汽车行业—MIM工艺的核心应用,地位无可替代!
一、MIM技术:精密制造的革命性突破
MIM技术是一种融合了粉末冶金与塑料注射成形两大技术优势的先进制造工艺,被誉为当今"最热门的零部件成形技术"。根据《国家重点支持的高新技术领域(2016)》,"高精密度金属注射成形(MIM)技术"被列为重点支持的高新技术领域之一。麦肯锡2018年发布的《先进制造与装配调查报告》显示,MIM技术在全球10大先进制造技术中排名第二,充分彰显了其在现代制造业中的重要地位。
MIM工艺的核心优势在于其能够生产传统制造方法难以实现的复杂几何形状金属零件。该技术通过将微细金属粉末(颗粒尺寸一般为0.5-20μm)与有机粘结剂混合,注射成型后经过脱脂、烧结等工序,最终获得高精度、高强度、高复杂度的金属零件。与传统加工技术相比,MIM具有多项显著优势:形状设计几乎没有限制,可一次成型高度复杂的几何形状;材料利用率高达95%以上,远高于CNC加工的约50%;制品密度可达材料理论密度的95%-99%,远高于传统粉末成型的85%;适用于广泛的金属材料,包括不锈钢、钛合金等难加工材料。
中国已成为全球最大的MIM市场,占据全球41%左右的份额。根据行业数据,国内MIM市场规模从2011年的约10亿元快速增长至2019年的67亿元,年均复合增速超过10%。立鼎产业研究中心预计,到2025年中国MIM市场规模将达到121.9亿元。从应用领域看,当前中国MIM市场主要集中在消费电子领域,其中手机应用占比59.1%,五金和汽车分别占12.0%和10.3%,消费电子(手机、智能穿戴、电脑)合计占比高达72%。但随着人形机器人、AI终端设备等新兴领域的崛起,MIM技术的应用版图正在快速扩张。
MIM工艺能够生产具有复杂形状、高精度的零部件,减少后续加工量,提高材料利用率,既可以制备传统熔炼方法难以获得的特殊性能材料,如高熔点金属材料、复合材料等,又能低成本、大批量近净成形机械零件,具有节能、省材、性能优异等优点,适合大批量生产,可制造传统方法难以制备的复杂零部件,广泛应用机械制造、汽车工业、电子信息、航空航等领域。
二、MIM工艺在汽车领域应用优势明显
成本与生产
成本低:材料利用率超95%,远高于传统工艺,且能近净成形,减少后续加工,大批量生产时单个成本更低;生产新零件品种时,其投资也低于其他方法。
适合批量:整个工艺过程易于实现自动化,生产效率高,适合大规模批量生产,能够满足汽车行业对零部件的大量需求,降低生产成本。
产品性能
高强度耐磨:制品强度高、耐磨,适用于发动机、传动系统等关键零部件,提升汽车性能与可靠性。
机械性能好:零件硬度、韧性和抗疲劳性良好,满足汽车不同工况需求。
尺寸精度高:制造机械结构零件时,径向尺寸公差精度和表面粗糙度仅次于磨削加工。
降低噪音和振动:粉末冶金零件具有较好的自润滑性和减震性能,例如在汽车变速器中应用粉末冶金同步器齿环,可有效降低换挡时的噪音和振动,提高驾驶舒适性。
设计与制造灵活性
形状复杂:可采用组合烧结、注射成形等方法,制造切削加工难以完成的复杂形状零件,满足汽车产品更高需求。可以制造出形状复杂、传统锻造或铸造工艺难以实现的零件,如汽车发动机中的链轮、行星齿轮架等,能满足汽车零部件小型化、集成化的设计要求。
设计灵活:允许设计人员创新,为汽车个性化定制提供可能。
节能环保
可以采用密度较低的金属粉末或通过控制孔隙率来制造轻量化的零件,助力汽车轻量化,提高燃油效率、降低排放,符合节能环保要求。
三、MIM工艺在汽车领域的主要应用
发动机部件
齿轮类:粉末冶金齿轮能一次成形和精整,达尺寸精度要求,少切屑或无切屑,在汽车发动机中普遍使用。如凸轮轴、曲轴正时带轮,水泵、油泵带轮,主动、从动齿轮,主动、从动链轮等。
其他部件:凸轮、轴承盖、摇臂、衬套、止推板、气门导管、进排气门阀座等。
变速箱部件
各种高低速同步器齿毂及组件、离合器齿轮、凸轮、凸轮轴、滑块、换挡杆、轴套、导块、同步环等。
制动系统部件
制动摩擦片:粉末冶金制动摩擦片具有良好的摩擦性能和耐高温性能,能够在短时间内产生较大的制动力,保证汽车的制动安全。同时,它还具有较低的磨损率和良好的稳定性,能够适应不同的制动工况。
制动盘:粉末冶金制动盘具有较高的强度和硬度,能够承受制动时的高温和高压,减少制动盘的变形和磨损,提高制动系统的可靠性和使用寿命。
汽车油泵部件
各类汽车油泵中的油泵齿轮、齿毂,油泵转子,凸轮环等。
空调压缩机部件
汽车空调压缩机部件:如压缩机的活塞、阀片等部件,采用粉末冶金工艺制造,具有良好的耐磨性和密封性,能够提高空调压缩机的性能和效率。
汽车座椅部件
粉末冶金座椅调角器具有高精度的齿轮和棘爪结构,能够实现座椅角度的精确调节,并且具有良好的可靠性和耐久性。
底盘悬挂系统部件
控制臂衬套:粉末冶金控制臂衬套具有良好的耐磨性和自润滑性,可降低噪音,提高悬挂系统的性能和可靠性。
稳定杆连杆:粉末冶金稳定杆连杆具有较高的强度和精度,能够准确传递稳定杆的作用力,减少车身侧倾。
新能源汽车的驱动电机部件
电机铁芯:采用粉末冶金工艺生产的软磁复合材料(如铁硅合金)电机铁芯,具有较高的密度和良好的磁性能,可降低铁芯的涡流损耗和磁滞损耗,提高电机的效率和功率密度。同时,粉末冶金铁芯能够实现复杂的形状设计,满足新能源汽车驱动电机对小型化、高性能的要求。
电机转轴:粉末冶金电机转轴具有高精度的尺寸公差和良好的力学性能,能够承受电机运转时的高转速和大扭矩,保证电机的稳定运行。此外,粉末冶金工艺还可以在转轴表面形成特殊的结构,如滚花、键槽等,便于安装和固定其他部件。
新能源汽车的电子控制系统部件
传感器部件:粉末冶金可用于制造传感器的外壳、支架等部件,其高精度的制造工艺能够保证传感器的安装精度和稳定性,同时粉末冶金材料的良好电磁屏蔽性能可以有效防止外界电磁干扰,提高传感器的测量精度和可靠性。
功率电子器件散热结构:新能源汽车的功率电子器件在工作时会产生大量的热量,需要高效的散热结构来保证其正常运行。粉末冶金散热结构具有良好的导热性能和复杂形状设计能力,可以根据功率电子器件的布局和散热要求,设计出个性化的散热部件,如散热鳍片、散热基板等,实现快速散热,提高电子控制系统的稳定性和使用寿命。
新能源汽车的动力电池系统
粉末冶金技术通过超纯铁精粉提纯工艺,生产锂电池正极材料(如磷酸铁锂正极),显著提升电池能量密度和循环寿命。
轻量化与结构优化部件
通过铝合金/镁合金粉末冶金件替代传统铸造件,可减轻车身重量(如减震支架、转向节)。
汽车行业一直是粉末冶金应用的最主要的领域之一。近年来,在新能源汽车快速普及的背景下,虽然传统燃油车向纯电车型的转型导致单车粉末冶金零件平均用量下降,但随着插电式混合动力车型市场占比的持续攀升(2024年渗透率已达28.6%),叠加一些新技术的产业化应用,将驱动粉末冶金在轻量化结构件、高导磁电机铁芯、耐高温轴承组件等领域的应用场景持续拓展。值得关注的是,英捷高科在金属注射成形(MIM)工艺与材料开发上具备独特的优势,开发了多款高性能复杂结构的汽车零部件产品,广泛应用于汽车涡轮增压器、油阀、减速箱、喷油嘴、齿轮箱等领域,也正推动汽车零部件制造向精密化、功能集成化方向演进!