粉末注射成型（PIM）与其他净成形工艺的比较

图1用来判断一个零件是否可采用PIM生产的技术方面的决策树

这里的分类采用如图1所示的决策树。首先是判断PIM是否用作主要的成型工艺，接着是判断产品是否是具有三维几何特征的零件（主要是区别于线缆、薄板、管或板块）。后面考虑的是生产批量的经济性，就是订单的数量，用来判断模具和设备的成本。图2给出的是经济性的生产批量，集中比较PIM与其他净成形工艺的优点和局限性。

图2几种净成型工艺的经济的批量范围

生产三维形状产品通常有三种方法:增加材料，去除材料或复制过程。一般的增加树料的过程，如选择性激光烧结，在产量超过10件时经济性不好。机加工和磨削加工时去除材料的过程,很适合形状简单的零件，材料的去除量小。例如，车床用来生产圆柱形的零件，生产效率会很高。像PIM这样的复制工艺对于大批量生产三维形状的零件是最有用的。

这里还包括模压、等静压、粉浆浇注、锻造和几种铸造工艺。这些工艺需要制造一个带有与零件几何负像的主模具，然后在负像内填人材料，从而形成出一个正像的复制品。作为一种复制工艺PIM是相当成功的，因为它可以用于几乎所有的耐用材料，并获得优越的性能，以及成形三维零件。PIM零件的性能可以与机加工、铸造、粉末压制和冲压工艺相当。

首先，通过图1所给出的决策树对净成形工艺进行筛选和对比，包括以下复制和去除材料的方法:

其他方法不适合于大批量生产的情形。因此，为了继续进行技术分析，需要检查这些净成形方法的工艺能力，包括基于以下因素的设计要求：

许多其他的复制技术受到形状范围的限制，尤其是当需要采用高压成形时，如模压和热锻。模具的加载和零件的顶出没有滑块或型芯，因此零件仅仅可以在压制方向复制形状。同样，设备的成本也随着尺寸的增加而增加，尤其是高压工艺，因此限制了不同工艺的放大。图3比较了几种净成形工艺允许的典型公差。

图3几种净成形工艺可以达到的公差范围

图4给出几种净成形工艺能达到的典型表面粗糙度。比较可知，PIM优于铸造工艺，但是比精密机加工要差。

图4几种净成形工艺能达到的典型表面粗糙度范围

表1总结了用于大批量生产离散三维零件的几种净成形工艺，列出了各种工艺的优点和局限性。每个工艺都有最适合的特定特征组合。PIM可以成形的零件的形状范最广，这是PIM工艺的长处，但是与锻造、铸造、机加工和其他如热等静压和冷等静压之类的粉末工艺相比，PIM在零件尺寸范围上通常受到限制。

表1与PIM竞争的几种成型工艺的优点和局限性

对硬质合金和陶瓷，用于PIM的粉末通常与用于模压、粉浆浇注或冷等静压的粉末之间是没有差别的。然而，这些方法在可成形零件的形状复杂性方面是不同的。另一方面，对于很多金属材料体系，PIM粉末比锭材或棒料的成本要高。PIM方法在生产中不需要像机加工那样去除材料，因此节约的成本必须要能够弥补原材料成本上的差距。通常决定是否采用PIM方法要综合考虑形状、生产效率和尺寸精度。如果模压零件需要磨削或精加工这样的后续加工,那么PIM常常是更好的选择。

图5集中成型工艺的零件形状复杂性和经济批量相互作用关系示意图

图6三种工艺单件成本与形状复杂性之间的关系

PIM模具的成本和塑料注射模具差不多，二者都很贵，因此只有生产批量足够大时，才能分摊模具成本。图7说明了PIM和其他几种净成形工艺的相对工模具成本。在生产批量较低时，PIM有它的弱点，但对于大批量生产是划算的。 

图7 PIM和其他几种净成型工艺的工模具成本比较

因此，成本是最后决策是否采用PIM的关键参数。显然这些工艺间的竞争中，PIM有很多胜出的例子，对于复杂些的几何形状，零件的制造成本降低为其他工艺的l/6-1/8。

图8PIM和其他净成型工艺的相关属性比较的区域图

来源：《粉末注射成形:材料、性能、设计与应用》 (美) Randall M. German, (中) 宋久鹏著

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原文始发于微信公众号（艾邦陶瓷展）：粉末注射成型（PIM）与其他净成形工艺的比较