Keď počujete „produkty práškovej metalurgie“, bezprostredným obrazom pre mnohých sú stále jednoduché, pórovité bronzové puzdrá alebo základné konštrukčné časti. To je trochu zastaralý pohľad, úprimne. Pole sa posunulo ďaleko za to, ale oneskorenie vo vnímaní je skutočné. Pri našej práci so zložitými odliatkami a obrábaním sa často stretávame s návrhmi, v ktorých by sa PM diel hodil lepšie, ale inžinier si zo zvyku predvolí riešenie odliatku alebo obrábania z tyče, pričom niekedy prehliada výhody čistého tvaru a materiálovú efektivitu PM. Už to nie je len o lisovaní a spekaní železného prášku; ide o komponenty s vysokou hustotou, pokročilé zliatiny a hybridné výrobné procesy, ktoré rozmazávajú čiary.
The Material Conversation: Beyond Iron and Meď
Práca so špeciálnymi zliatinami, ako sú zliatiny na báze kobaltu a niklu na investičné liatie, vám poskytne ostré ocenenie materiálových nákladov a výkonu. Tu začína byť prášková metalurgia naozaj zaujímavá. Výroba dielov z nástrojových ocelí, nehrdzavejúcich ocelí alebo dokonca superzliatin prostredníctvom PM môže obísť veľa problémov so segregáciou, ktoré sa vyskytujú pri tradičnom tavení a odlievaní. Priamo z brány získate homogénnejšiu mikroštruktúru. Spomínam si na projekt komponentu ventilu v korozívnom prostredí, kde bol klient neústupne presvedčený o použití špecifickej triedy nehrdzavejúcej ocele. Pôvodný prototyp bol investičný odliatok, čo bolo v poriadku, ale diskusia sa zvrtla na vyšší objem. Pozreli sme sa na PM ako na alternatívu, konkrétne na nehrdzavejúcu oceľ 316L prášková metalurgia proces. Aspekt takmer čistého tvaru znamenal, že sme ušetrili približne 30 % na materiáli v porovnaní s obrábaním z pevného materiálu a mechanické vlastnosti, najmä odolnosť proti korózii, boli pozoruhodne konzistentné medzi dielmi. Nebola to len hra s nákladmi; bola to hra na spoľahlivosť.
To znamená, že to nie je univerzálna výmena. Výber zliatiny v PM je diktovaný dostupnými druhmi prášku a atmosférou spekania. Nemôžete len tak vziať akúkoľvek špecifikáciu zliatiny a preložiť ju priamo. Existuje krivka učenia. Mali sme neúspešný pokus o prispôsobenie sa vlastnostiam tepelne odolnej zliatiny niklu použitej v jednom z našich odliatkov do škrupinových foriem. Verzia PM sa spekala dostatočne dobre, ale odolnosť voči tečeniu pri vysokej teplote nedosahovala oproti liatej verzii. Poučenie nebolo také, že PM je menejcenný, ale že to bol úplne iný materiálny systém. Navrhujete pre proces PM, nie podľa hárku so špecifikáciami odlievania.
To súvisí s odbornosťou na miestach, ako sú Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY). Vďaka desaťročiam v odlievaní a CNC obrábaní rozumejú správaniu materiálu pri rôznych procesoch. Tieto základné znalosti sú rozhodujúce pri hodnotení, či je časť kandidátom na tradičné metódy, ako je ich špecializácia na škrupinové formy a investičné liatie, alebo či by sa mala nasmerovať na výrobky práškovej metalurgie dodávateľa. Je to o možnosti vidieť celú mapu výroby.
Kde PM svieti a kde sa potkne
Skutočné sladké miesto pre PM je v zložitých geometriách, ktoré sú nočnou morou na obrábanie, ale môžu byť vytvorené v matrici. Myslite na ozubené kolesá s nepravidelným tvarom nábojov, súčiastky s vnútornými podrezaniami alebo komponenty spájajúce viacero funkcií do jedného. Kontrola rozmerov po spekaní, najmä s modernými technikami, ako je mazanie stien matrice a vysoko presné lisy, je pôsobivá. Často sa nachádzate v tolerancii hrubo opracovanej časti, ktorá je pre mnohé aplikácie úplne postačujúca.
Ale tu je praktický problém, s ktorým sme sa stretli: pórovitosť. Je to dvojsečná zbraň. Riadená pórovitosť je skvelá pre samomazné ložiská alebo filtre. Ale pre diely vyžadujúce vysokú pevnosť, tlakovú tesnosť alebo dobrú povrchovú úpravu pre následné pokovovanie je táto prepojená pórovitosť problémom. Ak chcete zvýšiť hustotu, musíte prejsť na procesy, ako je vstrekovanie kovov (MIM) alebo dvojité lisovanie/dvojité spekanie, čo zvyšuje náklady. Kedysi sme získali PM ozubené koleso pre mechanizmus s nízkym zaťažením. Fungovalo to perfektne a bolo to nákladovo efektívne. Pre ozubené koleso hydraulického čerpadla vyžadujúce dynamickú pevnosť aj integritu tesnenia sme sa museli vrátiť k vykovanej a opracovanej ceste. Verzia PM aj pri 7,2 g/cm3 mala pod tlakom riziko mikroúniku. Poznanie týchto hraníc je kľúčové.
Ďalším jemným bodom sú sekundárne operácie. Príbeh je často taký, že PM eliminuje obrábanie. Niekedy. Častejšie ju znižuje. Veľa vysokovýkonných prášková metalurgia komponenty stále potrebujú CNC priechod pre kritické rozmery otvoru, operáciu závitovania alebo krok brúsenia pre tesniaci povrch. Tu sa dodávateľ s integrovanou schopnosťou obrábania, ako je silné zázemie CNC obrábania QSY, stáva logickým partnerom. Môžu premýšľať o celom reťazci procesu – ako bude spekaný diel držaný, kde sú referenčné body, ako môže zvyšková pórovitosť ovplyvniť opotrebovanie nástroja – a nie len dodávať surový diel.
Nákladová rovnica nie je len jednotková cena
Každý skočí na cenu za kus. Nástroje pre PM - tieto kalené oceľové matrice - sú drahé a majú dlhú dodaciu dobu. V prípade prototypov alebo nízkoobjemových sérií je to často nenáročné v porovnaní s obrábaním polotovaru alebo výrobou niekoľkých pieskových odliatkov. Hranica objemu, pri ktorej sa PM stáva ekonomickým, stále klesá s rýchlejšími nástrojovými metódami, ale stále existuje. Stavíte na objem.
Skutočné úspory sú systémové. Využitie materiálu je veľké. Používate možno 95 %+ surového prášku s minimálnym množstvom odpadu. Porovnajte to s obrábaním zložitého dielu z tyčového materiálu, kde môžete premeniť 60 % drahého materiálu na triesky. V ére nestálych nákladov na materiál je to obrovské. Je tu tiež zníženie energie na tavenie a eliminácia mnohých krokov hrubého obrábania. Pre spoločnosť, ktorá riadi celú výrobnú linku, sú to hmatateľné, konečné faktory, ktoré presahujú jednoduché porovnanie cenových ponúk.
Myslím na komponent pre klienta poľnohospodárskej techniky. Bola to jednoduchá príruba s vyvŕtaným stredom a niekoľkými otvormi pre skrutky. Obrábanie z oceľového kotúča bolo jednoduché. Ale pri 50 000 kusoch ročne sa náklady na kovošrot stali riadkovou položkou. Prechod na PM diel s iba otvormi pre skrutky a finálnym vývrtom vyžadujúcim rýchlu opravu CNC, znížil náklady na surovinu o polovicu a uvoľnil tri obrábacie centrá na inú prácu. Jednotková cena bola o niečo vyššia, ale celkové náklady na vykládku boli nižšie. To je druh analýzy, ktorá vychádza zo života vo výrobe, nielen z predajnej brožúry.
Integrácia a budúcnosť: nie je umlčané riešenie
Budúcnosť výrobky práškovej metalurgie nie je v postavení samostatne ako výklenok. Ide o integráciu do širšej výrobnej stratégie. Vidíme viac hybridných dielov – PM predlisok, ktorý sa potom kuje (kovanie v prášku), aby sa dosiahla plná hustota, alebo PM diel so špecifickou zliatinovou časťou vytvorenou spoločným spekaním. Čiary sú rozmazané.
Pre takého výrobcu QSY, ktorej jadrom je odlievanie a presné obrábanie, strategický pohľad zahŕňa vedieť, kedy odporučiť cestu PM zákazníkovi. Môže ísť o podskupinu dielov v zostave, ktorú obrábajú, alebo o kombináciu materiálov, ktorej odlievanie je neúmerne drahé. Ich dlhodobé pôsobenie v tomto odvetví naznačuje, že chápu, že poskytovanie riešení niekedy znamená naviesť klienta úplne na inú technológiu. Buduje hlbšiu dôveru.
Na mieste zostávajú výzvy praktické. Manipulácia s práškom si vyžaduje vyhradené, čisté zariadenia. Dizajn lisovníc je špecializovaná zručnosť. Atmosféra spekacích pecí sa musí starostlivo kontrolovať. Je to kapitálovo náročný proces so strmou krivkou znalostí. Preto napriek svojim výhodám nenahradí odlievanie ani opracovanie. Doplní ich. Najkompetentnejšími výrobnými partnermi sú tí, ktorí sa môžu pozrieť na výkres a nestranne zvážiť všetky možnosti – odlievanie do škrupinových foriem pre určité geometrie a zliatiny, investičné odlievanie pre iné, CNC obrábanie pre prototypy a prvky s vysokou toleranciou a áno, prášková metalurgia pre tie veľkoobjemové diely so zložitým tvarom, kde je zachovanie materiálu kráľom. To je skutočný ekosystém, kde sú tieto výrobky práškovej metalurgie nájsť ich skutočnú hodnotu.
