金屬粉末注射成型技術(shù)在機(jī)務(wù)工作中的應(yīng)用

廖加偉 劉 江 馮 銳

(中國(guó)民用航空飛行學(xué)院，四川 廣漢 618307)

它的基本工作過(guò)程是：先將固體金屬粉末同有機(jī)粘結(jié)劑比如一些符合要求的聚醛基粘結(jié)劑混合均勻，接下來(lái)加熱使其保持在液化狀態(tài)下，使用注射成形機(jī)注入之前準(zhǔn)備好的相應(yīng)模具內(nèi)進(jìn)行固化成形，然后要使用溶劑脫脂或者加熱脫脂的方法去除成形坯中的粘結(jié)劑，最后一步是燒結(jié)，這步的作用是消除粉末顆粒之間的孔隙使產(chǎn)品變得更加密實(shí)，得到最終產(chǎn)品。

金屬粉末注射成型技術(shù)是結(jié)合了塑料成型、粉末冶金、和高分子化學(xué)等多學(xué)科的產(chǎn)物，它將設(shè)計(jì)品化為具有一定結(jié)構(gòu)、功能特性的制品，能夠快速準(zhǔn)確地制造高密度、高精度、三維復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)零件，而且能夠進(jìn)行批量生產(chǎn)。該工藝技術(shù)對(duì)比傳統(tǒng)的粉末冶金工藝制品不僅工藝工序少，精度高、性能優(yōu)異、機(jī)械性能強(qiáng)、生產(chǎn)成本低、經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，材料利用率更可以高達(dá)95%，是高性價(jià)比零部件的極佳選擇，特別適合于大批量生產(chǎn)工藝復(fù)雜的小零件或者具有特殊要求的金屬部件。它的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子信息工程、汽車、機(jī)械及航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。

一些形狀復(fù)雜或者太硬太脆之類的比較難以處理的材料，或者是遇到鑄造零件的時(shí)候原料容易被污染的情況，采用MIM工藝也可以帶來(lái)較好的效果，能夠大幅度節(jié)約成本。通常加工成產(chǎn)品需14道左右的工序，采用MIM工藝可以減少到只用6道工序，大約可節(jié)約一半左右的制造成本。隨著生產(chǎn)成本的增加，產(chǎn)品的材料、工時(shí)等潛在的成本能夠降得更低。因此零件越小、越精密，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益越高，MIM成型的潛力是很大的。

在平常的機(jī)務(wù)工作中,我們都有過(guò)因?yàn)楣ぞ叩牟缓线m而增加了大量的工作量的情況。比如:獎(jiǎng)狀飛機(jī)拆卸起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),飛機(jī)內(nèi)側(cè)上部的螺釘安裝和拆卸。因?yàn)闆]有合適厚度和彎度的棘輪扳手,只能通過(guò)普通的小扳手一次擰動(dòng)一絲,慢慢的拆裝螺釘。有時(shí)一個(gè)螺釘?shù)牟鹧b時(shí)間長(zhǎng)達(dá)十幾分鐘,都幾本等同拆裝一臺(tái)起動(dòng)發(fā)電機(jī)的時(shí)間了。 工具的不合適使得重復(fù)工作量與人員的疲勞大大增加。這種狀況又沒有專門現(xiàn)成可用的工具，市面上也無(wú)法購(gòu)買，遇見這種情況就可以通過(guò)UG、3DMAX等軟件設(shè)計(jì)出適用的帶彎度的較小較薄的模型，通過(guò)3D打印機(jī)或者光固化機(jī)做出樹脂、塑料模型實(shí)物。接下來(lái)就可以根據(jù)模型，利用MIM技術(shù)做出合適的金屬工具，這樣能減少開模的環(huán)節(jié)，模型如果不合適，它的修改和制造成本都能夠降到最低，當(dāng)工具做出來(lái)后能極大的提高工作效率。

同時(shí)一些飛機(jī)或者地面設(shè)備損壞的一些零部件由于缺件而又無(wú)處可買零件，無(wú)法進(jìn)行更換，從而使得整個(gè)設(shè)備無(wú)法使用的情況也時(shí)常遇見。

賽斯納第一代的525型CJ公務(wù)機(jī)最早于1997年交付給遠(yuǎn)大空調(diào),現(xiàn)在民航飛行學(xué)院所使用的是幾架第二代的525型CJ1飛機(jī)及一架第三代的CJ1+。經(jīng)過(guò)多年的使用，現(xiàn)在飛機(jī)的一些配套設(shè)施也有不少的老化損壞情況。還有些小零件，比如控件座椅移動(dòng)的扶手上的金屬扳動(dòng)開關(guān)就有一些缺失。這樣一不美觀，二是連接扳動(dòng)開關(guān)的螺桿裸露在外邊有可能劃傷乘客。對(duì)于這類設(shè)計(jì)于幾十年前的座椅，要再對(duì)這些扳動(dòng)開關(guān)進(jìn)行訂購(gòu)就很有難度。一是有可能會(huì)遇見原座椅廠停產(chǎn)此類座椅，這樣就無(wú)法訂購(gòu)零件。二是更新了座椅類型，這樣的話更新座椅又會(huì)因小失大，增加一比很大的費(fèi)用。

以飛機(jī)座椅移動(dòng)的扶手上的扳動(dòng)開關(guān)為例。遇見這種情況就可以通過(guò)金屬注射成形技術(shù)來(lái)制造自制件。先按照程序用規(guī)定格式填寫“自制件開發(fā)申請(qǐng)/批準(zhǔn)書”。獲得批準(zhǔn)后，取下停場(chǎng)飛機(jī)座椅上的開關(guān)。使用開關(guān)實(shí)體通過(guò)倒模的方法得到模型，取出扳動(dòng)開關(guān)得到中空的模具。再用一定比例的環(huán)氧化樹脂混合不銹鋼粉末，當(dāng)它還未凝結(jié)流動(dòng)性較好的時(shí)候，用注射機(jī)把它注入模具中，根據(jù)樹脂原料的不同可能需要的冷卻時(shí)間不同，經(jīng)過(guò)一天左右的時(shí)間，冷卻下來(lái)就可以得到我們需要的扳動(dòng)開關(guān)，它是具有一定剛性的粗坯，然后打開模具，取出注射成形的粗坯，再將注射孔進(jìn)行打磨拋光等處理。這樣得到的開關(guān)坯的尺寸大小外觀就與原件一模一樣。最后一步是進(jìn)行燒結(jié)，它能夠消除扳動(dòng)開關(guān)內(nèi)部粉末顆粒之間的孔隙。這樣就能得到與鑄造件幾本相同的最終零件了。采用金屬注射成型技術(shù)的零件使用了許多的粘結(jié)劑，導(dǎo)致燒結(jié)時(shí)的收縮率較大，每個(gè)零件收縮率又不一定，需要對(duì)它的尺寸精度進(jìn)行控制。大部分產(chǎn)品燒結(jié)完成后還需要進(jìn)行后期處理，包括整形、熱處理(滲碳、滲氮等)，表面處理(精磨、電鍍等等)。類似座椅調(diào)節(jié)開關(guān)之類的簡(jiǎn)單小件后期的處理就較少，MIM直接做出來(lái)幾本就能達(dá)到使用要求。

做出成品后按程序提交有關(guān)資料，技術(shù)科將申請(qǐng)書提交機(jī)務(wù)部審批。機(jī)務(wù)部按程序通過(guò)批準(zhǔn)后再提交適航委任管理部門審批。之后獲得審批后在后續(xù)使用中還要質(zhì)控和生產(chǎn)科對(duì)其進(jìn)行評(píng)估和監(jiān)控。完成領(lǐng)先使用后技術(shù)科將領(lǐng)先使用情況，報(bào)告其批準(zhǔn)使用單位或部門。包括監(jiān)控檢查記錄和使用情況分析評(píng)估報(bào)告。最后技術(shù)科和質(zhì)控部門還要對(duì)其進(jìn)行持續(xù)管理。

MIM直接運(yùn)用在飛機(jī)上的自制件就得嚴(yán)格按照程序執(zhí)行，較為復(fù)雜。通常來(lái)說(shuō)機(jī)務(wù)工作中常見的更多的是平常工作中的一些工具或者小零件的制造。一些實(shí)物可以通過(guò)翻模進(jìn)行金屬注射成形。一些設(shè)計(jì)的東西可以結(jié)合3D打印機(jī)先做出塑料模型，再通過(guò)金屬注射成形技術(shù)做成金屬件增加強(qiáng)度。

空客公司前不久宣布，該公司首次在A350 XWB系列量產(chǎn)客機(jī)上完成了3D打印鈦合金支架的安裝。使用3D打印制造的支架是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)掛架的一部分，鏈接飛機(jī)機(jī)翼和發(fā)動(dòng)機(jī)短艙?？罩锌蛙嚬痉Q這是使用“3D打印”制造飛機(jī)的歷史性第一步，具有里程碑意義。

以此看來(lái)航空航天業(yè)在不斷采用新科技新技術(shù)。MIM技術(shù)的應(yīng)用同樣具有廣闊的前景，相信它將會(huì)在航空航天業(yè)獲得巨大的發(fā)展。我國(guó)在這方面才剛剛起步，我們?cè)跈C(jī)務(wù)工作中對(duì)MIM技術(shù)的研究也是在摸著石頭過(guò)河，我們將不斷深入學(xué)習(xí)和完善該項(xiàng)應(yīng)用，緊跟時(shí)代的潮流。

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