Описание предприятия, продукта

Продуктом предлагаемого проекта являются изделия из легких сплавов и пластмасс с высококачественными ионно-плазменными (металлическими) покрытиями различной цветовой гаммы, отечественные аналоги которых отсутствуют, а стоимость зарубежных аналогов в 1,5-3 раза дороже, при этом долговечность покрытий существенно ниже предлагаемых вариантов.

Руководитель проекта – кандидат технических наук Хамин О. Н., в настоящее время докторант Самарского государственного технического университета, имеет 10-летний опыт руководства предприятиями малого бизнеса.

Коллектив исполнителей имеет опыт работы по технологии и оборудованию литья и нанесения ионно-плазменных покрытий с конца 70-х годов в Самарском государственном техническом университете. Имеет ученые степени и публикации в указанном направлении, в том числе авторские свидетельства и патенты. Расширение коллектива исполнителей проекта предполагается за счет привлечения сотрудников и выпускников СамГТУ.

Технология ионно-плазменного нанесения защитных, декоративных и упрочняющих покрытий разрабатывается российскими учеными-физиками с 60-х гг. XX века как развитие приложений электровакуумных исследований. Эти научные разработки широко применяются в авиационной промышленности: для упрочнения деталей, используемых в жестких условиях (резцы, фрезы), на их поверхность наносится нитрид титана; этот же принцип используется в стоматологии для придания прочности искусственным зубам и коронкам.

В 70-е годы в Харьковском политехническом институте впервые была разработана еще одна вакуумная технология – способ электродугового испарения материала – и созданы установки серии «Булат». Они предназначались для получения сверхтвердых упрочняющих покрытий для различных изделий машиностроения: режущего инструмента, штампов, пресс-форм. Американская компания Multiarch, крупнейший современный производитель вакуумного оборудования, как раз начала свою деятельность с того, что сразу же купила лицензию на установку «Булат» и теперь создает на ее базе уже пятое поколение машин. Но и этот способ оказался слишком дорогим для массовых производств. В самых капиталоемких сегментах мировой индустрии нанесения покрытий гальванике замены не нашлось. Между тем альтернативная технология на основе еще одного вакуумного прибора – несбалансированного магнетрона, сконструированного на предприятии «Элан-Практика», – уже внедрена на нескольких российских предприятиях.

Одним из распространённых методов нанесения покрытий является процесс металлизации. Широкое развитие получило детонационное (с использованием энергии взрыва газовых смесей) напыление покрытий. Среди электрофизических методов: ионно-плазменное напыление в вакууме (например, КИБ - конденсация вещества из плазменной фазы в условиях ионной бомбардировки).

Технология ионно-плазменного напыления разрабатывалась для использования в ракетно-космической технике. В 1980 году технология была передана в США по лицензионному соглашению. С этого момента новая технология получила широкое распространение во всех индустриально развитых странах мира. Технология ионно-плазменного напыления включена в список товаров и технологий двойного назначения, экспорт которых контролируется государством.

В основе процесса лежат оборонные технологии электроимпульсной полировки (для придания зеркальной поверхности) и ионно-плазменного напыления нитридом титана (цвет позолоты), которое производится в глубоком вакууме. Метод ионно-плазменного напыления позволяет получить отличное качество сцепления (адгезии) микрочастиц нитрида титана с основой, а глубокий вакуум обеспечивает чистоту процесса.

Высокая твердость, хорошие декоративные качества покрытий из нитрида титана и их исключительная стойкость к агрессивным средам (испытания по ГОСТ 9-31-87 определили срок службы напыления - не менее 50 лет для атмосферы типа 2а ГОСТ 9.039-74 (городская среда) способствуют их использованию в строительстве, медицине, промышленности для изготовления, медицинских, бытовых изделий, инструмента, декоративных элементов и пр. Полученные по этой технологии декоративные покрытия сохраняют блеск полированных изделий и имеют различный состав с цветовыми оттенками всех известных сплавов золота.

Качество и надежность ионно-плазменных нитридных покрытий определяется совокупностью технологических параметров напыления (давление газа, опорное напряжение, ток дуги, температура подложки). Слой нитрида титана формируется при температуре 400-500°С и составляет 0,3-0,5 мкм. Декоративное ионно-плазменное покрытие, покрытие нитридом титана, покрытие оксидом нитрида-титана осуществляется на установке по методу конденсации вещества, испаренного электрической дугой в вакууме, с ионной бомбардировкой (КИБ).

Метод позволяет упрочнять широкую номенклатуру изделий диаметром до 200 мм, длиной до 250 мм на серийных установках типа «Булат». Рабочие поверхности инструмента после упрочнения характеризуются высокой микротвердостью (2000-3000 кг/мм2). Нанесенное композиционное покрытие обеспечивает снижение силы трения на 20-30% и температуры в зоне обработки. Стойкость инструмента увеличивается при обработке деталей из конструкционных сталей в 5 раз, при обработке деталей из нержавеющей стали 12Х18Н10Т – в 2-3 раза.

Структурная схема комплексного технологического процесса (КТП) изготовления изделий из легких сплавов без припуска на механическую обработку с высококачественными ионно-плазменными покрытиями представлена на рис. 1. В основе его построения заложены следующие основные принципы:

- обеспечение минимального числа переходов при пластической обработке заготовок; литье;

- минимизация этапов механической или физико-химической подготовки поверхности изделий перед нанесением вакуумно-плазменных покрытий (а в предельно благоприятном варианте - исключение этого этапа);

- обеспечение воспроизводимости заданной цветовой гаммы и стабильность качества вакуумно-плазменных покрытий в рамках всей партии изделий с покрытиями;

- анализ каждой стадии комплексного технологического процесса и установление условий перехода от стадии к стадии осуществляется через обобщенные технико-экономические показатели комплексного процесса в целом: себестоимость изделия с покрытием, производительность процесса, качество изделия с покрытием;

- оптимизация каждой стадии комплексного технологического процесса должна осуществляться по принципу комплексной условной параметрической оптимизации всего процесса в целом по конечному результату: получение высококачественных изделий с ионно-плазменными покрытиями с конкурентоспособными себестоимостью изделий и ресурсом эксплуатации оборудования и технологической оснастки.

Реализация указанных принципов осуществляется на базе условной параметрической оптимизации комплексного технологического процесса изготовления изделий из легких сплавов с ионно-плазменным покрытием, структурная схема которой представлена на рис. 2. Задача условной параметрической оптимизации решена на основе проработки следующих этапов:

- составлен обобщенный параметр комплексного технологического процесса, с этой целью на основе литературных источников и авторских исследований установлены как основные параметры, в наибольшей степени влияющие на каждую стадию комплексного технологического процесса в отдельности, так и взаимосвязанные параметры;

- выполнено обоснование параметров оптимизации комплексного технологического процесса с учетом сочетания разных по механической и физико-технической природе методов обработки материала (при обосновании параметров оптимизации использован метод анализа размерностей обобщенного параметра комплексного технологического процесса) и на этой основе получено критериальное уравнение комплексного технологического процесса изготовления изделия с вакуумно-плазменным покрытием.

Рис. 1. Структурная схема комплексного технологического процесса

изготовления изделия из легких сплавов и ионно-плазменным покрытием

Рис. 2. Структурная схема условной параметрической оптимизации

комплексного технологического процесса изготовления изделия

из легких сплавов с ионно-плазменным покрытием

Технология включает в себя следующие основные этапы: литье легких сплавов и пластмасс для получения безприпусковых заготовок изделий (исключаются припуски под обработку резанием); подготовка поверхности заготовок под ионно-плазменные покрытия; нанесение высококачественных ионно-плазменных разнофункциональных покрытий.

Следует отметить, что возможность получения ионно-плазменных покрытий различной цветовой гаммы на легких сплавах и пластмассах имеет существенный приоритет. В настоящее время на рынке имеется большое предложение различные изделий с лакокрасочными покрытиями. Эти покрытия имеют хорошие потребительские свойства. Вместе с тем этот класс покрытий уступает металлическим как по долговечности, так и по товарному виду.

Отличительные признаки предлагаемой комплексной технологии:

- сочетание усовершенствованных известных технологий литья легких сплавов и пластмасс с авторскими технологиями нанесения высококачественных разнофункциональных ионно-плазменных покрытий;

- новый подход к проектированию комплексной технологии, основанный на комплексной условной параметрической оптимизации процесса в целом по конечному результату: получение изделий с ионно-плазменными покрытиями с заданными параметрами качества, себестоимостью и ресурсом эксплуатации оборудования и технологической оснастки;

- использование ионно-плазменных покрытий (экологически "чистая" технология) взамен лакокрасочных и гальванических;

- использование в технологических циклах отечественного оборудования и сырья;

- построение (по блочному принципу) замкнутого производственного цикла на основе использования авторских производственных модулей для реализации комплексной технологии с минимальной кооперацией (только по сырью).

Эффект от реализации проекта:

- использование на стадии получения заготовок изделий эффективных, ресурсосберегающих методов литья, улучшающих структурную наследственность материалов и повышающих их коэффициент использования;

- использование экологически чистой технологии формирования разнофункциональных ионно-плазменных покрытий;

- снижение стоимости изделий за счет перехода к проектированию безприпусковых заготовок (исключаются припуски на обработку резанием после литья);

- снижение стоимости работ по нанесению покрытий в 1,5-5 раз по сравнению с лакокрасочными и гальваническими применительно к серийному и мелкосерийному производству;

- получение более долговечных (в 2-5 раз) покрытий на изделиях по сравнению с отечественными и зарубежными аналогами с соответствующим конкурентоспособным товарным видом;

- возможность получения на изделиях из легких сплавов и пластмасс металлических покрытий различной цветовой гаммы, что невозможно получить другими известными методами.

Наиболее эффективные результаты в реализации проекта могут быть достигнуты для изделий с металлическими покрытиями различной цветовой гаммы, что невозможно получить другими методами.

Дата добавления: 2014-11-29