Kad dzirdat vārdu "pulvermetalurģijas tērauds", tiešā veidā var parādīties šie ideālie, augstas veiktspējas komponenti tieši no laboratorijas datu lapas. Realitāte cehā bieži ir juceklīgāka ar kompromisiem starp šo ideālo mikrostruktūru un brutālo ražošanas ekonomiku. Tas attiecas ne tikai uz presēšanu un saķepināšanu; tas ir par to, kā pārvaldīt cerības — gan materiāla, gan klienta cerības.
Plaisa starp specifikāciju lapu un veikala stāvu
Mēs bieži saņemam pieprasījumus, dažreiz ar tādu partneru starpniecību Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY), kuriem ir liela pieredze liešanā un apstrādē, jautājot, vai daļu, kas pašlaik tiek izgatavota ar ieguldījumu liešanu, var pārslēgt uz pulvermetalurģija izmaksām vai veiktspējai. Pirmais jautājums ir, vai mēs nekad nevaram? bet vai mums vajadzētu? Sarežģītam pārnesumam, kam nepieciešama liela noguruma izturība, PM var uzvarēt. Bet vienkāršam korpusam ar biezām sienām tradicionālā liešana vai pat mehāniskā apstrāde no stieņu krājumiem bieži vien ir lētāka, it īpaši mazākos apjomos. Gandrīz tīkla formas pievilcība ir spēcīga, taču šī sarežģītā zobrata instrumenta izmaksas var būt projekta slepkava.
Es atceros projektu par hidrauliskā vārsta komponentu. Zīmējumā norādīts blīvums 7,4 g/cm3 pulvermetalurģijas tērauds lai nodrošinātu hermētiskumu. Mēs to panācām, izmantojot dubulto presēšanu un saķepināšanu, bet izmēru deformācija pēc saķepināšanas bija murgs. Detaļa izskatījās ideāli, izejot no krāsns, taču CMM mērījumi stāstīja citu stāstu. Mēs pavadījām nedēļas, lai pielāgotu iepriekš sagatavoto dizainu, būtībā veidojot izkropļojumus pretējā virzienā, kas šķita pilnīgi pretējs intuitīvam. Tas darbojās, taču tas palielināja izstrādes laiku par 15%. Tās ir slēptās izmaksas — atkārtojums.
Šajā gadījumā apstrādes partneris nav apspriežams. Pat ar vislabāko PM procesu, jums bieži ir nepieciešama pēdējā apstrādes kārta, lai nodrošinātu kritiskās pielaides vai virsmas apdari. Tāds uzņēmums kā QSY, ar viņu CNC apstrāde zināšanas, kļūst izšķiroša. Jūs nevarat vienkārši nodot viņiem saķepināto daļu un gaidīt brīnumus; materiāls uzvedas savādāk nekā kalts tērauds. Tas ir abrazīvāks un var būt porains. Mēs iemācījāmies norādīt saķepināšanas blīvumu un cietību zīmējumā, ko nosūtām mašīnistiem, nevis tikai sakausējuma kategoriju. Piezīme, piemēram, satur atlikušo porainību, asu instrumentu izmantošana visiem ietaupa galvassāpes.
Materiālu nianses ārpus dzelzs un oglekļa
Pamata dzelzs pulveris ir tikai audekls. Māksla ir saistīta ar piedevām — iepriekš sakausētiem pulveriem un smērvielām. Izmantojot difūzijas savienojumu pulveri, piemēram, Distaloy, ar niķeli un varu, kas iepriekš sakausēts dzelzs daļiņās, pēc saķepināšanas iegūst daudz viendabīgākas īpašības, salīdzinot ar elementāru pulveru sajaukšanu. Bet tas ir dārgāks. Lietojot ar augstu nodilumu, mēs varam izmantot iepriekš leģētu tērauda pulveri, kas satur molibdēnu, pēc tam pievienojiet varu un grafītu, lai nodrošinātu izturību. Saķepināšanas atmosfēra kļūst kritiska — daļējs vakuums vai saplaisājis amonjaks, lai novērstu dekarbonizāciju. Izdari to nepareizi, un rūdāmais tērauds nesacietēs.
Pastāv izplatīts nepareizs uzskats, ka PM daļas pēc būtības ir vājākas. Nav taisnība, ja tas tiek darīts pareizi. Caurlaidības cietināšanas procesos, piemēram, karbonitrīdā, mēs esam sasnieguši virsmas cietību 60 HRC pulvermetalurģijas tērauds automobiļu transmisiju sastāvdaļas. Galvenais ir vispirms sasniegt pietiekamu blīvumu. Daļai ar 6,8 g/cm3 būs savstarpēji saistīta porainība, kas absorbē karburēšanas gāzi un noved pie nekonsekventa korpusa dziļuma. Nospiediet to uz 7,2 vai augstāku, un termiskās apstrādes laikā tas darbojas vairāk kā ciets materiāls.
Neveiksmes stāsts: reiz mēģinājām izgatavot mazu, augstas stiprības sviru ar apakšējo griezumu. Konstrukcija paredzēja, ka presēšanas laikā ir jāveido apakšgriešana, lai izvairītos no sekundārās apstrādes. Tas likās gudri. Bet izgrūšanas laikā no presformas šī smalkā daļa, sablīvēta, bet vēl nesaķepināta (ko mēs saucam par zaļo daļu), gandrīz katru reizi ieplaisāja. Mēs izmēģinājām dažādus smērvielu maisījumus pulvera maisījumā, lai uzlabotu plūsmu un samazinātu berzi, taču milzīgais mehāniskais spriegums bija pārāk liels. Mums bija jāpārveido daļa, vienkāršojot formu un pieņemot vēlāku CNC darbību, lai izveidotu apakšējo griezumu. Tas bija klasisks gadījums, kad tika pārvērtēts, ko zaļais spēks spēj izturēt. Nodarbība bija izstrādāt procesam, nevis piespiest procesu, lai tas atbilstu dizainam.
Kad PM satiekas ar citiem procesiem
Šī ir interesanta telpa. Uzņēmumiem patīk QSY specializēties investīciju liešana un čaumalu liešana veidnēs. Tātad, kad premjerministrs konkurē un kad tas papildina? Attiecībā uz sakausējumiem, kurus ir ļoti grūti apstrādāt, piemēram, dažiem uz niķeļa bāzes izgatavotiem supersakausējumiem, pretendē gan PM, gan investīciju liešana. PM var piedāvāt smalkāku graudu struktūru. Tomēr ļoti lielām detaļām (domājiet par vairāk nekā 10 kg) liela mēroga presēšana kļūst nepraktiska, un joprojām dominē liešana. Mēs esam redzējuši hibrīdas pieejas, kurās sarežģīta PM sagatave tiek saķepināta un pēc tam savienota ar lieti vai mehāniski apstrādātu mezglu, izmantojot lodēšanu vai metināšanu. Tā ir niša, bet atrisina konkrētas problēmas.
Viņu vietnē tsingtaocnc.com, QSY uzskaita tādus materiālus kā kobalta un niķeļa sakausējumi. Tie ir arī galvenie kandidāti PM, jo īpaši daļām, kurām nepieciešama augsta temperatūras izturība un nodiluma īpašības, piemēram, vārstu ligzdas vai turbīnu lāpstiņas. Pulvera ceļš var samazināt materiālu atkritumus šiem dārgajiem sakausējumiem. Izaicinājums ir to saķepināšana, neievadot piesārņotājus; bieži vien ir vajadzīgas augsta vakuuma krāsnis. Šī krāsns laika izmaksas tiek iekļautas daļas cenā. Tāpēc lēmumu matrica vienmēr atgriežas pie apjoma, sarežģītības un materiālu izmaksām.
Man šķiet aizraujošas operācijas pēc saķepināšanas. Saķepinātā daļa nav pabeigta. Tam var būt nepieciešama izmēra noteikšana (pēdējā atkārtota presēšana presformā), virsmas oksīda apstrāde un viegla blīvēšana vai dažādi pārklāšanas vai pārklāšanas procesi. Reiz mums bija detaļu partija, kas izturēja visus mehāniskos testus, bet neizturēja sāls aerosola testu, lai noteiktu izturību pret koroziju. Porainība, pat ja tā nebija savstarpēji saistīta, aizturēja pārklājuma šķīdumu, kas vēlāk izsūcas un izraisīja pūslīšu veidošanos. Labojums bija sveķu impregnēšanas solis pirms pārklājuma — vienkāršs, zemu izmaksu process, kas ne vienmēr ir iekļauts standarta specifikāciju lapā, bet ir absolūti būtisks noteiktiem lietojumiem.
Ekonomiskā realitāte un nišas stiprās puses
Dienas beigās pulvermetalurģijas tērauds nav burvju lode. Tas ir process ar ļoti patīkamu vietu. Liels apjoms (lai amortizētu instrumentus), vidēja līdz augsta sarežģītība (lai izmantotu tīkla formas priekšrocības) un materiāls, kas gūst labumu no PM mikrostruktūras. Padomājiet par automašīnu dzinēja zobratiem, elektroinstrumentu zobratiem vai slēdzenes sastāvdaļām. Vienreizējiem prototipiem vai ļoti maziem apjomiem bieži vien ir labāk apstrādāt cieto materiālu, pat ja tas ir izšķērdīgi. Līdzsvara punkts ir pastāvīgs debašu temats.
Kur tas patiesi spīd, ir materiālu kombinācijas, kuras jūs nevarat viegli iegūt citur. Detaļu ar gradientu struktūru, teiksim, vienā galā bagātu ar varu, lai nodrošinātu labāku siltumvadītspēju, un otru galu par standarta tēraudu izturībai, ir iespējams izgatavot vienā presēšanas-aķepināšanas ciklā ar gudru veidņu dizainu un pulvera slāņiem. Mēs eksperimentējām ar šādu pašeļļojošu gultni, izmantojot porainu dzelzs struktūru, kas infiltrēta ar polimēru. Tas darbojās, taču konsekventa infiltrācijas dziļuma kontrole bija izaicinājums, ko mēs nekad pilnībā neatrisinājām masveida ražošanai.
Skatoties plašākā vidē, sadarbība starp PM ražotājiem un precīzijas mašīnistiem ir tas, kas nodrošina funkcionālu komponentu. Tāda firma kā Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. atspoguļo pakārtotās iespējas, kas padara PM dzīvotspējīgu precīziem lietojumiem. Mēs izgatavojam gandrīz tīkla formas sagatavi ar kontrolētām materiāla īpašībām; tie nodrošina tā galīgo izmēru un virsmas apdares likteni. Tā ir nodošana, kas prasa kopēju izpratni — apzinoties, ka saķepinātā virsma ir atšķirīga, zinot, kur, iespējams, ir porainība, un attiecīgi pielāgot padevi, ātrumu un instrumenta ceļus. Šis dialogs vairāk nekā jebkurš cits aprīkojums ir tas, kas pārvērš metāla pulveri par uzticamu mašīnas daļu.
