圖1用來(lái)判斷一個(gè)零件是否可采用PIM生產(chǎn)的技術(shù)方面的決策樹(shù)
這里的分類(lèi)采用如圖1所示的決策樹(shù)。首先是判斷PIM是否用作主要的成型工藝，接著是判斷產(chǎn)品是否是具有三維幾何特征的零件（主要是區(qū)別于線(xiàn)纜、薄板、管或板塊）。后面考慮的是生產(chǎn)批量的經(jīng)濟(jì)性，就是訂單的數(shù)量，用來(lái)判斷模具和設(shè)備的成本。圖2給出的是經(jīng)濟(jì)性的生產(chǎn)批量，集中比較PIM與其他凈成形工藝的優(yōu)點(diǎn)和局限性。
圖2幾種凈成型工藝的經(jīng)濟(jì)的批量范圍
生產(chǎn)三維形狀產(chǎn)品通常有三種方法:增加材料，去除材料或復(fù)制過(guò)程。一般的增加樹(shù)料的過(guò)程，如選擇性激光燒結(jié)，在產(chǎn)量超過(guò)10件時(shí)經(jīng)濟(jì)性不好。機(jī)加工和磨削加工時(shí)去除材料的過(guò)程,很適合形狀簡(jiǎn)單的零件，材料的去除量小。例如，車(chē)床用來(lái)生產(chǎn)圓柱形的零件，生產(chǎn)效率會(huì)很高。像PIM這樣的復(fù)制工藝對(duì)于大批量生產(chǎn)三維形狀的零件是最有用的。
這里還包括模壓、等靜壓、粉漿澆注、鍛造和幾種鑄造工藝。這些工藝需要制造一個(gè)帶有與零件幾何負(fù)像的主模具，然后在負(fù)像內(nèi)填人材料，從而形成出一個(gè)正像的復(fù)制品。作為一種復(fù)制工藝PIM是相當(dāng)成功的，因?yàn)樗梢杂糜趲缀跛械哪陀貌牧希@得優(yōu)越的性能，以及成形三維零件。PIM零件的性能可以與機(jī)加工、鑄造、粉末壓制和沖壓工藝相當(dāng)。
首先，通過(guò)圖1所給出的決策樹(shù)對(duì)凈成形工藝進(jìn)行篩選和對(duì)比，包括以下復(fù)制和去除材料的方法:
1)粉末注射成形
2）粉末壓制工藝(冷等靜壓、粉末鍛造、壓模)
3) 變形工藝（熱鍛、冷鍛、沖壓、精沖）
4）鑄造工藝（壓鑄、砂型鑄造、精密鑄造、半固態(tài)注射成形)
5)機(jī)加工工藝（銑削、磨削、車(chē)削、鉆孔、鏜削)
其他方法不適合于大批量生產(chǎn)的情形。因此，為了繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)分析，需要檢查這些凈成形方法的工藝能力，包括基于以下因素的設(shè)計(jì)要求：
l）表面糙度度
2）可加的材料
3)形狀范圍
4) 尺寸范圍
5)批量大小
6)模具成本。
7)公差
許多其他的復(fù)制技術(shù)受到形狀范圍的限制，尤其是當(dāng)需要采用高壓成形時(shí)，如模壓和熱鍛。模具的加載和零件的頂出沒(méi)有滑塊或型芯，因此零件僅僅可以在壓制方向復(fù)制形狀。同樣，設(shè)備的成本也隨著尺寸的增加而增加，尤其是高壓工藝，因此限制了不同工藝的放大。圖3比較了幾種凈成形工藝允許的典型公差。
圖3幾種凈成形工藝可以達(dá)到的公差范圍
圖4給出幾種凈成形工藝能達(dá)到的典型表面粗糙度。比較可知，PIM優(yōu)于鑄造工藝，但是比精密機(jī)加工要差。
圖4幾種凈成形工藝能達(dá)到的典型表面粗糙度范圍
表1總結(jié)了用于大批量生產(chǎn)離散三維零件的幾種凈成形工藝，列出了各種工藝的優(yōu)點(diǎn)和局限性。每個(gè)工藝都有最適合的特定特征組合。PIM可以成形的零件的形狀范最廣，這是PIM工藝的長(zhǎng)處，但是與鍛造、鑄造、機(jī)加工和其他如熱等靜壓和冷等靜壓之類(lèi)的粉末工藝相比，PIM在零件尺寸范圍上通常受到限制。
表1與PIM競(jìng)爭(zhēng)的幾種成型工藝的優(yōu)點(diǎn)和局限性
工藝 | 優(yōu)點(diǎn) | 局限性 |
冷鍛 | 力學(xué)性能高 表面粗糙度低 生產(chǎn)效率高 | 模具磨損大 形狀受到材料流動(dòng)的限制 |
壓鑄 | 生產(chǎn)效率高 形狀可以很復(fù)雜 | 需要拔模角 力學(xué)性能低 缺陷多 |
模壓 | 材料可以靈活選擇 材料利用率低 可以實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑 自動(dòng)化程度高 | 孔隙會(huì)降低材料的性能 尺寸、形狀和精度收到限制 模具成本高 通常適用于小零件 |
精沖 | 表面和邊緣非常光潔 重復(fù)性高 生產(chǎn)效率高 | 僅適用于同意后都零件 零件在沖壓方向不能有負(fù)角 沒(méi)有垂直方向的特征 |
熱鍛 | 優(yōu)越的力學(xué)性能 生產(chǎn)效率高 適用于復(fù)雜形狀 | 形態(tài)、形狀和細(xì)節(jié)特征收到限制 對(duì)于大尺寸，精度低 模具磨損大 限于有韌性的金屬 |
熱壓 | 適合全致密化的復(fù)合材料 尺寸控制好 應(yīng)用于硬質(zhì)材料 | 生產(chǎn)效率有限 模具壽命短，形狀簡(jiǎn)單 模具—粉末之間的反應(yīng) |
精密鑄造 | 形狀復(fù)雜性好 可能的尺寸范圍廣 用于高性能材料 | 生產(chǎn)周期長(zhǎng)，浪費(fèi)大 表面質(zhì)量差 可能有陶瓷污染 |
等靜壓 | 可用于很多材料 模具成本低 最適合于大型結(jié)構(gòu) | 生產(chǎn)效率中等 精度低 形狀復(fù)雜性收限制 |
激光燒結(jié) | 無(wú)需模具 適合于小批量 尺寸可以放大 | 制造過(guò)程慢 表面質(zhì)量差 材料受到限制 需要幾道后續(xù)加工 |
機(jī)加工 | 公差精度可以很好 工模具成本很高 被廣泛使用 尺寸范圍很寬 | 大批量生產(chǎn)時(shí)浪費(fèi)大 浪費(fèi)材料，排放冷卻液 生產(chǎn)效率中等 |
模鑄 | 形狀范圍寬 使用廣泛 可以采用內(nèi)部型心 | 表面質(zhì)量差 氣孔和缺陷 適用于低熔點(diǎn)的金屬 |
粉末鍛造 | 自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高 力學(xué)性能高 | 精度低，幾何形狀收限制 模具壽命短暫 僅用于有限合金 僅適用于大批量生產(chǎn) |
砂型鑄造 | 形狀范圍寬 材料和模具成本低 用于形狀大的零件 | 力學(xué)性能低 廢料，缺陷，氣孔，夾渣 表面質(zhì)量差 |
殼型鑄造 | 表面粗糙度值小，形狀復(fù)雜 尺寸精度控制好 消除孔洞 | 有一些情況下模具壽命短 僅適合于小尺寸零件 排放有毒氣體 |
粉漿澆注 | 適合于幾種材料 可以形成大的零件結(jié)構(gòu) 需要非常細(xì)的粉末 | 工藝過(guò)程慢，批量小 缺陷和公差控制能力差 最適合于中空結(jié)構(gòu) |
半固態(tài)注射 | 適用于三維形狀 零件復(fù)雜范圍寬 力學(xué)性能低 | 僅用于低熔點(diǎn)金屬 模具成本高，壽命有限 飛邊增加了清理成本 |
2.成本因素
對(duì)硬質(zhì)合金和陶瓷，用于PIM的粉末通常與用于模壓、粉漿澆注或冷等靜壓的粉末之間是沒(méi)有差別的。然而，這些方法在可成形零件的形狀復(fù)雜性方面是不同的。另一方面，對(duì)于很多金屬材料體系，PIM粉末比錠材或棒料的成本要高。PIM方法在生產(chǎn)中不需要像機(jī)加工那樣去除材料，因此節(jié)約的成本必須要能夠彌補(bǔ)原材料成本上的差距。通常決定是否采用PIM方法要綜合考慮形狀、生產(chǎn)效率和尺寸精度。如果模壓零件需要磨削或精加工這樣的后續(xù)加工,那么PIM常常是更好的選擇。
圖5集中成型工藝的零件形狀復(fù)雜性和經(jīng)濟(jì)批量相互作用關(guān)系示意圖
圖6三種工藝單件成本與形狀復(fù)雜性之間的關(guān)系
PIM模具的成本和塑料注射模具差不多，二者都很貴，因此只有生產(chǎn)批量足夠大時(shí)，才能分?jǐn)偰＞叱杀尽D7說(shuō)明了PIM和其他幾種凈成形工藝的相對(duì)工模具成本。在生產(chǎn)批量較低時(shí)，PIM有它的弱點(diǎn)，但對(duì)于大批量生產(chǎn)是劃算的。 
圖7 PIM和其他幾種凈成型工藝的工模具成本比較
因此，成本是最后決策是否采用PIM的關(guān)鍵參數(shù)。顯然這些工藝間的競(jìng)爭(zhēng)中，PIM有很多勝出的例子，對(duì)于復(fù)雜些的幾何形狀，零件的制造成本降低為其他工藝的l/6-1/8。
圖8PIM和其他凈成型工藝的相關(guān)屬性比較的區(qū)域圖
PIM成功應(yīng)用于以下因素的組合:
1） 克服塑料件在本質(zhì)性能方面的限制。
2） 擴(kuò)展了沖壓、鍛造和精沖說(shuō)成型零件的形狀復(fù)雜性。
3） 超過(guò)了模壓零件在性能和形狀上的范圍限制。
4） 與機(jī)加工相比成本更低。
5） 生產(chǎn)效率水平是等靜壓和粉漿澆注不能達(dá)到的。
6） 避免與鑄造相關(guān)的缺陷、表面粗糙度和公差局限性。
來(lái)源：《粉末注射成形:材料、性能、設(shè)計(jì)與應(yīng)用》 (美) Randall M. German, (中) 宋久鵬著
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