Мелкие стальные детали, полученные инжекционным литьём металлов: шестерни, рычаги, петли, втулки с резьбой

Литьё стали под давлением

Литьё стали под давлением — способ серийно получать детали сложной формы почти без механической обработки. Сталь плавится при 1450–1520 °C и разрушает пресс-форму, поэтому классическое литьё под высоким давлением на машинах с холодной камерой, как для алюминиевых сплавов и латуни, к ней не применяют. Вместо него используют инжекционное литьё металлов (MIM), жидкую штамповку и литьё под низким давлением.

MIM: детали до 100–150 г со стенкой от 0,3–0,5 мм и резьбой из формы
Плотность после спекания — 96–99 % от плотности проката
Термообработка, механическая обработка и покрытия — на участках технопарка

Виды литья стали под давлением

Технология	Как идёт процесс	Что получают	Партия
Инжекционное литьё металлов (MIM)	металлический порошок со связующим впрыскивают в пресс-форму как пластмассу, затем связующее удаляют, а деталь спекают в печи	мелкие точные детали массой до 100–150 г	от 10 000 штук
Жидкая штамповка	отмеренную порцию расплава заливают в матрицу, пуансон сжимает металл при кристаллизации под давлением 50–300 МПа	плотные заготовки без пор: фланцы, корпуса, детали арматуры	серия
Литьё под низким давлением	расплав поднимается снизу в графитовую или керамическую форму под давлением инертного газа	крупные ответственные отливки, например железнодорожные колёса	крупная серия

Отливку средней массы без требований к тонкой стенке обычно льют без давления: в песчаные формы, в кокиль или по выплавляемым моделям. Для единичной детали дешевле механическая обработка из проката. Литьё под давлением имеет смысл, когда деталь мелкая, сложная и нужна тысячами.

Технология инжекционного литья стали (MIM)

Термопластавтомат: на такой же машине впрыскивают смесь металлического порошка со связующим — Впрыск фидстока идёт на машине, близкой к термопластавтомату

MIM (Metal Injection Molding) соединяет литьё пластмасс под давлением и порошковую металлургию. Плавится не металл, а полимерное связующее, поэтому пресс-форма работает при 150–190 °C и служит сотни тысяч циклов.

Фидсток — тонкий металлический порошок смешивают с полимерным связующим (воск, парафин, полиолефины) и гранулируют.
Впрыск — гранулы плавят в цилиндре машины при 150–190 °C и впрыскивают в пресс-форму. Получается «зелёная» деталь — хрупкая, но точной формы и на 15–20 % крупнее готовой.
Удаление связующего — большую часть полимера вымывают растворителем или удаляют в каталитической печи; деталь становится пористой — «коричневой».
Спекание — в вакуумной или водородной печи при 1200–1400 °C остатки связующего выгорают, частицы металла сплавляются, деталь равномерно садится до размеров чертежа и набирает плотность 96–99 %.

Вакуумная печь для термообработки и спекания стальных деталей — Спекание MIM-деталей идёт в вакуумной или водородной печи

После спекания деталь можно закаливать, цементировать, шлифовать и покрывать так же, как деталь из проката. В технопарке это делают участки вакуумной термообработки и гальванических покрытий.

Марки стали для инжекционного литья

Для MIM выпускают готовый фидсток из порошков нержавеющих, конструкционных и инструментальных сплавов. Марки обозначают по зарубежным стандартам; где есть близкий отечественный аналог, он указан в скобках.

Марка	Тип и свойства	Где применяется
316L (03Х17Н14М3)	аустенитная нержавеющая: стойкая к коррозии, хорошо полируется	медицинские изделия, детали пищевого оборудования, корпуса часов
17-4 PH	мартенситная нержавеющая с дисперсионным твердением: прочная и стойкая к коррозии	хирургический инструмент, крепёж и детали механизмов
42CrMo4 (38ХМ)	низколегированная конструкционная: выдерживает большие нагрузки и удары после закалки	шестерни, биты и головки ручного инструмента, детали двигателей
H13 (4Х5МФ1С)	инструментальная: сохраняет твёрдость при нагреве, износостойкая	вставки форм, режущие и штамповые элементы

Где применяют детали, отлитые под давлением

Спечённые MIM-детали — рычаги и шестерни — на керамическом поддоне у печи — Детали после спекания: рычаги и шестерни на керамическом поддоне

MIM выбирают там, где прочности алюминия или пластмассы мало, а деталь весит граммы и её нужно много:

Медицина и стоматология: брекеты, детали хирургических щипцов и эндоскопов
Электроника: шарниры складных корпусов, лотки и разъёмы из нержавеющих сплавов
Инструмент: биты, детали мультитулов, мелкие шестерни электроинструмента
Машиностроение и автомобили: рычаги, кулачки, детали замков и турбокомпрессоров

Задачи технологии — получить деталь сложной формы за один цикл: внутренние резьбы, стенки от 0,3–0,5 мм, глухие фасонные отверстия, которые резцом не выточить. Металла теряется мало: литники и брак «зелёных» деталей перемалывают и пускают в следующий цикл, коэффициент использования металла — до 90–95 %.

Плюсы и минусы литья стали под давлением

Показатель	Преимущество	Ограничение
Форма детали	отверстия и рёбра жёсткости не добавляют цену, в отличие от фрезеровки	геометрию пресс-формы считают с поправкой на усадку 15–20 % — нужна инженерная программа и опыт
Свойства	плотность 96–99 % от проката, деталь сваривается и закаливается	остаточная пористость — до 1–4 %
Поверхность	после спекания нержавеющие детали часто не шлифуют	посадочные места высокой точности доводят на станке
Размер	точность около ±0,3–0,5 % от размера	детали тяжелее 150–200 г садятся неравномерно
Экономика	в серии от 50 000 штук деталь в 3–5 раз дешевле изготовленной на пятиосевом станке	дорогие фидсток и пресс-форма: малую партию технология не окупает

Как рассчитывают стоимость литья стали

Пресс-форма: работает при 150–190 °C и служит долго, но её размеры считают с учётом усадки — изготовление дорогое
Фидсток: смесь порошка со связующим дороже стального прутка или листа; дороже всего медицинские нержавеющие сплавы
Удаление связующего и спекание: 12–24 часа на партию в вакуумной печи
Партия: главный фактор — чем больше тираж, тем меньше доля формы в цене детали
Обработка после спекания: термообработка, доводка посадочных мест, покрытие

Для расчёта нужен чертёж или 3D-модель, марка стали и годовая потребность. Технолог сравнит MIM, литьё в формы и механическую обработку и назовёт, какой способ выгоднее для вашей партии.

Порядок заказа: литьё стали под давлением

1

Заявка и чертёж

Пришлите чертёж или 3D-модель, марку стали, количество в партии и в год, требования к прочности и поверхности.
2

Выбор технологии

Технолог оценивает массу, форму и партию и предлагает способ: MIM, литьё в форму или механическую обработку.
3

Расчёт

Стоимость оснастки и одной детали, срок изготовления пресс-формы и первой партии.
4

Изготовление и контроль качества

Образцы на согласование, затем серия; контроль качества отливок: размеры, твёрдость и плотность.

Доставка готовых деталей и оплата заказа

Доставка

Готовую партию отгружаем транспортной компанией «Деловые Линии». Работаем в первую очередь с предприятиями Уральского федерального округа. Забрать детали можно и самостоятельно — с площадки технопарка в Челябинске, ул. Машиностроителей, 7.

Оплата и документы

Работаем с юридическими лицами: договор и счёт, акт выполненных работ и другие необходимые документы предоставляются исполнителем работ, без посредников
Стоимость технолог считает по чертежу или эскизу за 3–5 дней
Минимальная сумма заказа — 50 000 ₽
Принимаем в работу материал заказчика

Вопросы о литье стали под давлением

Почему сталь не льют под давлением, как алюминиевые сплавы

Сталь плавится при 1450–1520 °C. При такой температуре пресс-форма приваривается к отливке и за несколько циклов разрушается, а камера прессования машины не выдерживает расплава. Поэтому под давлением льют смесь порошка со связующим (MIM) или прессуют уже в матрице при кристаллизации (жидкая штамповка).

Можно ли закаливать детали, полученные методом MIM

Да. После спекания деталь из конструкционного или нержавеющего сплава закаливают, цементируют и отпускают так же, как деталь из проката.

С какой партии выгодно литьё стали под давлением

MIM окупается от 10 000 штук: стоимость пресс-формы делится на тираж. Для сотен деталей выгоднее механическая обработка или литьё по выплавляемым моделям.