Kad kāds jautā par “pulvermetalurģijas veidiem”, mācību grāmatas tūlītējā atbilde parasti ir precīzs saraksts: prese un aglomerēšana, metāla iesmidzināšana, karstā izostatiskā presēšana utt. Bet praksē šī klasifikācija ir gandrīz pārāk tīra. Tajā trūkst nianšu, kāpēc jūs izvēlētos vienu, nevis otru konkrētai detaļai, un reālos kompromisus, kas nāk ar katru. Esmu redzējis pārāk daudz dizainu, kad izvēle šķita balstīta uz kataloga aprakstu, nevis dziļu izpratni par procesa ierobežojumiem. Parunāsim par to, ko šie veidi patiesībā nozīmē, kad jūs mēģināt izgatavot detaļu, kas darbojas, ilgst un nesamazina budžetu.
Darba zirgs: parastā prese un saķepināšana
Šeit lielākā daļa cilvēku sāk, un tas ir pamatota iemesla dēļ. Tas ir ekonomiski izdevīgi lieliem salīdzinoši vienkāršu formu apjomiem. Jūs ņemat metāla pulveri, piepildiet veidni, nospiediet to zem augsta spiediena un pēc tam saķepiniet to krāsnī, lai savienotu daļiņas. Galvenais šeit ir "salīdzinoši vienkārši". Zemākie samazinājumi? Aizmirsti to. Būtiskas sienas biezuma atšķirības? Jūs lūdzat problēmas ar blīvuma gradientiem, kas parādīsies veiktspējā.
Reiz mums bija projekts nelielai zobrata komponentei. Zīmējums izskatījās ideāli piemērots prese un saķepināšana. Bet klientam bija asa, dziļa rieva stiprinājuma gredzenam. Saķepināšanas stadijā šī plānā daļa deformējās. Mums bija jāatgriežas un jāpārveido rievas maigāks rādiuss, kas pēc tam prasīja izmaiņas pārošanās daļā. Šīs ir šīs sīkās detaļas, kuras brošūrā nav. Mehāniskās īpašības ir pienācīgas, taču tās ir anizotropas – stiprākas perpendikulāri presēšanas virzienam. Ja jūsu slodzes korpuss nav saskaņots ar to, jums tas ir jāzina.
Materiālu klāsts šeit ir plašs, sākot no dzelzs-vara-oglekļa maisījumiem pamata konstrukciju daļām līdz mazleģētiem tēraudiem. Bet, ja jūs saņemat pieprasījumus pēc tādām lietām kā nerūsējošais tērauds presēšanas un aglomerācijas detaļai, jums jābūt uzmanīgiem. Saķepināšanas atmosfēra ir stingri jākontrolē, lai novērstu hroma oksidēšanos, kas palielina izmaksas. Dažreiz ir saprātīgāk ieteikt citu pulvermetalurģija maršrutu vai pat pavisam citu ražošanas procesu.
Ja sarežģītība nav apspriežama: metāla iesmidzināšanas formēšana (MIM)
MIM ir atbilde, ja jūsu daļa izskatās kā plastmasas iesmidzināšanas formas sastāvdaļa, bet tai ir jābūt metāla. Padomājiet par sarežģītām, niecīgām, sarežģītām formām — kronšteiniem ar vairākiem caurumiem nepāra leņķī, ķirurģisko instrumentu spīlēm, miniatūrām slēdzenes sastāvdaļām. Process sajauc smalku metāla pulveri ar polimēru saistvielu, iesmidzina to, atdala saistvielu un saķepina. Jūs iegūstat gandrīz pilnu blīvumu un lielisku formas precizitāti.
Nozveja? Tā ir garāka, smalkāka procesa ķēde. Atdalīšanas posms ir kritisks un lēns; pasteidzieties, un jums rodas plaisas vai tulznas. Arī saraušanās galīgās saķepināšanas laikā ir ievērojama un paredzama, taču jums ir jāizstrādā veidnes instrumenti, lai to precīzi kompensētu. Es atceros savienotāju komponentu partiju, kur instrumenti tika sagriezti, pamatojoties uz agrīnu, nedaudz atdalītu materiāla saraušanās faktoru. Viss skrējiens bija par dažiem procentpunktiem mazāks. Bezjēdzīgi. Mācība bija vienmēr, vienmēr veikt izmēģinājumus ar tieši tādu pulvera un saistvielu izejvielu, kādu plānojat izmantot ražošanā.
Izmaksu ziņā tas ir augstāks par detaļu nekā presēšana un saķepināšana, taču pareizai lietošanai tas ir nepārspējams. Mēs esam iegādājušies MIM daļas klientiem, kuriem nepieciešamas sarežģītas, augstas veiktspējas formas, kuru apstrāde no cietas materiāla būtu pārmērīgi dārga. Uzņēmumiem patīk Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY), kam ir dziļa pieredze precīzās liešanas un apstrādes jomā, bieži vien nodrošina vērtīgas sekundāras darbības ar MIM detaļām, piemēram, precīzas CNC apstrādes kritiskās bāzes virsmas pēc saķepināšanas, lai sasniegtu pielaidi, ko MIM process vien nevar garantēt.
Augstas veiktspējas arēna: karstā izostatiskā presēšana (HIP) un tālāk
Šeit jūs meklējat daļas, kurās nevar būt tukšumu. Es domāju, nulles porainība. Aviācijas un kosmosa turbīnu lāpstiņas, augstākās kvalitātes medicīniskie implanti, svarīgas urbumu eļļas un gāzes sastāvdaļas. HIP pakļauj iepriekš izveidotu pulvera kompaktu (bieži vien iekapsulētu noslēgtā traukā) augstai temperatūrai un izostatiskajam gāzes spiedienam no visām pusēm vienlaikus. Rezultāts ir pilnībā blīva, viendabīga mikrostruktūra.
Izmaksas ir krasas. Iekārtas iegāde un ekspluatācija ir neticami dārga. Tas nav liela apjoma process. Jūs to izmantojat visprasīgākajām lietojumprogrammām. Interesanta hibrīda pieeja ir izmantot HIP, lai dziedinātu lējumu iekšējos defektus. Šī ir joma, kurā vissvarīgākās ir piegādātāja materiālu zināšanas. Piemēram, darbs ar īpašiem sakausējumiem, piemēram, sakausējumiem uz niķeļa vai kobalta bāzes, kas ir izplatīts ieguldījumu liešanas darbos, ko veic tādi uzņēmumi kā QSY (to materiālu klāstu varat skatīt vietnē https://www.tsingtaocnc.com) — nepieciešamas precīzas zināšanas par to, kā pulveris darbojas HIP cikla laikā, lai izvairītos no nevēlamas fāzes veidošanās.
Papildus HIP ir arī visa pasaule jaunu un specializētu veidu. Spark plazmas saķepināšana progresīvai keramikai un kompozītmateriāliem. Metālu piedevu ražošana, kas būtībā notiek pa slānim pulvermetalurģija. Bet ar AM jūs maināt HIP izotropo spiedienu pret lāzera vai elektronu stara termisko spriegumu. Uzbūvētā virsmas apdare un iekšējā sprieguma stāvoklis ir pilnīgi atšķirīgi, un bieži vien ir nepieciešama HIP pēcapstrāde, lai novērstu mikroporainību. Tas ir mazāk atšķirīgs veids un vairāk jauns rīks pulvera konsolidācijas rīku komplektā.
Materiāls ir Vēstījums
Procesa veidu nevar atdalīt no materiāla. Runājot par pulvermetalurģijas veidi bez pārrunām par pulveri ir kā runāt par ēdiena gatavošanu, neminot sastāvdaļas. Ar ūdeni pulverizēts pulveris ir lētāks, neregulāras formas un piemērots presēšanai un saķepināšanai. Gāzes pulveris ir sfērisks, labāk plūst MIM vai AM, bet ir dārgāks. Arī sakausēšanas metodei ir nozīme — vai jūs izmantojat iepriekš leģētu pulveri vai jaucat elementārus pulverus? Iepriekš sakausējums nodrošina viendabīgākas īpašības, bet ir dārgāks. Elementu sajaukšana var izraisīt neviendabīgumu, ja tā netiek pareizi apstrādāta.
Mums bija kļūmju analīzes gadījums aglomerācijas rūdīšanas tērauda daļā. Tas bija paredzēts lietošanai ar augstu nodilumu. Daļa izturēja sākotnējo QC, bet priekšlaicīgi neizdevās uz lauka. Metalurģija parādīja lokalizētas austenīta vietas, kas ir mīkstas. Galvenais cēlonis? Nekonsekventa grafīta (oglekļa) piedevas sajaukšana ar bāzes dzelzs pulveri pirms presēšanas. Saķepināšanas laikā ogleklis neizkliedējās vienmērīgi, tāpēc dažas vietas nebija pareizi sacietējušas. Labojums bija pāreja uz iepriekš leģētu tērauda pulveri ar oglekli jau šķīdumā. Problēma atrisināta, bet ar materiālu izmaksu pieaugumu par 15%. Tas ir tāds kompromiss, kas notiek katru dienu.
Tāpēc ir ļoti svarīgi sadarboties ar lietuvju vai mašīnu darbnīcu, kas saprot materiālus šajā līmenī. Uzņēmums ar 30 gadiem liešanas un apstrādes jomā, piemēram, QSY, nodrošina metalurģisko intuīciju. Viņi, iespējams, neizgatavo pulveri, taču viņi zina, kā šie materiāli uzvedas karstuma un spriedzes apstākļos, kas saistīti ar darbu čuguns, tērauds, nerūsējošais tērauds un speciālie sakausējumi. Šīs zināšanas par starpprocesiem ir nenovērtējamas, izvēloties PM maršrutu un paredzot, kā daļa veiks pēcsaķepināšanu.
Konverģence ar tradicionālo ražošanu
Līnijas ir izplūdušas. Ļoti izplatīts ceļš tagad ir a pulvermetalurģija gandrīz tīkla formas process, kam seko precīza apstrāde. Varat MIM vai presēt un saķepināt daļu līdz 95% no tās galīgās formas, pēc tam ievietot CNC frēzi, lai apstrādātu precīzu urbumu, vītnes vai kritisko blīvējuma virsmu. Šī hibrīda pieeja optimizē izmaksas un veiktspēju.
Esmu strādājis pie vārstu korpusiem, kur galvenās kompleksās iekšējās ejas tika veidotas, izmantojot MIM, bet atloku virsmas un vītņu pieslēgvietas tika apstrādātas ar CNC pēc saķepināšanas. Tas bija vienīgais veids, kā sasniegt nepieciešamo virsmas apdari un ģeometriskās pielaides šīm īpašajām iezīmēm. Piegādātājs, kas piedāvā gan PM zināšanas, gan iekšējo apstrādi, kā norādīts QSY koncentrācijā uz čaulas veidņu liešanu, ieguldījumu liešanu un CNC apstrādi, ir labi piemērots šāda veida integrētam ražošanas risinājumam. Tas racionalizē saziņu un atbildību.
Tādējādi PM veida izvēle nav atsevišķs lēmums. Tas ir pirmais solis ražošanas plānā. Jājautā: Kādas sekundārās operācijas būs nepieciešamas? Kā daļa tiks pabeigta? Pārklāts? Saķepināšanas process ietekmē virsmas ķīmisko sastāvu, kas var ietekmēt pārklājuma adhēziju vai krāsas veiktspēju. Tas viss ir saistīts. Domājot par to kā tikai “tipa” izvēli no izvēlnes, tā ir lielākā kļūda, ko varat pieļaut. Tas ir par piegādes ķēdes un procesa ķēdes izveidi, kas nodrošina funkcionālu komponentu. Pulveris ir tikai sākums.
