ما هي مزايا وعيوب مسحوق المعادن؟

يُراعي المُصنِّعون بعناية الإيجابيات والسلبيات عند اختيار عملية إنتاج منتجاتهم. هدفهم هو تحقيق جودة عالية مع الحفاظ على انخفاض التكاليف.

لماذا تتميز مادة مسحوق المعادن (PM)؟

في هذه المدونة، سأخبرك عن مزايا وعيوب مسحوق المعادن.

ما هو PM؟

تكنولوجيا PM تشتهر باستغلالها العالي للمواد الخام، واستهلاكها المنخفض للطاقة في المعالجة، وكفاءة الإنتاج العالية.

تتكون هذه العملية بشكل أساسي من 4 مراحل.

• إنتاج المسحوق:يتم إنتاج مساحيق المعادن عن طريق الذرة، أو الاختزال، أو التحليل الكهربائي.
• الخلط والمزج:اخلطي المساحيق والمواد الرابطة بالتساوي
• ضغط:تقوم آلة الضغط بضغط مسحوق المعدن في قالب لتشكيل المادة المضغوطة الخضراء.
• تلبد:يقوم فرن التلبيد بتسخين المعدن الأخضر المضغوط عند درجة حرارة أقل من نقطة انصهار المعدن.

مزايا مسحوق المعادن

التقليل من هدر المواد

يجب أن ترغب في تحسين استخدام المواد وتقليل النفايات.

تُزيل عمليات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، مثل الخراطة والتفريز والحفر، الأجزاء الزائدة من المواد الصلبة. وهذا يؤدي إلى هدر كبير للمواد الخام. والأسوأ من ذلك، أن هذه المواد لا يمكن إعادة استخدامها.

تتمكن عملية التصنيع من تحقيق الاستفادة من المواد بنسبة تزيد عن 95%، وهو مستوى لا مثيل له من خلال العمليات الأخرى.

لماذا يمكن لمسحوق المعادن أن يفعل هذا؟

يعود ذلك إلى أن PM يستخدم مسحوق المعدن كمادة خام. يمكن سحق المسحوق الأخضر المعيب وتحويله إلى مسحوق لإعادة استخدامه. سيتم استخدام أي مسحوق غير مستخدم في دورة الإنتاج التالية.

رئيس الوزراء هو شكل الشبكة القريب التكنولوجيا، والتي لها أهمية خاصة عند تصنيع المعادن الثمينة مثل سبائك التيتانيوم.

فعالية التكلفة في الإنتاج الضخم

تُشكَّل أجزاء المسحوق المعدني في درجة حرارة الغرفة وتُلبَّد في درجات حرارة أقل من الصب، مما يُقلِّل استهلاك الوقود. بالإضافة إلى ذلك، مكابس ضغط المساحيق قادرة على العمل بسرعة، وضغط حوالي 30 جزءًا في الدقيقة.

القدرة على التشكيل الدقيق

صُمم قالب مسحوق المعادن، الذي يتضمن اللكمات العلوية والسفلية، والقالب، والقضيب الأساسي، بتحمل دقيق. ونتيجة لذلك، تُحقق المنتجات المضغوطة دقة عالية.

بالنسبة المعدن الملبد منتج ذو بُعد شعاعي ٢٥ مم، يتراوح التفاوت عادةً بين ٠٫١٣٪ (٣٢٫٥ ميكرومتر) و٠٫٢٠٪ (٥٠ ميكرومتر). يندرج هذا ضمن تفاوت معيار ISO IT٨-IT٩. بعد عملية تحديد الحجمتحسّنت نسبة التسامح من 0.05% (12.5 ميكرومتر) إلى 0.08% (20 ميكرومتر). وهذا يتوافق مع معايير ISO IT6-IT7.

الاتساق من دفعة إلى دفعة

يمكن التحكم بدقة في تحمل القالب، وضغط الضغط، ودرجة حرارة التلبيد في PM. ونتيجةً لذلك، يرتفع اتساق المنتجات في مختلف الدفعات. يُعدّ اتساق الدفعة الواحدة ذا أهمية كبيرة لضمان تشغيل المنتج بشكل مستقر وموثوق.

المعالجة الثانوية الأقل

يتم تشكيل منتجات مسحوق المعدن بالضغط مرة واحدة، مع أقل المعالجة الثانويةوهذا لا يؤدي فقط إلى تقصير وقت الإنتاج، بل يقلل أيضًا من تكلفة الإنتاج.

يُعدّ ترس ناقل الحركة في علبة التروس مثالاً نموذجياً. حجم الترس المُصنّع بعملية مسحوق المعادن هو حجم المنتج النهائي بعد التلبيد. بالإضافة إلى ذلك، لا تحتوي تروس مسحوق المعادن على وميض أو نتوءات زائدة.

نظرًا لكثرة أسنانها، فإن تصنيع التروس بطيء وينتج عنه هدر كبير في المواد. كما أن عملية التشكيل صعبة لإنتاج التروس. علاوة على ذلك، تتطلب التشكيل عدة خطوات معالجة ثانوية، مثل التشذيب والثقب والتقويم.

أشكال معقدة

يسمح تصنيع المواد الأولية (PM) بإنتاج قطع ذات خصائص داخلية مباشرةً. تُستخدم هذه القطع في أنظمة تدفق السوائل، أو أنظمة التبريد، أو قنوات الأسلاك.

كما تتميز بقدرتها على إنتاج مكونات ذات حواف حادة وجدران رقيقة، تُستخدم غالبًا في أدوات القطع أو أسنان التروس. كما تستطيع شركة PM إنتاج قطع ذات أشكال هندسية متدرجة في عملية واحدة.

عملية التصنيع الخضراء

تساهم تقنية مسحوق المعادن في التنمية الخضراء لصناعة التصنيع. على عكس يموت الصبتستهلك تقنية مسحوق المعادن طاقةً أقل، وتنبعث منها كميات أقل من مياه الصرف وغازات العادم. وتُهدر عملية الختم كميات كبيرة من المواد، بينما يصل معدل استخدام المواد في تقنية مسحوق المعادن إلى 97%. وهذا يُسهم في توفير الموارد وحماية البيئة.

المسامية المتحكم بها

يمكن التحكم في حجم مسام مكونات المسحوق المعدني، مما يوفر ميزتين.

أولاً، يتم ملء المسام الموجودة في المكونات الملبدة بالزيت من خلال عملية التشريب لتحقيق تأثير تزييت ذاتي. يُعرف هذا باسم المحمل المشبع بالزيت. ثانيًا، تُستخدم أجزاء المعدن المسحوق كـ مرشحات متكلسة بسبب حجم مسامها الموحد.

أتمتة

هل تعلم أن عملية مسحوق المعادن بأكملها يمكن أتمتةها بالكامل؟ تعمل الآلات الآلية على مدار الساعة، مما يُسرّع الإنتاج. كما أنها تُقلل الحاجة إلى العمال، وبالتالي تنخفض تكاليف العمالة. تُساعد الأذرع الروبوتية على تجنب الأخطاء البشرية. علاوة على ذلك، يُحسّن النظام الآلي جودة المنتج.

على سبيل المثال، تستطيع مكبسة التحجيم الأوتوماتيكية بالكامل ضغط القطع بسرعة 50 قطعة في الدقيقة. ويمكن نقل القطع المُلبَّدة تلقائيًا بواسطة ذراع روبوت أثناء عملية التحجيم.

القدرة على معالجة مواد متعددة

من الصعب جدًا تشكيل معادن ذات درجات انصهار وصلابة عالية. وتتميز تقنية مسحوق المعادن بالقدرة على معالجة هذه المعادن.

سبائك التيتانيوم مثال على ذلك. وكما نعلم جميعًا، تتميز سبائك التيتانيوم بمقاومتها لدرجات الحرارة العالية والتآكل، وقوة شدها الجيدة، وكثافتها المنخفضة، وعدم سميتها.

كما يمكن لـ PM معالجة السبائك الفائقة مثل Inconel 718.

بالإضافة إلى ذلك، لديه القدرة على إنتاج مواد مركبة غير قابلة للامتزاج مثل التنغستن والفضة، والتنغستن والنحاس، والموليبدينوم والنحاس.

عيوب مسحوق المعادن

حجم محدود

في مجال مساحيق المعادن، يُعدّ تصنيع الأجزاء الأكبر حجمًا أكثر صعوبة، وذلك بسبب محدودية معدات ضغط المساحيق.

تُضغط معظم مساحيق المعادن عند ضغوط تتراوح بين 300 و800 ميجا باسكال. إذا تجاوزت مساحة المقطع العرضي لقطعة العمل 200 سنتيمتر مربع، فإن حمولة آلة التشكيل ستتجاوز 1,600 طن. هذه المعدات باهظة الثمن.

لذلك، فإن معظم أجزاء المسحوق المعدني يبلغ قطرها 250 مم وارتفاعها 75 مم.

بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن لـ PM إنتاج منتجات صغيرة (20 جرامًا أو أقل)، ولكن يمكن لـ حقن صب المعادن القيام بذلك.

أشكال محدودة

بالنسبة للأجزاء ذات الأشكال الطويلة بشكل خاص، مثل خراطيش الفلتر الملبدة، الضغط متساوي الضغط يُستخدم عادةً. وبالمثل، بالنسبة للميزات ثلاثية الأبعاد المعقدة، فإن PM غير مناسب. عملية التصنيع الإضافي للمعادن هو خيار أفضل.

خصائص ميكانيكية منخفضة

تحتوي أجزاء المسحوق المعدني على مسام داخلية كثيرة، بينما تتميز المسبوكات والمطروقات بكثافة عالية. هذا يؤدي إلى ضعف قوة ومتانة ومقاومة التعب للأجزاء الملبدة.

قالب مسحوق المعادن باهظ الثمن

لماذا تُعد قوالب مسحوق المعادن باهظة الثمن؟ هناك سببان رئيسيان.

من ناحية، يجب أن يتحمل القالب الضغط العالي والتآكل الناتج عن مسحوق المعدن. لذلك، يجب أن يتمتع بقوة وصلابة ومقاومة جيدة للتآكل. يمكنك استخدام فولاذ الأدوات، أو الفولاذ عالي السرعة، أو كربيد التنغستن. هذه المواد باهظة الثمن.

من ناحية أخرى، فإن قدرة تحمل القالب محدودة ومدة التصنيع طويلة، مما يزيد من تكلفة القالب.

معدات باهظة الثمن

تتطلب عملية تصنيع المنتجات المعدنية استثمارًا كبيرًا في المعدات، وهو أمر بالغ الأهمية للعملية بأكملها. تشمل هذه المعدات الخلاطات، ومكابس المساحيق، وأفران التلبيد، وآلات التشكيل، وأجهزة الأتمتة.

خشونة السطح

خشونة سطح المكونات المُلبَّدة ليست جيدة بما يكفي، حيث تتراوح بين 0.8 و1.6 ميكرومتر (Ra). في المقابل، يمكن للتشغيل الآلي تحقيق خشونة سطح تبلغ 0.6 أو حتى 0.4 ميكرومتر (Ra). لتحسين خشونة سطح مكونات المسحوق المعدني، قد يلزم إجراء معالجة ثانوية أو عملية تحديد حجم.