RUDN Journal of Engineering ResearchRUDN Journal of Engineering ResearchВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования2312-81432312-8151Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)1791610.22363/2312-8143-2017-18-4-407-425ArticlesСтатьиResearch ArticleINJECTION MOLDING OF STRUCTURED MULTIPHASE MATERIALSИНЖЕКЦИОННОЕ ЛИТЬЕ СТРУКТУРИРОВАННЫХ МНОГОФАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВSemenovA BСеменовА Б

Alexey B. Semenov, Cand. Tech. Sci., Senior lecturer of the department MT-5 “Casting technologies” at Bauman MSTU. Research interests: foundry alloys; special methods of casting; thixoforming; powder injection molding technology

Семенов Алексей Борисович, кандидат технических наук, доцент кафедры МТ-5 «Литейные технологии» Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Область научных интересов: литейные сплавы; специальные способы литья; тиксоформинг; технология инжекционного литья полимерно-порошковых смесей под высоким давлением.

semenov.ab@bk.ruMuranovA NМурановА Н

Alexander N. Muranov, post-graduate student of the department SM-13 “Rocket-space composite structures” at Bauman MSTU. Research interests: technology, mechanics and physical chemistry of composite materials; powder injection molding technology.

Муранов Александр Николаевич, аспирант кафедры СМ-13 «Ракетно-космические композитные конструкции» Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Область научных интересов: технология, механика и физико-химия композиционных материалов; технология инжекционного литья полимерно-порошковых смесей под высоким давлением.

muranovalecs@mail.ruKutsbakhA AКуцбахА А

Anatoly A. Kutsbakh, master student of the department SM-13 “Rocket-space composite structures” at Bauman MSTU. Research interests: computer simulation; composite materials; powder injection molding technology.

Куцбах Анатолий Артурович, магистрант кафедры СМ-13 «Ракетно-космические композитные конструкции» Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Область научных интересов: компьютерное имитационное моделирование; композиционные материалы; технология инжекционного литья полимерно-порошковых смесей под высоким давлением.

akutsbakh@mail.ruSemenovB IСеменовБ И

Boris I. Semenov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the department SM-13 “Rocket-space composite structures” at Bauman MSTU. Research interests: mechanics and technology of metal matrix composite materials; material science; thixoforming; powder injection molding technology.

Семенов Борис Иванович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры СМ- 13 «Ракетно-космические композитные конструкции» Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Область научных интересов: механика и технология металломатричных композиционных материалов; материаловедение; тиксоформинг; технология инжекционного литья полимерно-порошковых смесей под высоким давлением.

semenovbi@bmstu.ruBauman Moscow State Technical University (National research university of technology)Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)15122017184VOL 18, NO4 (2017)ТОМ 18, №4 (2017)40742501032018Copyright ©; 2017, Semenov A.B., Muranov A.N., Kutsbakh A.A., Semenov B.I.Copyright ©; 2017, Семенов А.Б., Муранов А.Н., Куцбах А.А., Семенов Б.И.2017Semenov A.B., Muranov A.N., Kutsbakh A.A., Semenov B.I.Семенов А.Б., Муранов А.Н., Куцбах А.А., Семенов Б.И.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/engineering-researches/article/view/17916

Contemporary and future-oriented mechanical engineering requires the use of a new set of methods for processing, manufacturing, changing the state of materials implemented in the production process. In particular, the level of modern and prospective blank part production industries is largely related to the development of injection molding of structured multiphase materials - powder and granule technologies of a new generation. In this article, such widely used by foreign industry modern injection molding technologies of structured multiphase materials as the powder injection molding (PIM) technology and the thixoforming technology, are considered. A description of specific rheological effects that determined the fundamental possibility of the appearance and practical application of these technologies is given, and some of the most relevant physico-mathematical models of rheological behavior of structured multiphase materials are considered. In addition, the article demonstrates the efficiency of implementation and high potential for development of powder injection molding technology (PIM) for mass production of small-sized shaped parts in Russian Federation. The need for the development of educational programs and standards, including special disciplines and courses aimed at training technical professionals not only in the field of present commonly used technologies, but also such promising technologies as powder injection molding (PIM) and thixoforming, was noted as w

Современное и перспективное машиностроение требует использования новой совокупности методов обработки, изготовления, изменения состояния материалов, осуществляемых в процессе производства продукции. В частности, уровень современных и перспективных заготовительных производств во многом связан с развитием инжекционного литья структурированных многофазных материалов - порошковых и гранульных технологий нового поколения. В настоящей статье рассмотрены такие широко востребованные зарубежной промышленностью современные технологии инжекционного литья структурированных много-фазных материалов, как технология инжекционного литья полимерно-порошковых смесей (PIM) и технология тиксоформинга. Дано описание специфических реологических эффектов, определивших принципиальную возможность появления и практического применения названных технологий, рассмотрены отдельные наиболее значимые физико-математические модели реологического поведения структурированных многофазных материалов. Показаны эффективность внедрения и высокий потенциал развития на территории Российской Федерации технологии PIM для массового производства малогабаритных фасонных деталей. Отмечена необходимость развития образовательных программ и стандартов, включающих в себя специальные дисциплины и спецкурсы, направленные на подготовку технических специалистов не только в области широко используемых в настоящее время технологий, но и таких перспективных технологий как технология PIM и технология тиксоформинга.

powdersgranulesmultiphase materialsstructuringinjection moldingrheologymodelingпорошкигранулымногофазные материалыструктурированиеинжек-ционное литьереологиямоделированиеPowder injection moulding international [Internet]. URL: http://www.pim-international.com (access date: 11.10.2017).Powder injection moulding international [Электронный ресурс]. URL: http://www.piminternational.com (дата обращения: 11.10.2017).Gribovskij P.O. Goryachee lit’e keramicheskih izdelij [Hot-casting of ceramic parts]. M.: Goshenergoizdat, 1956. 400 pp. (in Russ.)Грибовский П.О. Горячее литье керамических изделий. М.: Госэнергоиздат, 1956. 400 с.Williams N. Metal Injection Moulding in the firearms industry: a global perspective. PIM International. 2014. Vol. 8(4). P. 31—47.Williams N. Metal Injection Moulding in the firearms industry: a global perspective // PIM International. 2014. Vol. 8(4). P. 31-47.Semenov A.B., Muranov A.N., Semenov B.I. Semenov. Thixo- i PIM tekhnologii v sovremennom dvigatelestroenii [Thixo and PIM Technologies in Modern Engine-building]. Gruzovik [Truck: Transportation Complex and Special Technique]. 2017. Vol. 10. P. 3—6. (in Russ.).Семенов А.Б., Муранов А.Н., Семенов Б.И. Thixo- и PIM технологии в современном двигателестроении // Грузовик. 2017. № 10. С. 3-6.Handbook of metal injection molding / ed. by D.F. Heaney. Woodhead Publishing Limited, 2012. 601 pp.Polymer Technologies Inc. looks to the aerospace industry for new PIM applications. PIM International. 2013. Vol. 7(1). P. 45—51.Polymer Technologies Inc. looks to the aerospace industry for new PIM applications // PIM International. 2013. Vol. 7(1). P. 45-51.Parkhomenko A.V., Amosov A.P., Samboruk A.R., Ignatov S.V., Kostin D.V. Development of domestic powdered granulated material with polyformaldehyde based binder for MIM-process. Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional’nye Pokrytiya. 2013. No. 4. P. 8—13. DOI: 10.17073/1997-308X-2013-4-8-13. (in Russ.).Пархоменко А.В., Амосов А.П., Самборук А.Р., Игнатов С.В., Костин Д.В., Шультимова А.С. Разработка отечественного порошкового гранулята со связующим на основе полиформальдегида для мим-технологии // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. (4). C. 8-13. DOI: 10.17073/1997-308X-2013-4-8-13.Kutsbakh A.A., Semenov B.I. Importozameshchayushchaya tekhnologiya izgotovleniya lit’em (PIM) tonkostennoj stal’noj razdavaemoj vtulki dlya raz”emnyh soedinenij kompozitnyh panelej [Import-substituting PIM technology for manufacturing thin-walled steel bush bearings for detachable joints of composite panels]. Vooruzhenie, voennaya tekhnika i boepripasy. Forum luchshih studentov tekhnicheskih vuzov Rossii, X mezhdunarodnaya vystavka «Vooruzhenie, voennaya tekhnika i boepripasy». (Russia Arms Expo 2015), 10 september 2015, Nizhnij Tagil. Proceed. Part 2. Moscow: Bauman MSTU, 2015. P. 176—181. (in Russ.)Куцбах А.А., Семенов Б.И. Импортозамещающая технология изготовления литьем (PIM) тонкостенной стальной раздаваемой втулки для разъемных соединений композитных панелей // Вооружение, военная техника и боеприпасы. Форум лучших студентов технических вузов России, Х международная выставка «Вооружение, военная техника и боеприпасы». (Russia Arms Expo 2015), 10 сентября 2015 года, г. Нижний Тагил. Сб. ст. Ч. 2. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. С. 176-181.Raymond V. Metal injection molding development: modeling and numerical simulation of injection with experimental validation. Diss. Ecole Polytechnique de Montreal, 2012. 136 pp.Balandin G.F. Teoriya formirovaniya otlivki: Osnovy teplovoj teorii. Zatverdevanie i ohlazhdenie otlivki: Uchebnik dlya vuzov [Casting theory: Fundamentals of the theory of heat. Crystallization and cooling of casting: Textbook for unviversities]. Moscow: Bauman MSTU, 1998. 360 p. (in Russ.)Баландин Г.Ф. Теория формирования отливки: основы тепловой теории. Затвердевание и охлаждение отливки: учеб. для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. 360 с.Pikunov M.V. Plavka metallov, kristallizaciya splavov, zatverdevanie otlivok: Uchebnoe posobie dlya vuzov [Metal melting, alloy crystallization, casting solidification: Textbook for unviversities]. Moscow: MISiS, 2005. 416 p. (in Russ.)Пикунов М.В. Плавка металлов, кристаллизация сплавов, затвердевание отливок: учеб. пособие для вузов. М.: МИСиС, 2005. 416 с.Churkin B.S. Teoriya litejnyh processov: Uchebnik [Casting processes theory: Textbook]. Ed. by Eh.B. Gofman. Ekaterinburg, 2006. 454 pp. (in Russ.).Чуркин Б.С. Теория литейных процессов: учебник / под ред. Э.Б. Гофмана. Екатеринбург, 2006. 454 с.Gini Eh.Ch. Special’nye tekhnologii lit’ya: Uchebnik dlya vuzov [Special casting techniques: Textbook for unviversities]. Eh.Ch. Gini, A.M. Zarubin [et al]. Moscow: Bauman MSTU, 2010. 367 pp. (in Russ.)Гини Э.Ч. Специальные технологии литья: учеб. для вузов / Э.Ч. Гини, А.М. Зарубин, В.А. Рыбкин. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. 367 с.Coleman A.J., Murray K. [et al]. Effect of Particle Size Distribution on Processing and Properties of Metal Injection Moulded 4140 and 4340. Sandvik Osprey Ltd.: Technical papers. URL: http:// smt.sandvik.com/globalassets/global/downloads/products_downloads/metal_powders/ technical_papers/effect-of-particle-size-distribution-on-processing-and-properties-of-mim- 4140-and-4340.pdf (circulation date: 12.09.2017).Coleman A.J., Murray K. [et al]. Effect of Particle Size Distribution on Processing and Properties of Metal Injection Moulded 4140 and 4340 // Sandvik Osprey Ltd.: Technical papers. URL: http:// smt.sandvik.com/ globalassets/global/downloads/products_downloads/metal_powders/ technical_papers/effect-of-particle-size-distribution-on-processing-and-properties-of-mim- 4140-and-4340.pdf (дата обращения: 12.09.2017).Muranov A.N., Semenov A.B., Semenov B.I. Nen’yutonovskoe techenie suspenzij, ispol’zuemyh pri inzhekcionnom lit’e metallicheskih izdelij slozhnoj formy [Newtonian flow of suspensions used in injection moulding of complex-shaped metal parts]. Mekhanika kompozicionnyh materialov i konstrukcij, slozhnyh i geterogennyh sred: sbornik trudov Vserossijskoj nauchnoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem, k 95-letiyu so dnya rozhdeniya akademika I.F. Obrazcova. Moscow, 15—17 December 2015. М.: FSBAS «IPRIM» RAS, 2015. P. 638—639. (in Russ.)Муранов А.Н., Семенов А.Б., Семенов Б.И. Неньютоновское течение суспензий, используемых при инжекционном литье металлических изделий сложной формы // Механика композиционных материалов и конструкций, сложных и гетерогенных сред: сб. тр. Всеросс. науч. конф. с межд. участием, к 95-летию со дня рождения академика И.Ф. Образцова. Москва, 15-17 декабря 2015 г. М.: ФГБУН «ИПРИМ» РАН, 2015. С. 638-639.Semenov A.B., Gavrilenko A.Eh., Semenov B.I. Poroshkovye tekhnologii sinteza slozhnyh fasonnyh detalej iz supersplavov: AM i/ili PIM (zarubezhnyj i otechestvennyj opyt) [Powder technologies for fusion of complex-shaped parts from super-alloys: AM and/or PIM (foreign and domestic practical experience)] [Electronic resource]. FSUE «VIAM» SSC RF. Proceedings of II-nd International conference «Additivnye tekhnologii: nastoyashchee i budushchee». Part 4. Moscow. 16 March 2016. URL: http://conf.viam.ru/conf/192/proceedings. (in Russ.)Семенов А.Б., Гавриленко А.Э., Семенов Б.И. Порошковые технологии синтеза сложных фасонных деталей из суперсплавов: АМ и/или PIM (зарубежный и отечественный опыт) [Электронный ресурс] // ФГУП ВИАМ ГНЦ РФ. Круглые столы, конференции, семинары: сб. тр. II межд. Конф. «Аддитивные технологии: настоящее и будущее». Ч. 4. Москва, 16 марта 2016. URL: http://conf.viam.ru/conf/192/proceedings (дата обращения: 11.10.2017).New generation casting technologies, their mastering and development in Russia. P. 2-2. Physical nature and features of models of materials with thixotropic properties / A.B. Semenov, A.N. Muranov, B.I. Semenov. Tekhnologiya metallov. 2016. № 9. P. 7—18. (in Russ.)Литейные технологии нового поколения, их освоение и развитие в России. Ч. 2-2. Физическая природа и особенности моделей материалов с тиксотропными свойствами / А.Б. Семенов, А.Н. Муранов, Б.И. Семенов // Технология металлов. 2016. № 9. С. 7-18.New generation casting technologies, their mastering and development in Russia. P. 2-1. Physical nature and features of models of materials with thixotropic properties / A.B. Semenov, A.N. Muranov, B.I. Semenov. Tekhnologiya metallov. 2016. № 8. С. 8—17. (in Russ.)Литейные технологии нового поколения, их освоение и развитие в России. Ч. 2-1. Физическая природа и особенности моделей материалов с тиксотропными свойствами / А.Б. Семенов, А.Н. Муранов, Б.И. Семенов // Технология металлов. 2016. № 8. С. 8-17.Metal Power Compositions for the EP648 Heat Resistant Alloy Manufactured by All-Russian Research Institute for Aircraft Materials VIAM for Selective Laser Melting, Laser Metal Deposition and Metal Injection Molding Technologies / E.N. Kablov, A.G. Evgenov, O.G. Ospennikova [et al.]. Izvestiya Vuzov. Mashinostroenie. 2016. № 9. P. 62—80. (in Russ.)Металлопорошковые композиции жаропрочного сплава ЭП648 производства ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ в технологиях селективного лазерного сплавления, лазерной газопорошковой наплавки и высокоточного литья полимеров, наполненных металлическими порошками / Е.Н. Каблов, А.Г. Евгенов, О.Г. Оспенникова [и др.] // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2016. № 9. С. 62-80.New tasks and objectives in engineering education of graduating student of machine-building specialization university. Part 1 / A.B. Semenov, A.P. Kornevich, A.A. Kutsbakh [et al]. Tekhnologiya metallov. 2017. № 3. P. 42—48. (in Russ.)Новые задачи и рубежи в технологической подготовке выпускника вуза машиностроительного профиля. Ч. 1 / А.Б. Семёнов, А.П. Корневич, А.А. Куцбах [и др.] // Технология металлов. 2017. № 3. С. 42-48.New tasks and objectives in engineering education of graduating student of machine-building specialization university. Part 2 / A.B. Semenov, A.P. Kornevich, A.A. Kutsbakh [et al]. Tekhnologiya metallov. 2017. № 5. P. 38—48. (in Russ.)Новые задачи и рубежи в технологической подготовке выпускника вуза машиностроительного профиля. Ч. 2 / А.Б. Семёнов, А.П. Корневич, А.А. Куцбах [и др.] // Технология металлов. 2017. № 5. С. 38-48.Semenov A.B., Semenov B.I. Two paradigms of metal casting technologies. Izvestiya Vuzov. Mashinostroenie. 2017. № 5. P. 79—98. (in Russ.)Семенов А.Б., Семенов Б.И. Две парадигмы технологий литья изделий из металлов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2017. № 5. С. 79-98.Malkin A.Ya., Isaev A.I. Reologiya: koncepcii, metody, prilozheniya [Rheology: concepts, mothods, applications]. SPb.: Izd. Professiya, 2010. 560 pp. (in Russ.)Малкин А.Я., Исаев А.И. Реология: концепции, методы, приложения. СПб.: Изд. Профессия, 2010. 560 с.Semenov B.I., Kushtarov K.M. Proizvodstvo izdelij iz metalla v tverdozhidkom sostoyanii. Novye promyshlennye tekhnologii: Uchebnoe posobie dlya vuzov [Manufacturing of metal parts in solidliquid state. New industrial technologies: Textbook for unviversities]. Moscow: Bauman MSTU, 2010. 223 pp. (in Russ.)Семенов Б.И., Куштаров К.М. Производство изделий из металла в твердожидком состоянии. Новые промышленные технологии: учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. 223 с.Russian Scientific Foundation [Internet]. URL: http://www.rscf.ru (access date: 11.10.2017).Российский научный фонд [сайт] 2017. URL: http://www.rscf.ru (дата обращения: 11.09.2017).