Тема: Разработка PIM-технологии для изготовления деталей машино- и приборостроения

Новые способы получения точных изделий из металлических и керамиче­ских порошков в течение последних 30 лет приобрели значительный вес как в со­временном машиностроении, так и в других технических отраслях, в том числе в производстве оружия, приборостроении, изделий электроники, авиационной, кос­мической и других типах промышленности. С целью изготовления изделий не­большого размера и массы сложной геометрической формы, зарубежными компа­ниями внедрены технологии инжекционного формования порошковых компози­ций - Powder injection molding или PIM технологии. Перспективность и конкурен­тоспособность PIM технологий определяется такими преимуществами как: воз­можность снятия практического всех ограничений по сложности формы изготав­ливаемого изделия; высокий коэффициент использованного материала - от 96 до 99 %; возможность изготавливать изделия с толщиной сечения стенки до 0,5 мм; высокая производительность процесса и возможность полной автоматизации про­изводства [1, 2].
Для получения изделий с помощью PIM технологии, применяют технологи­ческое оборудование, использующееся при литья пластмасс под давлением. Ос­новными предпосылками для развития PIM технологии послужили расширение номенклатуры порошков и связующих, аппаратуры контроля их качества, методы получения порошков сферической формы и контролируемого размера, а также оборудование для получения смесей порошков и связующих. Использование та­ких технологий позволило получать фидстоки - композиции на основе порошков и связующих веществ заданного состава, из которых далее методом инжекцион­ного формования получают заготовки изделий [2].
Наиболее распространёнными материалами, использующимися в качестве фидстоков для PIM технологии являются порошки металлов, оксидной и безок- сидной керамики. Помимо этого, в составе фидстоков имеется пластификатор - связующее на основе термопластов, реактопластов или гелеобразных водораство-










Изм.
Лист
№ докум .
Подпись
Дата
римых полисахаридов и т.д. Однако, в современных публикациях на тему связу­ющих в композициях практически отсутствует информация о классификациях и методиках подбора порошка и пластификатора подходящим образом. В связи с этим, данная работа посвящена изучению и анализу влияния связующих на свой­ства получаемых изделий для определения последовательных действий при под­боре связующего для фидстока.
Таким образом, цель работы - на основании полученных данных осуще­ствить построение алгоритма выбора связующих для PIM технологии в условиях обеспечения высоких технологических свойств и геометрической точности. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
а) выявить и систематизировать ключевые особенности технологических операций PIM производства;
б) рассмотреть преимущества и недостатки PIM технологии; сделать вывод о перспективности технологии;
в) проанализировать влияние составов связующих на свойства исходного сырья для PIM технологии;
г) разработать алгоритм подбора связующего в условиях обеспечения высо­ких технологических свойств, а также геометрической точности изделий.
Купить

Не смотря на высокую актуальность PIM технологии в современном маши­ностроении, в РФ отсутствуют систематические исследования в этой области на данный момент, так как на Российском рынке данная технология начала свое раз­витие совсем недавно.
Выбор связующего и способ его удаления критически важны для успешного PIM производства, но точные составы связующих и методы их изготовления в значительной степени являются секретами патентов.
Исследование связующих, способов их удаления и влияния их на расплав в процессе формования деталей потребовало предварительного рассмотрения неко­торых общих вопросов, связанных с особенностями структуры и свойств термо­пластов и реактопластов. При изучении существующих рецептур фидстоков мож­но сформулировать несколько принципов. Многокомпонентные связующие веще­ства имеют преимущества: они позволяют использовать прогрессивный цикл из­влечения. Связующее вещество должно смачивать порошок и обеспечивать низ­кую вязкость при высокой загрузке порошка. Следовательно, основной для свя­зующего вещества обычно являются полимеры или воски с низкой молекулярной массой. Молекулы с малой длиной цепи проще смешивать и извлекать при удале­нии связующего вещества. Связующее необходимо подбирать с учетом того, что оно не должно вступать в реакцию с порошком. С целью регулирования смачива­ния и вязкости широко применяются присадки к связующему веществу. Помимо первичных требований к выбору связующего вещества существуют и вторичные, такие как токсичность, срок хранения, прочность, смачивающая способность, биостойкость и возможность неоднократной переработки без потери свойств. Хо­тя это и широкая область исследований, экспериментальные результаты показы­вают, что принципы едины для многих систем связующих веществ.
Наиболее перспективным для изготовления деталей из малолегированной стали представляется фидсток фирмы BASF, который состоит из смеси порошка карбонильного железа со средним размером частиц около 5 мкм и порошка нике­ля со средним размером частиц 8 мкм с содержанием смеси порошков 58 % от объема всей смеси, а также связующего вещества состава: 90 % полиформальде­гид, 10 % полиэтилен. Данный фидсток имеет плотность 4,52 г/см3, температуру формования 180 оС, вязкость 190 Па-с при этой температуре, прочность после из­готовления 20 МПа. Связующее на основе полиацеталя обеспечивает прочность зеленой и коричневой заготовки и удаляется при дальнейшей обработке.
В этих условиях наиболее простым и актуальным является направление по созданию отечественных гранулятов - аналогов фидстоков фирмы BASF с после­дующим применением их в отлаженной MIM технологии, работающей на фидсто- ках фирмы BASF.
Использование отечественного сырья позволит существенно снизить себе­стоимость производимой продукции при условии сохранения ее потребительских свойств и дать возможность расширения PIM технологии на отечественных пред­приятиях.
Анализ информации, полученной в результате патентного поиска по вопро­су подбора связующих, показал, что наилучших технологических свойств для за­готовок из металлических порошков с помощью PIM технологии можно достичь с использованием термопластов, а для безоксидной керамики с использованием термореактопластов. В том числе, кроме сведений об использующихся рецепту­рах было выяснено что системы связующих веществ могут иметь противоречивые свойства, использование которых может как ухудшать, так и улучшать техниче­ский процесс формования изделий. Примером использования подобных противо­речивых свойств описывается в патенте [42]. Активный углеродный остаток при использовании термореактопластов для фидстоков на основе металлических по­рошков оказывает влияние на состав и, как следствие, на структуру металличе­ского наполнителя, ухудшая технологические свойства. Однако, благодаря взаи­модействию углеродного остатка с металлами оказывается возможным изготав­ливать чугунные и толстостенные изделия с помощью MIM технологии.В связи с этим, с целью систематизации имеющейся информации был по­строен алгоритм при разработке технологического процесса подбора и удаления связующего. Практическое использование разработанного алгоритма может быть связано с разработкой программного обеспечения, направленного на упрощение и оптимизацию технического процесса проектирования деталей.
Купить