وقتی «فولاد متالورژی پودر» را می شنوید، تصویر فوری ممکن است از این اجزای عالی و با کارایی بالا مستقیماً از برگه داده های آزمایشگاهی باشد. واقعیت در طبقه مغازه اغلب آشفته تر است، با مبادله بین آن ساختار ایده آل و اقتصاد بی رحمانه تولید. این فقط در مورد فشار دادن و تف جوشی نیست. این در مورد مدیریت انتظارات است - هم مطالبات و هم انتظارات مشتری.
شکاف بین برگه مشخصات و طبقه فروشگاه
ما اغلب سوالاتی را دریافت می کنیم، گاهی اوقات از طریق شرکای مانند Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY)، که تجربه عمیقی در ریخته گری و ماشینکاری دارند، می پرسند که آیا می توان قطعه ای را که در حال حاضر از طریق ریخته گری سرمایه گذاری ساخته شده است به متالورژی پودر برای هزینه یا عملکرد اولین سوال این است که هرگز نمی توانیم؟ اما آیا ما باید؟ برای یک دنده پیچیده که به استحکام خستگی بالا نیاز دارد، PM ممکن است برنده شود. اما برای یک محفظه ساده و دیواره ضخیم، ریخته گری سنتی یا حتی ماشینکاری از استوک میله اغلب ارزان تر است، به خصوص در حجم های پایین تر. جذابیت شکل نزدیک به تور قدرتمند است، اما هزینه ابزار برای آن قالب پیچیده دنده می تواند یک پروژه قاتل باشد.
من پروژه ای را برای یک جزء شیر هیدرولیک به یاد می آورم. در نقشه چگالی 7.4 گرم بر سانتی متر مکعب برای آن مشخص شده است فولاد متالورژی پودر برای اطمینان از نشتی بودن ما از طریق پرس مضاعف و تف جوشی به آن دست یافتیم، اما پس از تف جوشی تاب بعدی یک کابوس بود. این قطعه از کوره بیرون می‌آمد، اما اندازه‌گیری‌های CMM داستان متفاوتی را بیان می‌کرد. ما هفته‌ها را صرف تغییر طراحی پیش‌فرم کردیم، اساساً اعوجاج را در جهت مخالف ایجاد کردیم، که کاملاً غیر شهودی بود. کار کرد، اما 15 درصد به زمان توسعه اضافه کرد. این هزینه پنهان است - تکرار.
اینجاست که داشتن شریک ماشینکاری غیرقابل مذاکره است. حتی با بهترین فرآیند PM، شما اغلب به یک پاس ماشینکاری نهایی برای تلرانس های بحرانی یا پرداخت سطح نیاز دارید. شرکتی مانند QSY با آنها ماشینکاری CNC تخصص، حیاتی می شود. شما نمی توانید فقط یک قطعه متخلخل را به آنها بدهید و منتظر معجزه باشید. رفتار مواد متفاوت از فولاد فرفورژه است. ساینده تر است و می تواند دارای تخلخل باشد. ما یاد گرفتیم که چگالی و سختی متخلخل را روی نقشه‌ای که برای ماشین‌کارها ارسال می‌کنیم، مشخص کنیم، نه فقط درجه آلیاژ. یادداشتی مانند حاوی تخلخل باقیمانده است، استفاده از ابزارهای تیز همه را از سردرد نجات می دهد.
تفاوت های ظریف مواد فراتر از آهن و کربن
پودر آهن پایه فقط بوم است. هنر در افزودنی ها است - پودرهای پیش آلیاژ شده و روان کننده ها. استفاده از پودر با پیوند انتشار مانند Distaloy، با نیکل و مس از قبل آلیاژ شده در ذرات آهن، در مقایسه با مخلوط کردن پودرهای عنصری، خواص همگن بسیار بیشتری پس از تف جوشی می دهد. ولی گرون تره برای کاربردهای سایش بالا، ممکن است از پودر فولاد پیش آلیاژی حاوی مولیبدن استفاده کنیم، سپس مس و گرافیت را برای استحکام اضافه کنیم. اتمسفر تف جوشی بحرانی می شود - خلاء جزئی یا آمونیاک ترک خورده برای جلوگیری از کربن زدایی. اشتباه کنید، و فولاد قابل سخت شدن شما سخت نمی شود.
یک تصور غلط رایج وجود دارد که قطعات PM ذاتا ضعیف تر هستند. درست نیست اگر درست انجام شود. از طریق فرآیندهای سخت‌سازی بدنه مانند کربناترید کردن، ما به سختی سطح 60 HRC دست یافته‌ایم. فولاد متالورژی پودر اجزای گیربکس خودرو نکته اصلی دستیابی به چگالی کافی است. قطعه‌ای با 6.8 گرم بر سانتی‌متر مکعب تخلخل به هم پیوسته دارد که گاز کربورکننده را جذب می‌کند و منجر به عمق ناهماهنگ کیس می‌شود. آن را به 7.2 یا بالاتر فشار دهید و در طول عملیات حرارتی بیشتر شبیه یک ماده جامد عمل می کند.
داستان شکست: یک بار سعی کردیم یک اهرم کوچک و با استحکام بالا با آندرکات بسازیم. این طرح خواستار تشکیل آندرکات در حین پرس بود تا از ماشینکاری ثانویه جلوگیری شود. هوشمندانه به نظر می رسید. اما در هنگام بیرون راندن از قالب، آن بخش ظریف، متراکم شده اما هنوز متخلخل نشده است (آنچه ما آن را قسمت سبز رنگ می نامیم)، تقریباً هر بار ترک می خورد. ما از ترکیب‌های روان‌کننده مختلف در مخلوط پودر برای بهبود جریان و کاهش اصطکاک استفاده کردیم، اما تنش مکانیکی بسیار زیاد بود. ما مجبور شدیم قطعه را دوباره طراحی کنیم، شکل را ساده کنیم و عملیات CNC بعدی را برای ایجاد آندرکات بپذیریم. این یک مورد کلاسیک از برآورد بیش از حد قدرت سبز بود. درس طراحی برای فرآیند بود، نه اینکه فرآیند را مجبور به تناسب با طرح کنیم.
وقتی PM با سایر فرآیندها ملاقات می کند
این یک فضای جالب است. شرکت ها دوست دارند QSY تخصص در ریخته گری سرمایه گذاری و ریخته گری قالب پوسته. بنابراین چه زمانی PM رقابت می کند و چه زمانی مکمل؟ برای آلیاژهایی که ماشین کاری آنها بسیار دشوار است، مانند برخی از سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل، هم ریخته گری PM و هم ریخته گری سرمایه گذاری مدعی هستند. PM می تواند ساختار دانه ریزتری را ارائه دهد. با این حال، برای قطعات بسیار بزرگ (بیش از 10 کیلوگرم) پرس در مقیاس بزرگ غیر عملی می شود و ریخته گری همچنان غالب است. ما رویکردهای ترکیبی را دیده‌ایم که در آن یک پیش‌فرم پیچیده PM متخلخل می‌شود و سپس از طریق لحیم کاری یا جوشکاری به یک مجموعه ریخته‌گری یا ماشینکاری شده متصل می‌شود. جالب است، اما مشکلات خاصی را حل می کند.
در وب سایت آنها، tsingtaocnc.comQSY موادی مانند آلیاژهای مبتنی بر کبالت و نیکل را فهرست می کند. اینها کاندیدهای اصلی برای PM نیز هستند، به ویژه برای قطعاتی که به مقاومت در برابر دمای بالا و خواص سایش نیاز دارند، مانند صندلی‌های سوپاپ یا پره‌های توربین. مسیر پودر می تواند ضایعات مواد را برای این آلیاژهای گران قیمت به حداقل برساند. چالش، تف جوشی آنها بدون وارد کردن آلاینده است. اغلب به کوره های با خلاء بالا نیاز دارد. هزینه آن زمان کوره به قیمت قطعه تبدیل می شود. بنابراین ماتریس تصمیم همیشه به حجم، پیچیدگی و هزینه مواد باز می گردد.
من عملیات پس از تف جوشی را جذاب می دانم. یک قطعه سینتر شده تمام نشده است. ممکن است نیاز به اندازه گیری (فشار مجدد نهایی در قالب)، عملیات بخار برای اکسید سطحی و آب بندی ملایم، یا فرآیندهای مختلف آبکاری یا پوشش داشته باشد. زمانی ما دسته‌ای از قطعات داشتیم که تمام تست‌های مکانیکی را پشت سر گذاشتند اما در تست اسپری نمک برای مقاومت در برابر خوردگی ناموفق بودند. تخلخل، حتی اگر به هم مرتبط نباشد، محلول آبکاری را به دام می‌اندازد، که بعداً بیرون زد و باعث ایجاد تاول شد. این اصلاح یک مرحله اشباع رزین قبل از آبکاری بود - یک فرآیند ساده و کم هزینه که همیشه در برگه مشخصات استاندارد نیست اما برای کاربردهای خاص کاملاً حیاتی است.
واقعیت اقتصادی و نقاط قوت طاقچه
در پایان روز، فولاد متالورژی پودر گلوله جادویی نیست این یک فرآیند با یک نقطه بسیار شیرین است. حجم بالا (برای استهلاک ابزار)، پیچیدگی متوسط تا زیاد (برای استفاده از مزیت شبکه شکل)، و ماده ای که از ریزساختار PM سود می برد. به چرخ دنده های موتور خودرو، چرخ دنده های ابزار برقی یا اجزای قفل فکر کنید. برای نمونه‌های اولیه یا حجم بسیار کم، اغلب بهتر است از جامد ماشینکاری کنید، حتی اگر بیهوده باشد. نقطه سربه سر یک موضوع دائمی بحث است.
جایی که واقعاً می درخشد در ترکیب مواد است که به راحتی نمی توانید به جای دیگری برسید. ساخت قطعه ای با ساختار گرادیان - مثلا یک سر غنی از مس برای هدایت حرارتی بهتر و سر دیگر فولاد استاندارد برای استحکام - در یک چرخه پرس-سینتر با طراحی هوشمندانه قالب و لایه بندی پودری امکان پذیر است. ما با یک یاتاقان خود روان کننده مانند این، با استفاده از یک ساختار آهن متخلخل که با یک پلیمر نفوذ کرده بود، آزمایش کردیم. کارساز بود، اما کنترل عمق نفوذ به طور مداوم چالشی بود که ما هرگز به طور کامل برای تولید انبوه آن را حل نکردیم.
با نگاهی به چشم انداز وسیع تر، همکاری بین تولیدکنندگان PM و ماشین آلات دقیق چیزی است که یک جزء کاربردی را ارائه می دهد. یک شرکت مانند Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. نشان دهنده قابلیت پایین دستی است که PM را برای کاربردهای دقیق قابل دوام می کند. ما شکل نزدیک به شبکه را با خواص مواد کنترل شده آن خالی می کنیم. آنها آن را به سرنوشت نهایی ابعادی و سطحی خود می رسانند. این یک انتقال است که نیاز به درک مشترک دارد - دانستن اینکه سطح متخلخل متفاوت است، دانستن محل تخلخل احتمالی، و تنظیم تغذیه، سرعت و مسیر ابزار بر این اساس. این گفتگو، بیش از هر قطعه واحدی، چیزی است که پودر فلز را به یک قطعه ماشینی قابل اعتماد تبدیل می کند.
