粉末注射成形：材料‧性能‧設計與應用（簡體書）

作者：宋久鵬 （美國）日爾曼（Randall M.German）

《粉末注射成形:材料、性能、設計與應用》系統介紹了粉末注射成形（PIM）的材料、性能、設計和應用方面的知識，內容包括PIM技術的概述，產品設計，模具設計及工序能力分析，粉末材料與產品性能，后續加工，成本控制，應用與市場，PIM相關新技術，產品實例與要點分析，PIM工業的相關信息等。
《粉末注射成形:材料、性能、設計與應用》既是關于PIM現狀的總結報告，也是相關數據的參考資源。許多表格、圖形、實例研究、性能參數的匯總被編成獨立的形式，也可以根據需要直接查閱。
《粉末注射成形:材料、性能、設計與應用》總結了PIM基礎研究和商業化生產經驗中的大量知識，講解了如何設計和最佳應用PIM工藝，對加速PIM的應用有很強的參考價值。

前言
致謝
作者簡介
第1章 粉末注射成形（PIM）簡介
1.1 金屬和陶瓷粉末注射成形概述
1.1.1 本書的宗旨
1.1.2 PIM概述
1.1.3 PIM的發展歷程
1.1.4 PIM的科研工作
1.1.5 PIM的技術劃分
1.1.6 重要術語
1.2 工藝的優越性
1.2.1 PIM的顯著特點
1.2.2 PIM與模壓比較
1.2.3 PIM與注塑的關系
1.2.4 工藝的柔性化程度
1.2.5 PIM的適用場合
1.3 PIM的主要工序
1.3.1 喂料制備
1.3.2 注射
1.3.3 熱加工
1.3.4 工程設計需要考慮的方面
1.4 PIM與其他凈成形工藝的比較
1.4.1 加工能力
1.4.2 成本因素
1.4.3 競爭優勢分析
參考文獻

第2章 產品和工藝的概念設計
2.1 設計的過程
2.1.1 設計的動機
2.1.2 提升質量和降低成本的方法
2.1.3 利用PIM的優點
2.2 PIM產品的初步識別
2.3 可選用的材料
2.4 產品的性能以及與其他工藝的比較
2.4.1 物理、化學和熱力學特性方面的比較
2.4.2 力學性能的比較
2.4.3 熱學性能的比較
2.4.4 耐腐蝕和耐磨性能的比較
2.4.5 電學和磁學性能的比較
2.5 幾何特性
2.6 設計決策的要點
參考文獻

第3章 產品的幾何設計
3.1 概述
3.2 PIM在幾何方面的加工能力
3.3 形狀及幾何尺寸的設計要點
3.3.1 肋、腹板和壁的厚度
3.3.2 孔和芯
3.3.3 螺紋和表面特征
3.3.4 伸出體和凸臺
3.3.5 倒扣
3.3.6 轉角和倒角半徑
3.3.7 錐度和拔模角
3.4 針對PIM工藝進行設計
3.5 設計指數的概念
參考文獻

第4章 模具設計與工序能力分析
4.1 產品的特征及其組合
4.2 尺寸公差與精度
4.3 尺寸公差的分配
4.4 模具的基礎知識
4.4.1 模具設計
4.4.2 模具的運動
4.4.3 模具制造
4.5 產品試制及模具
4.6 工藝過程的建模
參考文獻

第5章 粉末材料與產品性能
5.1 概述
5.2 可燒結粉末的化學成分
5.2.1 材料的可得性
5.2.2 粉末的特性
5.2.3 粉末和喂料銷售商
5.2.4 常用PIM粉末的標準化學成分
5.3 材料的選擇過程
5.4 電學性能
5.5 環境屬性——生物相容、腐蝕和氧化特性
5.6 慣性、密度和彈性特性
5.7 磁學性能
5.8 力學性能
5.8.1 金屬材料的拉伸性能
5.8.2 陶瓷材料的斷裂強度
5.8.3 斷裂韌度、沖擊和疲勞特性
5.8.4 高溫特性
5.9 光學性能
5.10 熱學性能
5.10.1 熔點和比熱容
5.10.2 熱管理性能
5.11 磨損特性
5.12 供應商之間的差異
5.13 典型的微觀結構
5.14 材料成本的考慮
參考文獻

第6章 PIM產品的后續加工
6.1 概述
6.2 變形工序
6.2.1 冷變形
6.2.2 熱變形
6.3 機加工
6.4 熱處理
6.5 連接
6.6 表面處理
6.7 檢驗
6.7.1 質量檢驗
6.7.2 定量技術
6.7.3 無損檢測
6.8 總結
參考文獻

第7章 產品開發過程中的成本控制
7.1 生產經濟性和關鍵成本因素
7.1.1 概述
7.1.2 其他競爭性的工藝
7.1.3 粉末成本
7.1.4 喂料成本
7.1.5 模具成本
7.1.6 注射成本
7.1.7 脫脂成本
7.1.8 燒結成本
7.1.9 后續加工、檢驗和包裝成本
7.2 改變設計以降低工藝成本
7.3 模具使用壽命因素
7.4 設備成本和折舊
7.5 生產訂單大小因素
7.6 公差要求對成本的影響
7.7 成本計算
7.8 采購過程
7.9 產量與產能
參考文獻

第8章 PIM的應用和市場分析
8.1 PIM的應用概述
8.2 PIM的市場
8.2.1 工業的發展
8.2.2 工業的分類
8.2.3 市場的分類
8.3 應用領域舉例
8.3.1 航空航天
8.3.2 汽車
8.3.3 商業機器
8.3.4 鑄造和熔煉工業
8.3.5 計算機
8.3.6 切削刀具
8.3.7 國防
8.3.8 牙科
8.3.9 電氣和電子零件
8.3.10 槍械
8.3.11 手動工具
8.3.12 五金器具
8.3.13 家庭和個人用品
8.3.14 工業零件和工具
8.3.15 工具儀表和傳感器
8.3.16 珠寶
8.3.17 照明
8.3.18 醫療
8.3.19 微電子和光電
8.3.20 油田和采礦
8.3.21 運動器材
8.3.22 電信
8.3.23 手表
8.4 未來可能的應用
8.4.1 新興的材料
8.4.2 新興的應用
8.4.3 工業的變化
參考文獻

第9章 PIM相關的新技術
9.1 新的工藝
9.1.1 生坯的加工和裝配
9.1.2 兩種材料的注射成形
9.1.3 氣輔和水輔注射成形
9.1.4 氣動等靜壓鍛造
9.1.5 大尺寸結構
9.1.6 微注射
9.1.7 快速模具的概念
9.2 新的材料
9.2.1 采用混合粉末的耐磨復合材料
9.2.2 高彈性模量的金屬陶瓷
9.2.3 異質微觀結構
9.2.4 通過氣氛穩定材料的化學成分
9.2.5 生物相容材料
9.2.6 預成形件熔滲
9.2.7 粘結材料
9.3 新的產品
9.3.1 有芯或中空的結構
9.3.2 控制孔隙度的結構
9.3.3 各向異性響應的結構
9.4 新的應用
參考文獻

第10章 產品實例及其要點分析
10.1 概述
10.2 實例研究
10.2.1 氣囊觸發零件
10.2.2 活體檢查儀器
10.2.3 鉆頭夾持器
10.2.4 燃燒室蓋
10.2.5 鑄造型芯
10.2.6 手機轉向節
10.2.7 手機振子
10.2.8 離心式供給管
10.2.9 摺篷汽車的車頂夾子
10.2.10 巡航控制傳感器安裝座
10.2.11 硬盤驅動器的磁性鎖
10.2.12 模塊化鉆尖
10.2.13 立銑刀
10.2.14 抽取噴嘴
10.2.15 光纖連接器
10.2.16 光纖彎曲工具
10.2.17 光纖插芯
10.2.18 燃油流量調整器
10.2.19 燃氣輪機葉輪
10.2.20 裝配了齒輪的軸
10.2.21 變速器排擋手柄
10.2.22 電子儀器組件上的玻璃和金屬間的封裝
10.2.23 噴射旋轉翼
10.2.24 陶瓷金鹵燈電弧管
10.2.25 鎖具零件
10.2.26 奢侈手表表鏈
10.2.27 彈匣解脫柄
10.2.28 金屬切削刀片
10.2.29 射釘槍擋板
10.2.30 針驅動器和末端U形夾
10.2.31 光收發器外殼
10.2.32 牙科正畸托槽
10.2.33 氧傳感器
10.2.34 紙張打孔沖頭
10.2.35 泵體
10.2.36 后瞄準器基底和滑塊
10.2.37 步槍扳機護弓
10.2.38 轉動傳感器
10.2.39 保險按鈕
10.2.40 噴淋閥門
10.2.41 螺線管閥體
10.2.42 噴嘴
10.2.43 轉向系統的U形夾
10.2.44 手術剪刀
10.2.45 手術吻合器
10.2.46 餐具
10.2.47 茶杯
10.2.48 牙刷齒輪
10.2.49 修剪器刀片
10.2.50 渦輪增壓器轉子
10.2.51 可變氣閥搖臂
10.2.52 酒瓶塞
10.2.53 手表座
參考文獻

第11章 PIM工業結構和企業運營
11.1 工業的特點
11.2 工業結構及其劃分
11.2.1 工業的成熟
11.2.2 四種層次的比較
11.2.3 附設生產和用戶定制生產
11.3 財務方面的比較
11.4 地理上的分布
11.5 材料上的分布
11.6 銷售和供應商的基本情況
11.7 相對銷售業績
11.8 增長預測
11.9 PIM企業的常見錯誤概念
11.10 PIM企業的常見問題
11.11 PIM企業的最佳實踐
11.12 PIM企業采用的規范和標準
11.12.1 質量標準
11.12.2 材料標準
11.12.3 產品標準
11.12.4 測試標準
11.12.5 測試目的
11.13 其他有用信息
11.13.1 PIM的重要論文
11.13.2 PIM的重要專利
11.13.3 PIM有關的會議
參考文獻

附錄
附錄A 模具的制造材料與特性
附錄B 粉末生產、粉末特征以及粉末和喂料的供應商
附錄C 后續加工與檢驗
附錄D 模具的成本計算
附錄E 零件的成本計算
附錄F 質量計劃框架

前面一節簡要介紹了PIM及其與模壓燒結的關系。注塑是另一種影響著PIM的關鍵技術。事實上，一旦PIM技術建立后，流行的方式是注塑模具制造商同時開始提供金屬和陶瓷模具。PIM的成形機器、模具、甚至注射周期與注塑很相似。許多注塑模具組件被用來演示這些相似性，顯然P1M和注塑具有很多共同之處。然而，所有的相似性在注射階段之后就沒有了。塑料件在注射成形后沒有如燒結那樣的后續操作以及15％左右的尺寸收縮。此外，注塑不像PIM那樣，關注在注射之后的工序中材料組成和微觀結構的控制。
PIM和注塑的其他差別在性能和經濟性方面。對于注塑，樹脂是最大的成本因素。然而與之不同的是注射后的脫脂和燒結工序則是PIM重要的成本組成。這使得成本的度量由注塑中的樹脂成本轉變為PIM中的工藝成本。就應用而言，許多領域同時使用塑料和PIM零件，因此這不是本質上的差別。但在性能方面卻是截然不同的，首先是零件的質量。與塑料相比，金屬和陶瓷的密度要高得多，并且它們具有塑料所不具備的熱、電、磁、力學、磨損和其他方面的性能。事實上，注塑和PIM是相互補充的。PIM僅僅是在低成本的注塑不能獲得必需的性能時才被應用。舉個例子，常用聚乙烯的有效強度小于20MPa，而PIM鋼的強度則高出20～100倍。僅僅一些纖維增強特殊高分子系統（如凱夫拉爾環氧樹脂Kevlar-epoxy）可能達到這一級別的性能（典型的成本代價是高分子的10-100倍）。盡管兩種技術使用同樣的注射機、模具設計方法和注射操作，但是通過PIM制造出的零件的工程特性超過了同時代的塑料所能達到的范圍。