金属注射成型 助力航空制造

一架波音 737NG 中，大约有 70 万个部件，迄今为止已制造完成了 7000 多架这样的飞机。其中有许多零件是通过传统的制造方法生产的，这些方法需要压铸和各种后处理工艺，包括机加工、金属表面处理、电镀等。 金属注射成型（MIM）技术为大量紧固件、螺钉、安全带部件、翼襟、密封件、衬套和许多航空零部件提供了替代性并且更好的加工方法。通过使用 MIM，这些重要的航空航天零部件制造可以节省成本、减轻重量、提高耐用性并美化外观。

周转时间

每个金属注射成型（MIM）项目都需要从模具设计和构建开始，这可能需要 16 周时间。一旦设定好以后，2,500 或更高数量的烧结零件的批量生产通常可在 4 周或更短时间内完成。 飞机设计师应该考虑初始模具成本和一年期零件的价 格，然后在该零件的预设计寿命中分摊。与内部或外包精密加工零件相比，这种金属注射成型在质量、价格和准时交货方面更加一致和可靠。

合适的制造工艺

自 20 世纪 80 年代以来，航空航天设计人员已经在一 些主要的飞机零部件生产中使用了金属注射成型，但金属 注射成型并没有吸引大量用户。现在，为了寻求更好的办 法来确保质量以及节省资金，更多的设计师正在转向金属 注射成型技术。预计到 2026 年，全球将生产超过 49,000 架飞机，金属注射成型可以对这一数量庞大的零部件生产 提供支持。 正如复合纤维已取代机身和机翼结构中的铝合金，陶 瓷也在关键发动机部件中发挥重要作用，如今金属注射成 型零部件也正在取代较小的传统金属部件。作为一种用于 生产实心金属零件的网状成型工艺，它将塑料注塑成型的 设计灵活性与金属锻造的优异材料特性相结合。 金属注射成型将金属粉末与热塑性粘合剂混合，并注 射于型腔。对模塑部件进行热处理（烧结），除去粘合剂，同时产生高密度的零部件。因为它是一种成型工艺，所以可 在许多不同的金属合金中实现高度复杂的三维几何形状，几 乎没有限制。 电子元件可以是金属注射成型的优秀候补选手，能实现 优异的机械性能，例如微型开关、连接器、螺线管、散热器、 光学连接器和配线架。

金属注射成型的优点

传统上，航空航天制造商在较小的零件设计中使用粉末 冶金（PM）、塑料成型和精密加工，但是使用金属注射成型有几个优点。 金属注射成型部件具有更大的金属密度，疲劳强度是粉末冶金部件的 3 倍。金属注射成型部件具有原始材料的拉伸强度。此外，粉末冶金部件仅限于 2D 的形状特征，而金属 注射成型能实现航空零件中复杂的几何形状，包括根切、垂 直于主轴的孔和精密的 3D 特征。 由于重量的原因，金属注射成型通常比精密加工的航空部件更好。通常，多余的材料会留在零件中以节省加工时间 和降低成本，这样会带来多余的重量。相比之下，在金属注 射成型零件中，多余的材料被挖出，从而降低了零件重量、 制造时间、材料和金钱，以及最终零件成本。 金属注射成型要优于塑料部件，因为金属注射成型部件制造技术 Manufacturing 航空制造增刊 Aerospace Manufacturing Supplement 具有导电性、磁性、坚固性、刚性、耐化学性，并且可以在远高于大多数聚合物熔化范围的温度下操作。 驾驶舱和座椅组件以及安全带是几个可以应用金属注射 成型的例子，能实现优异的机械强度和外观，并且重量轻。

应用范围

当零件批量超过 10,000 件，尺寸范围合适，形状复杂， 需要良好的材料性能，并且想要降低成本时，金属注射成型就可以被视为帮助其降低成本的一种技术。金属注射成型可以实现的形状复杂性超出了之前描述的其他制造工艺的范围，因此几乎总是具有成本优势。 金属注射成型通常用于尺寸不是很大的零件生产。尺寸为 3 英寸或更小、重量不超过 25 克的零件是最佳的候选产品。通常可以使用金属注射成型将多个零件组合成单个的零件（组件），以免去螺钉、粘接、焊接的使用，同时能减轻重量以及降低多个组件的成本。 形状复杂性是金属注射成型最强的地方。同时表面处理的灵活性可让其实现从哑光不锈钢到高度抛光的表面处理和颜色。 轻量化是长期以来追求的一项飞机设计目标，可以通过金属注射成型实现。

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