PIM-технология

PIM-технология (powder injection molding) – литьё порошковых смесей, используется для производства металлических (MIM) и керамических (CIM) изделий, появилась в мире сравнительно недавно, промышленно стала внедряться с середины 80-х годов ХХ века, бурный рост потребления PIM – деталей в США и странах Западной Европы приходился на конец 90-х годов. До сих пор темпы роста в Западных странах остаются достаточно высокими. В России же данная технология практически не развита. Этот способ производства металлических и керамических деталей сложного профиля с достаточно высокими требованиями по точности (9-й и 10-й квалитет) практически без отходов материала и последующей механической обработки, считается сегодня самым низко затратным. PIM-технология

Схема технологического PIM-процесса Литьевая машина. Формование заготовки из порошка при температуре около 170°C. Литье под давлением PIM- изделие Удаление связующего (дебайдинг) Спекание Печь для дебайдинга. Термо-каталитическое удаление связующего из заготовки при температуре 110 – 130°С. Высокотемпературная печь с регулируемой атмосферой: H 2, N 2, Ar, вакуум, форминг-газ, воздух. Температура печи: до 1650°C.

Литьё под давлением Наибольшее распространение для PIM – технологии получили исходные материалы под торговой маркой Catamold компании BASF (Германия). Диапазон продуктов Catamold простирается от сплавов из чистого железа и низколегированных сталей до высоколегированных, нержавеющих сталей и оксидной керамики. В качестве исходного сырья (его ещё называют гранулят или вид сток) используют гомогенизированные смеси тонких металлических порошков и полимерного термопластичного связывающего вещества (связующего). В материалах Catamold в качестве связующего используют полиацеталь – термопластичный полимер с хорошими технологическими характеристиками: высокие стабильность размеров, прочность и теплостойкость.

Гранулят загружается в бункер литьевой машины. При температуре около 170°С происходит плавление полимерного связующего, гранулят превращается в единую массу и под давлением заполняет пресс-форму, нагретую до температуры °С, где происходит его затвердевание.

Удаление связующего После извлечения из пресс-формы полуфабрикат помещается в печь для удаления связующего, где под воздействием температуры 110–130°С, с катализатором (пары концентрированной азотной кислоты – 98,5%), или без него происходит удаление связующего.

Спекание Далее заготовка поступает в специальную высокотемпературную печь с регулируемой атмосферой (воздух, вакуум, азот, водород, форминг-газ в зависимости от марки спекаемого изделия), где происходит её обжиг и формирование готовой детали.

Преимущества PIM-технологии. Оптимизация конструкции детали. PIM-процесс снимает практически все ограничения по сложности формы изготавливаемой детали. Все, что было принципиально невозможно реализовать из-за ограничений в технологии порошковой металлургии (ПМ) и механической обработки, становится доступным. Увеличение плотности и прочности детали. При прочих равных условиях, PIM-процесс позволяет получать более плотные и прочные детали по сравнению с деталями, полученными методом ПМ. Возможность получения практически любой поверхности. PIM- процесс позволяет придавать поверхностям формируемых деталей практически любые свойства – от очень гладких до текстурированных, опять же в отличие от деталей полученных методом ПМ.

Доступен практически весь спектр обработок и покрытий: химическое, гальваническое. Детали, полученные методом ПМ, имеют высокую пористость, что требует применения дополнительной операции – пропитки. Высокий коэффициент использования материала – 0,97-0,99 в отличие от механообработки – 0,4-0,6. В настоящее время РIM-технология позволяет получать детали с минимальной толщиной сечения стенки 0,5 мм, что является проблематичным для технологии ПМ и механообработки. Высокая производительность процесса, по сравнению с металлообработкой и литьём по выплавляемым моделям. Возможность полной автоматизации производства с подключением дополнительного оборудования: робота и конвейера. РIM технология имеет большую перспективу и огромное преимущество при производстве деталей сложной формы с точными геометрическими размерами, параметрами и большими объемами производства по сравнению с традиционными методами: технология ПМ, механообработка и литьё по выплавляемым моделям.

Ограничения PIM-технологии Годовая программа менее деталей. Масса детали больше 200 г. Толщина стенки детали более 15 мм. Длина детали более 150 мм.

Сравнительная характеристика свойств деталей

Области применения MIM-деталей Автомобилестроение: дверные замки, система впрыска топлива, системы активной безопасности, электромоторы дверей. Точное машиностроение, приборостроение: элементы режущего инструмента, зубчатые колёса, рабочие колеса насосов, прижимные лапки швейных машин, корпуса и детали часов. Оружие: прицельные планки, предохранители, спусковые курки, затворы. Электроинструмент: запасные части к перфораторам, дрелям; ножи, решётки мясорубок, блендеров, кухонных комбайнов. Медицина:ортодонтические брекеты, хирургический инструмент, имплантанты.

Области применения CIM-деталей Автомобилестроение: керамические клапаны для двигателей, керамическое сцепление в спортивных автомобилях. Машиностроение: режущие СМП, керамические сопла для струйной очистки и гидроабразивной резки; фильеры, волоки, керамические подшипники скольжения. Бронекерамика: защитные панели бронежилетов, бронетранспортеров, бронеавтомобилей, военных вертолётов, катеров. Сантехника: регулирующая, запорная арматура: задвижки, поворотные заслонки, вентили, регулирующие клапанные пары (шар-седло), втулки сальникового узла. Медицина: биокерамика – зубная и ортопедическая на основе фосфатов Ca, Na, керамические излучатели для стерилизации медицинского инструмента. Электроника: теплоотводящие радиаторы (на основе AlN, Al2O3), высокотемпературные изоляторы, трубки, чехлы термопар, керамические бусы, керамические датчики и пускатели, пьезокерамика, микроволновые и радиолокационные сенсоры для бесконтактного измерения, сенсоры кислорода, оптически прозрачная керамика.

Оборудование для PIM-технологии Литьевые машины п/п Фирма-изготовитель Обозначение. Характеристики.Условия Срок поставки Стоимость, 1Arburg (Германия) 370 S 600 – 290. Максимальное усилие смыкания – 600 кН; привод – гидравлический. Ex Works Германия. 5-6 месяцев после заключения контракта (без учёта НДС) 2Arburg (Германия) 270 S Максимальное усилие смыкания – 350 кН; привод – гидравлический (без учёта НДС) 3Battenfeld (Австрия) Eco Power 55/70. Максимальное усилие смыкания – 550 кН; привод электрический. Ex Works Австрия. 20% - аванс; 70% - по готовности к отгрузке; 10% - после монтажа и пуско-наладки. Возможна рассрочка до 3-х лет. 20 недель после получения аванса (без учёта НДС) 4Battenfeld (Австрия) HM 45/60. Максимальное усилие смыкания – 450 кН; привод гидравлический (без учёта НДС) 5Battenfeld (Австрия)Eco Power 180/750. Максимальное усилие смыкания – 1800 кН; привод электрический (без учёта НДС Гарантия на литьевые машины фирмы Arburg и Battenfeld: 24 месяца после пуска в эксплуатацию.

Печи для дебайдинга и обжига п/п Фирма-изготовитель Обозначение. Характеристики.Условия Срок поставки Стоимость, 1TAV (Италия) mim Dc-4. Печь с принудительной конвекцией газа для каталитического удаления связующего, полезный объём 105 л, max температура 180°С. Нагреватели: медные, охлаждаемые водой. Ex Works, завод TAV Италия 35% -аванс; 60% - по готовности к отгрузке; 5% - после монтажа и пуско-наладки. 8-9 месяцев после получения заказа (без учёта НДС) 2TAV (Италия) Mim S-6. Высокотемпературная вакуумная печь обжига (низкий вакуум: мбар). max температура 1800°С, max рабочая температура 1600°С. Полезный объём 324 л. Нагреватели графитовые (без учёта НДС) 3 Nabertherm (Германия) (Компания «Миллаб») VHT 100/16 MO. Печь вакуумная высокотемпературная (высокий вакуум: около 5*10 -5 мбар). Защитные атмосферы: азот, аргон, вакуум, водород, форминг-газ. max рабочая температура 1600°С. Полезный объём 111 л. Нагреватели молибденовые, легированные лантаном. Ex Works, грузовой склад г. Москва 100% предоплата недели после оплаты (с учётом НДС) 4 Nabertherm (Германия) (Компания «Миллаб») Камерная ретортная печь NRA 40/02 CDB для дебайдинга, полезный объём 40,5 л. max температура 200°С. Нагревательные элементы из хромированной стали. Ex Works, грузовой склад г. Москва, 100% предоплата рабочих дней после оплаты (с учётом НДС) 5 Nabertherm (Германия) (Компания «Миллаб») Камерная ретортная печь NRA 150/02 CDB для дебайдинга, полезный объём 142 л. max температура 200°С. Нагревательные элементы из хромированной стали (с учётом НДС) 6 Nabertherm (Германия) (Компания «Миллаб») Печь высокотемпературная HT 276/17 с контроллером Р 310. Защитные атмосферы: азот, аргон, форминг-газ (5-10% Н 2 max). Полезный объём 275 л. max температура 1750°С. Нагревательными элементы из дисилицида молибдена. Ex Works, грузовой склад г. Москва, 100% предоплата недель после оплаты (с учётом НДС) 7 Thermo-Star (Германия) Печь для термического удаления связующего без катализатора (для материалов Inmatec – только CIM). Полезный объём 100 л. Ex Works Германия. 8 месяцев после получения заказа (без учёта НДС) 8Thermo-Star (Германия) Печь для высокотемпературного спекания. max рабочая температура 1720°С. Полезный объём 100 л (без учёта НДС) Гарантия на все печи: 12 месяцев после запуска в эксплуатацию.

Стоимость материалов Catamold фирмы BASF (Германия). Стоимость материалов Catamold фирмы BASF (Германия). Условия оплаты - 100% предоплата. Сроки поставки – 4…8 недель. Цены без учёта НДС от г. Условия поставки - Ex Works Москва. п/п Название материала Химический состав, %; среда спекания Min фасовка, кг Стоимость, /кг Низколегированная сталь 1Catamold 42CrMо 4 Fe-основа; С-0,32…0,42; Cr-0,9…1,2; Mo-0,15…0,30; N 2, вакуум. 5,016,45 Нержавеющая сталь 2Catamold 316L Fe-основа; С0,3; Cr-16…18; Ni-10…14; Mn2; Mo-2…3; Si1; Н 2, вакуум. 5,041,00 3Catamold 17-PH4 Fe-основа; С0,07; Cr-15…17,5; Ni-3…5; Cu-3…5; Nb- 0,15…0,45; Mn1; Si1; Н 2, вакуум. 5,044,60 4Catamold 440BFe-основа; С-0,18…0,30; Cr-12…14; Mn1; Si1; N 2.50,041,35 Специальные сплавы 5Catamold TiTi-основа; С0,2; N0,1; О0,4; Ar, вакуум.2,5215,00 Оксидная керамика 6Catamold AO-F Al 2 O 3 -99,8; MgO-0,06…0,12; CaO0,03; Na 2 O0,01; SiO 2 0,07; воздух. 30,043,39 7Catamold TZP AZrO 2 >94,4; Y 2 O 3 -5,0…5,3; Al 2 O 3 -0,2…0,3; воздух.40,0184,80

Средняя стоимость 1 г PIM-деталей. Материал Стоимость, (без учёта НДС) Низколегированная сталь 0,05 – 0,10 Нержавеющая сталь 0,10 – 0,20 Керамика на основе Al 2 O 3 0,20 – 0,35 Керамика на основе ZrO 2 0,80 – 1,00

Структура производства PIM Руководитель производства PIM Заместитель руководителя Отдел Планово- Участок PIM Бюро подготовки и экономический (4-5 человек) обслуживания сопровождения отдел оснастки и производства (1-2 человека) оборудования (3-4 человека) (1+(2)* человека) Итого: 11 – 14 человек – на участок, состоящий из 1 – 2 термопласт- автоматов и 2 – 4 печей. * - рабочие по совместительству.

Благодарю за внимание!