粉末冶金齒輪零件如何成型的?
作者:翔宇粉末冶金制品
發(fā)布時(shí)間:2022-08-06 17:25:40
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從粉末材料成型產(chǎn)品的主要技術(shù),就噸位數(shù)量和生產(chǎn)的零件數(shù)量而言,是模壓。該成型技術(shù)涉及包括以下方面的生產(chǎn)周期:
用已知體積的粉末原料填充模腔,從填充靴輸送用沖頭在模具內(nèi)壓實(shí)粉末以形成壓實(shí)。通常,壓實(shí)壓力通過工具集兩端的沖頭施加,以降低壓實(shí)內(nèi)密度梯度。使用下部沖頭將壓坯從模具中彈出在下一個(gè)循環(huán)的填充階段使用填充靴從模具的上表面移除壓坯。
該循環(huán)提供了一個(gè)易于自動(dòng)化和高生產(chǎn)率的流程。但是,此路由交付的產(chǎn)品存在一些限制:
幾何復(fù)雜性
可以提供的幾何復(fù)雜性最好被描述為“二維和半維”。徑向方向(即零件的平面圖)的復(fù)雜性是無限的;如果形狀可以切入模具中,那么它可以在零件中形成。然而,在第三維(零件的軸向或穿透厚度方向)中存在顯著限制。
通過使用多個(gè)頂部和底部沖頭,可以創(chuàng)建截面厚度的變化,并且可以通過在工具集中加入芯棒和心軸來創(chuàng)建該方向上的孔。但是,不能形成重入特征,因?yàn)樗鼈儠?huì)阻礙零件從模具中彈出。
縱橫比
如果尋求對(duì)密度變化的可接受控制,則零件的縱橫比(長度與直徑)有限(約3:1)。
尺寸和重量
零件的尺寸和重量受到可用成型壓力機(jī)的最大噸位能力(約1000噸容量)的限制。2公斤。含鐵PM部分將被視為一個(gè)大部件。
強(qiáng)度
常規(guī)模壓零件的強(qiáng)度水平在一定程度上受到產(chǎn)品中剩余孔隙率的影響的限制。已經(jīng)引入了一系列工藝開發(fā),其中許多是標(biāo)準(zhǔn)壓力機(jī)/燒結(jié)工藝的演變,這些工藝已經(jīng)解決了這一特定問題。
已經(jīng)開發(fā)了許多替代成型工藝,這些工藝試圖解決其中的一個(gè)或多個(gè)限制。
等靜壓
等靜壓可以解決所有四個(gè)限制,因?yàn)榭梢孕纬煞浅4蟮牟考蓪?shí)現(xiàn)的長寬比的唯一限制來自包含壓制流體的容器的尺寸,可以實(shí)現(xiàn)真正的三維幾何復(fù)雜性,并且可以提供全密度壓實(shí)。然而,與模壓相比,所有這些都是以成形周期時(shí)間顯著增加和尺寸公差控制的一些限制為代價(jià)的。
在等靜壓中,粉末在所有方向上都以靜水壓力壓實(shí)。該過程可以在冷或熱上進(jìn)行。
冷等靜壓
在冷等靜壓中,粉末包含在柔性模具中,通常是聚氨酯,其浸入壓力容器中的液體(通常是水)中,該壓力容器被泵送到高壓。
熱等靜壓
在熱等靜壓中,加壓介質(zhì)是氣體,通常是氬氣。粉末包含在金屬罐中,金屬罐受到壓力容器中的靜水壓力。HIP可實(shí)現(xiàn)全密度,該工藝用于高溫合金,高速鋼,鈦等,其中材料的完整性是首要考慮因素。
HIP成本的一個(gè)重要貢獻(xiàn)者來自罐裝過程。因此,人們對(duì)“無罐HIP”處理有很大的興趣。如果粉末可以通過初步成型工藝(例如模壓或CIP)固結(jié)到約92%以上的密度,則可以消除表面連接的孔隙率,在隨后的HIP過程中可以避免氣體滲入零件,并且可以實(shí)現(xiàn)完全致密化。
這種方法的一個(gè)變體是燒結(jié)-HIP,其中所需的92%+密度是通過燒結(jié)實(shí)現(xiàn)的,然后在同一容器中應(yīng)用HIP固結(jié)。
剖分模壓實(shí)
旨在提高粉末冶金零件的幾何復(fù)雜性并引入形成再入特征的能力的早期工藝開發(fā)是模壓的進(jìn)化擴(kuò)展,稱為剖分模壓實(shí)。在此過程中,工具集的設(shè)計(jì)使得在零件成型后,模具可以在水平平面上分開,從而允許在模具的兩半之間彈出具有重入特征的壓實(shí)。
金屬注射成型
然而,對(duì)擴(kuò)展粉末零件成型能力產(chǎn)生重大影響的工藝是金屬注射成型(MIM)。在MIM中,粉末與有機(jī)粘合劑混合以產(chǎn)生原料,該原料可以以與注塑成型塑料零件相同的方式注射到模具中。從模具中釋放出坯體后,將其脫鉤,然后燒結(jié)。
在此過程中可以保持緊密的尺寸公差,并且由于使用了細(xì)粉和隨之而來的高燒結(jié)活性,因此可以實(shí)現(xiàn)接近全密度的密度水平,從而達(dá)到高強(qiáng)度水平。此外,還可以形成極其復(fù)雜的三維幾何形狀。然而,主要是由于該過程的脫脂階段涉及的困難,MIM零件通常體積小,重量輕,壁厚薄。作為與模壓零件的比較,100 g.MIM零件將被視為較大。
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