

 

涡轮增压器叶片

在汽车柴油机涡轮增压器中用的这种MIM可变截面喷嘴叶片的产量很大。这个零件能达到严格的尺寸公差要求,用切削加工可使叶片叶型达到±0.015mm的精度。

叶片是用专用模具生产的,这种模具打开时具有极好的滑动功能,在脱出时可减小变形。MIM生产可使生产成本减低20%

 

传感器

随着科技的进步, 应用在汽车上的传感器种类和功能趋向于多元化、智能化、小型化发展。根据应用区域不同,传感器壳被用于发动机、底盘、车身、导航等系统。

发动机、底盘、车身、导航等系统上很多传感器都已经应用 MIM 工艺制造, 例如压力传感器组件、安全气囊传感器嵌入件、氧传感器、转向传感器、巡航控制传感器座、传感器外壳等

 

汽车安全气囊传感器嵌入组件

汽车安全气囊传感器嵌入组件由 3 个 MIM 零件组成,即 D型轴、嵌入接片和点火销。这3个零件原来都是用精铸生产的,现已改用 MIM 工艺,由不锈钢制造,经热处理后,抗拉强度为 1 170MPa、屈服强度为 1 100MPa、硬度为 38~41HRC、伸长率为7.0%、密度为 7.60~7.68g / cm3MIM 比精铸的零件表面粗糙度好,抗拉强度高,还能将零件进化组合,从而减少零件数量,降低生产成本。

 

汽车用磁性传感器

这个零件是由非磁性(铁素体)不锈钢与磁性(奥氏体)不锈钢用MIM工艺生产复合制成。

  

同步环

同步器的基本原理是靠同步环的锥面在两个齿轮之间进行摩擦,使快的减慢,慢的加快。达到同步后,才能使齿圈接合。以前,同步器的同步环多数用黄铜精锻而成,需加热、制坯、预成形、终锻、切边、精整等许多工序,费工、费料。近年来,国内外一些汽车厂家为进一步降低成本和提高寿命,许多新设计的变速器同步器的同步环改用粉末注射成形,简化了生产工序。

 

减振器零件

筒式减振器中的活塞、压缩阀座和连杆导向座等零件形状比较复杂,需加工的小孔比较多,对尺寸精度、耐磨性要求较高,采用传统的机械加工费工、费料、生产效率极低。而采用金属粉末注射成形方法制造,可以使包括许多小孔在内的复杂零件一次整体成形,降低了生产成本,提高了生产效率。

 

汽车传动件

下图为德国采用 MIM 技术生产的汽车传动件,其利用2%Fe-Ni材料,密度最大可以达到7.4g/cm3,抗拉强度达到450MPa。与传统工艺比,生产成本下降、生产效率提高,提高了产品的使用性能。

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MIM技术生产的汽车传动件

 

 MIM 技术的应用对产品的高质量化、小型化、功能 集成化、轻量化特别是低成本化等方面起到了重大作用,在汽车工业将得到巨大的发展。采用MIM技术,可以将以前的细小复杂的汽车部件设计为一个整体,一次整体成形,使汽车零部件达到微型化、功能集成化、轻量化、低成本化。如可成形各种外部切槽、外螺纹、锥形外表面、交叉孔、盲孔、凹槽与键销、加强筋板、面滚花等。正是这种独特的复合特点使粉末注射成形技术具有极强的竞争力,因此在世界范围内发展十分迅速。

 

END

 

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7月1-3日   深圳会展中心

 

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