عادةً ما تبلغ كثافة الأجزاء المعدنية المسحوقة التقليدية المصنوعة من الحديد 7.0 جم/سم³. كيف يُمكن تحسين كثافة الأجزاء المعدنية المسحوقة؟ هناك عدة طرق مُبينة أدناه:
يعد الضغط الدافئ طريقة فعالة من حيث التكلفة لزيادة كثافة الأجزاء الملبدة إلى 7.4 جم / سم³.
إذا كنت تستخدم الضغط الثانوي والتلبيد، يمكنك زيادة كثافة أجزاء مسحوق المعادن إلى ٧٫٢-٧٫٦ غ/سم³، مع أن هذا يرفع التكلفة بنحو ٧٠٪. مع تسرب النحاس، يمكنك أيضًا تحقيق كثافات تتراوح بين ٧٫٢ و٧٫٦ غ/سم³، مع الحفاظ على زيادة التكلفة بنسبة ٣٥٪ تقريبًا. تشكيل المسحوق يتيح لك الوصول إلى كثافات أعلى تصل إلى 7.6–7.8 جم/سم³، ولكنه قد يضاعف تكاليفك تقريبًا.
المحتويات
تاريخ الضغط الدافئ
الضغط الدافئ هو تقنية مساحيق معدنية، طُوّرت تجاريًا في تسعينيات القرن الماضي لتحقيق كثافات خضراء أعلى من الضغط التقليدي. بتسخين المسحوق أو القالب، تُحسّن هذه العملية قابلية الضغط ومتانة القطعة النهائية. طوّرتها في البداية شركات مثل Hoeganaes باستخدام مساحيق Ancordense™، واكتسبت شعبيةً في صناعة السيارات لتصنيع الأجزاء الهيكلية مثل التروس ومكونات VVT.
عملية الضغط الدافئ
مزج
أثناء عملية الخلط، تُخلط مساحيق المعادن، كالحديد والصلب والنحاس، مع مواد التشحيم والمواد الرابطة للحصول على تركيبة متجانسة. تساعد مواد التشحيم على تقليل الاحتكاك أثناء الضغط، وتُسهّل إخراج المادة المضغوطة من القالب.
تدفئة أرضية
لتوصيل المسحوق، تُستخدم قمعات خاصة لتخزين المسحوق، وأنابيب توصيل، وصناديق خاصة، وتُسخّن هذه المكونات إلى 130 درجة مئوية. يجب التحكم في تفاوت درجة الحرارة في حدود ±2.5 درجة مئوية.
عندما تتجاوز درجة الحرارة 130 درجة مئوية، تتدهور سيولة المسحوق وكثافته. عادةً ما يُسخّن المثقب العلوي بسخان مقاومة الحزام، بينما يُسخّن القالب الأوسط بسخان أنبوبي عند درجة حرارة حوالي 150 درجة مئوية. عادةً ما لا يحتاج المثقب السفلي وقضيب اللب إلى تسخين.
التنظيف الجاف
يُحمَّل المسحوق الدافئ في تجويف قالب ساخن ويُكبس تحت ضغط عالٍ، يتراوح عادةً بين 400 و800 ميجا باسكال. تُساعد هذه الحرارة العالية جزيئات المسحوق على إعادة ترتيبها وتشويهها البلاستيكي قليلاً، مما يُنتج مُركَّبًا أخضر أكثر كثافةً وقوةً من المُركَّب على البارد.
بالنسبة للأجزاء المصنوعة من الحديد، تكون الكثافة الخضراء للمواد المضغوطة بالحرارة عادة حوالي 7.3 جم/سم³، وهي أعلى من المواد المضغوطة بالبرودة التقليدية.
تلبد
أخيرًا، يُحَمَّد المُركَّب الأخضر. يُسخَّن إلى درجات حرارة عالية في فرن الحَمْض، عادةً ما تتراوح بين 1120 و1150 درجة مئوية للمواد القائمة على الحديد. خلال عملية تلبيدتترابط جزيئات المعدن بشكل معدني، مما يزيد من قوتها الميكانيكية بشكل ملحوظ ويقلل من مساميتها. بعد التلبيد، قد تتطلب القطع عمليات إضافية مثل تحديد الحجم، والمعالجة الحرارية، وتشطيب السطح، أو التشغيل الآلي لتلبية متطلبات الأبعاد والأداء النهائية.
كيف تعمل عملية الضغط الدافئ
يزيد تسخين خليط المسحوق من فعالية مادة التشحيم، مما يقلل الاحتكاك بين الجسيمات نفسها وبين الجسيمات وجدار القالب. يُسهّل انخفاض الاحتكاك الداخلي إعادة ترتيب حبيبات المسحوق، بينما يُساعد انخفاض مقاومة جدار القالب على توزيع قوة الضغط بالتساوي، مما يؤدي إلى كثافة أكثر تناسقًا.
علاوة على ذلك، يُحسّن ارتفاع درجة الحرارة قدرة مسحوق المعدن على التشوه البلاستيكي. ويعزز تضافر هذه التأثيرات الكثافة الخضراء النهائية.
مزايا الضغط الدافئ
تكلفة منخفضة
الضغط الدافئ هو تقنية منخفضة التكلفة للحصول على أجزاء مسحوق المعادن الحديدية عالية الأداء.
زيادة الكثافة
عادةً ما تصل كثافة أجزاء مسحوق المعادن القائمة على الحديد إلى 7.2-7.6 جم/سم³ باستخدام تقنية الضغط الدافئ، أي أعلى بمقدار 0.15-0.3 جم/سم³ من عملية الضغط والتلبيد التقليدية لمرة واحدة.
زيادة القوة
بالمقارنة مع عمليات مسحوق المعادن التقليدية، يمكن زيادة مقاومة تعب القطع المصنوعة بالضغط الساخن بنسبة تتراوح بين 10% و40%، كما تزداد مقاومة الشد القصوى بنسبة 10%. عند ضغط قطع مسحوق المعادن الساخن وتلبيدها، ثم إعادة ضغطها بشكل معتدل، تكون خصائص تعبها مماثلة لخصائص التشكيل بالمسحوق الساخن.
تقليل قوة إزالة القالب
باستخدام عملية الضغط الدافئ، يتم تقليل قوة إزالة القالب بنحو 30%.
كثافة موحدة
أجزاء تروس مُجهزة بالضغط الحراري. فرق الكثافة بين السن والجذر أقل بمقدار ٠٫١-٠٫٢ غ/سم³ مقارنةً بالضغط التقليدي.
تطبيقات الضغط الدافئ
محور التوربينات
باستخدام عملية الضغط الحراري، يمكن أن تصل كثافة محور التوربين إلى أكثر من 7.25 غ/سم³. كما تتجاوز قوة شده 800 ميجا باسكال. وبالمقارنة مع التشكيل، يُغني هذا عن عمليات التشغيل الآلي والمعالجة الحرارية، مما يُقلل التكلفة بنسبة 30%.
معدّات التنقل
تتمتع تروس مسحوق المعادن المنتجة بواسطة عملية الضغط الدافئ بمزايا التكلفة المنخفضة والكثافة العالية والأداء الموحد والدقة العالية.
تشمل العناصر الشائعة تروس ناقل الحركة في السيارات، وتروس مضخة الزيت، والكامات، والعجلات المسننة، والمزامنات، وتوربينات التوجيه، وتروس المحرك، وتروس الأدوات الكهربائية، والتروس الحلزونية لعلب التروس، وما إلى ذلك.
مسحوق المعادن والمواد المغناطيسية
تُحسّن عملية الضغط الدافئ الخواص المغناطيسية للمواد بشكل ملحوظ بفضل زيادة كثافتها، لذا تُستخدم أيضًا في المواد المغناطيسية المستخدمة في مساحيق المعادن، مثل صابورات مصابيح الفلورسنت، وأنوية المحولات، والمرشحات منخفضة التردد، وأنوية الاختناق.
الأسئلة الشائعة
ما هو ضغط القالب الدافئ؟
أثناء عملية ضغط القالب الدافئ، يقوم المصنعون بتسخين القالب فقط (عادةً إلى 60–110 درجة مئوية) دون تسخين المسحوق مسبقًا.
آلية عمل ضغط القالب الدافئ مشابهة لآلية الضغط الدافئ. ومع ذلك، نظرًا لانخفاض درجة الحرارة، تكون كثافة اللون الأخضر المُحققة أقل قليلاً. عادةً ما تكون كثافة اللون الأخضر في ضغط القالب الدافئ أعلى بمقدار 0.05-0.15 غ/سم³ من كثافة الضغط الجاف، لتصل إلى 7.4 غ/سم³. بفضل كثافة اللون الأخضر العالية ومحتوى مواد التشحيم المنخفض (0.2%-0.6%)، يمكن أن تصل قوة اللون الأخضر إلى 35 ميجا باسكال.