新闻中心

　　提到转轴加工，不少人首先想到车削、磨削、冷镦或走心机。对于结构简单的圆柱轴，这些传统工艺确实成熟高效。但当转轴尺寸较小，同时带有扁位、凸台、花键、横孔、卡槽或异形端头时，机加工工序会明显增加。此时，转轴MIM加工便成为一种值得考虑的成形方案。

　　MIM是Metal Injection Molding的缩写，中文称为金属注射成形。它利用注塑方式制造复杂金属零件，再经过脱脂和烧结获得最终性能。MIM适合什么样的转轴?尺寸精度如何控制?哪些位置还需要二次加工?这些问题应在开模之前判断清楚。

　　第一关：先判断转轴是否真的适合MIM

　　并不是所有转轴都适合使用MIM工艺。如果零件只是直径均匀的长圆杆，两端做简单倒角，车削、磨削或冷镦通常更加直接。强行改用MIM，不但需要投入模具，还会增加脱脂、烧结和变形控制的难度。

　　1、转轴MIM加工更适合以下结构：

　　2、转轴尺寸较小，但外形细节较多;

　　3、一端带D形面、扁位或异形驱动结构;

　　4、轴体带环槽、卡扣、凸台或定位齿;

　　5、存在横孔、盲孔或非贯通槽;

　　6、需要把原来多个零件合并成一个整体;

　　7、机械加工装夹次数多，材料利用率较低;

　　8、产品需求量较大，可以分摊模具费用。

　　MIM的价值不在于制造一根普通圆轴，而在于把原本需要车、铣、钻、焊接或压装的结构一次成形。金属注射成形协会也将零件整合、减少材料以及直接成形功能结构列为MIM设计的重要方向。

　　第二关：看懂转轴MIM加工的形成过程

　　MIM不是把金属熔化后直接注入模具。生产时先将细金属粉末与粘结剂混合，制成能够流动的喂料，再通过注射机填充模具型腔。

　　注射完成后的坯件通常称为生坯。生坯外形已经接近转轴设计形状，但内部含有较多粘结剂，强度有限。随后需要进行脱脂，逐步去除粘结成分，再把零件送入烧结炉，使金属颗粒在高温下结合和致密化。BASF公开的MIM工艺资料同样将注射、脱脂和烧结列为主要制造阶段。

　　烧结后的转轴可以根据要求进行整形、磨削、热处理、抛光、钝化、电镀或PVD处理。MIM属于近净成形工艺，但不代表任何尺寸都能完全免除后加工。

　　第三关：把烧结收缩纳入尺寸设计

　　转轴MIM加工最需要重视的，不是模具型腔能否做出来，而是烧结后尺寸能否稳定。

　　生坯在脱脂和烧结过程中会发生整体收缩，因此模具尺寸必须预先放大。收缩并非所有方向完全一致，零件形状、壁厚、进胶位置、粉末分布和烧结摆放方式都会产生影响。MPIF相关资料指出，MIM零件设计需要根据烧结收缩补偿尺寸，而非线性收缩往往需要通过试制和修正逐步控制。

　　转轴通常具有细长特征，比块状零件更容易出现弯曲。设计时应注意几个问题：

　　轴体直径不要突然大幅变化;

　　台阶位置尽量采用合理圆角过渡;

　　避免一侧材料过厚、另一侧过薄;

　　进胶口位置不能破坏关键配合面;

　　烧结时应设计稳定的摆放方向和支撑治具;

　　关键同轴度不能只依靠模具精度保证。

　　如果转轴细长比过大，MIM烧结变形的控制成本可能超过机加工成本，这时应重新比较其他工艺。

　　第四关：区分“成形尺寸”和“功能尺寸”

　　产品图纸上有很多尺寸，但并非每个尺寸都需要相同精度。转轴MIM加工能否经济量产，关键在于把功能尺寸和普通结构尺寸分开管理。

　　外观轮廓、非配合台阶、凹槽和文字标记，可以尽量采用烧结状态交付。轴承安装位、油封接触面、齿轮压装位以及要求较高的同轴度、圆柱度和表面粗糙度，则可能需要磨削、精车或校直。

　　如果图纸上所有尺寸都标注很小的公差，供应商只能增加整形、全检和二次加工，MIM的成本优势便会被削弱。设计人员应根据真实装配功能分配公差，而不是把机加工图纸原封不动地交给MIM厂家报价。

　　第五关：材料选择要服从使用条件

　　不同转轴承受的载荷和环境差异很大。材料不能只按照硬度选择，还应考虑耐腐蚀性、磁性、韧性、耐磨性和后续表面处理。

　　17-4PH不锈钢具有较好的强度和耐腐蚀性能，常用于结构强度要求较高的转轴。316L不锈钢耐腐蚀性和韧性较好，适用于医疗器械、食品设备及潮湿环境，但其硬度和耐磨能力需要结合实际工况判断。BASF的MIM材料资料也将17-4PH用于高强度、耐腐蚀场合，将316L用于重视耐腐蚀和韧性的零件。

　　低合金钢适合需要热处理强化的机械传动件，工具钢则可用于耐磨要求较高的结构。材料确定后，还要明确硬度范围、热处理状态和表面防护要求，避免只在图纸上写一个模糊的材料牌号。

　　第六关：转轴强度不能只看静态扭矩

　　转轴在工作中可能承受扭转、弯曲、冲击和频繁启停。智能锁、微型电机、折叠铰链和汽车执行器中的转轴，实际峰值负载往往出现在启动、反转或机构卡滞的瞬间。

　　MIM零件内部可能存在一定孔隙，因此材料性能不能直接照搬同牌号锻材或棒材数据。设计时应取得供应商对应材料和工艺状态下的性能报告，再根据转轴受力位置设置安全余量。

　　对于安全性或寿命要求较高的产品，可以安排：

　　1、最大扭矩破坏测试;

　　2、正反转疲劳测试;

　　3、径向弯曲测试;

　　4、压装保持力测试;

　　5、高低温循环测试;

　　6、盐雾或耐腐蚀测试;

　　7、跌落和堵转冲击测试。

　　如果失效位置总是集中在台阶根部、孔边或花键过渡处，应先调整结构圆角和截面变化，而不是单纯提高材料硬度。

　　第七关：提前处理容易出现的缺陷

　　转轴MIM加工常见问题包括填充不足、熔接痕、气孔、脱脂开裂、烧结变形和表面麻点。

　　细长轴的一端如果离进胶口过远，喂料可能无法充分填充。横孔、薄槽和尖角附近容易形成熔接痕，并成为受力薄弱位置。脱脂速度控制不当，生坯内部气体无法顺利排出，也可能产生鼓包或裂纹。

　　解决这些问题不能只在量产后挑选不良品。开模前应检查进胶方向、排气、壁厚和分型线位置;试模阶段则要记录注射压力、温度、脱脂曲线及烧结摆放方式。只有工艺窗口稳定，批量尺寸才不会频繁漂移。

　　第八关：算成本时不能只看单件报价

　　MIM前期需要模具投入，生产过程还包括注射、脱脂、烧结和质量检验。因此，小批量样件未必比机加工便宜。

　　当产量提高后，一套多腔模具可以持续生产，复杂结构也不需要逐个铣削和钻孔，单件成本才有机会下降。BASF将MIM描述为适合自动化和批量生产的近净成形工艺，并指出该工艺能够获得较高的材料利用率。

　　评估转轴MIM加工成本时，应把以下项目放在一起比较：

　　模具及试模费用;

　　喂料和烧结费用;

　　整形治具费用;

　　热处理和表面处理费用;

　　磨削、钻孔等二次加工费用;

　　检具与全尺寸测量费用;

　　不良率和后期筛选成本;

　　原方案的加工工时与材料损耗。

　　如果MIM可以将轴、凸轮和驱动端整合为一个零件，还能减少压装、焊接和装配工序，其价值可能不只体现在单件价格上。

　　从样件走到量产，需要验证哪些内容?

　　样件阶段应先确认材料性能、外观、主要尺寸和装配功能。尺寸合格后，还要进行多批次验证，观察不同炉次之间的收缩变化。

　　量产前建议明确关键尺寸检验频率、材料批次管理、烧结炉记录和不合格品处理方式。汽车、医疗或高可靠性项目，还应根据质量体系要求完成过程能力分析、测量系统分析及产品追溯。

　　选择供应商时，不要只看是否拥有注射机。模具补偿能力、脱脂烧结经验、整形治具设计和二次加工能力，往往更能决定转轴最终质量。