Sie wissen vielleicht bereits, dass pulvermetallurgische Komponenten nahezu die Endform aufweisen, dass jedoch möglicherweise eine Nachbearbeitung erforderlich ist, um präzise Maß- oder Funktionsanforderungen zu erfüllen.
Die Bearbeitung ist eine der häufigsten Sekundäroperationen in der Pulvermetallurgie. Dabei wird Material mit herkömmlichen Methoden wie Drehen, Bohren, Fräsen oder Schleifen entfernt.
Mit diesem Verfahren lassen sich präzise Abmessungen, Oberflächenqualitäten oder Eigenschaften erzielen, die durch Pressen und Sintern allein nicht erreicht werden können.
Inhalte
Warum ist eine Bearbeitung von Pulvermetallteilen erforderlich?
Enge Toleranzen
Die radialen Abmessungen von Pulvermetallurgieteile kann mit hoher Präzision gesteuert werden, insbesondere wenn ein Dimensionierungsprozess wird nach dem Sintern aufgetragen. Die vertikalen Abmessungen sind aufgrund der einachsigen Verdichtung und der Sinterschrumpfung weniger streng kontrollierbar. Um höhere Präzisionsanforderungen entlang der vertikalen Achse zu erfüllen, werden daher häufig Vorgänge wie Schleifen oder Fräsen durchgeführt.
Oberflächenfinish
Es ist allgemein anerkannt, dass die Oberfläche gesinterter pulvermetallurgischer Teile häufig Folgendes enthält:
- Poröse und raue Strukturen
- Oxidschichten
- Leichte Sinterrückstände
Daher können Nachbearbeitungsverfahren wie Drehen, Fräsen, Schleifen und Honen eingesetzt werden, um eine glattere Oberfläche (z. B. Ra < 0.8 μm) zu erzielen. Dies kann dazu beitragen, Dichtungs-, tribologische oder ästhetische Anforderungen zu erfüllen.
Komplexe Funktionen
Obwohl sich mit der Pulvermetallurgie komplexe Formen wie Zahnriemenscheiben und VVT-Kettenräder herstellen lassen, erfolgt das konventionelle Pressverfahren einachsig. Spezielle oder komplexe Details wie Querbohrungen, Sacklöcher, Hinterschneidungen und Gewinde lassen sich allein durch Pulvermetallurgie nicht herstellen und erfordern eine zusätzliche Bearbeitung.
Gängige Bearbeitungsverfahren für PM-Teile
Drehung
Durch Drehen werden die Außenflächen geformt, insbesondere runde Abschnitte und Schultern. Dies hilft, Größenänderungen nach Sinterprozess und verbessert die Gesamtrundheit.
Bohren
Pulvermetallurgisch können nur Bohrungen in Pressrichtung hergestellt werden. Sind horizontale, schräge oder Sacklöcher vorgesehen, müssen diese nach dem Sintern durch Bohren oder Fräsen hergestellt werden.
Fräsen
Flache Flächen, Schlitze und Taschen lassen sich nicht direkt in der Form formen. Hier kommt das Fräsen ins Spiel. Es eignet sich gut für Teile wie Pumpendeckel oder Sensorplatten, bei denen es auf Ebenheit und saubere Kanten ankommt. Außerdem bereitet es Verbindungsflächen für die Abdichtung oder Befestigung vor.
Schleifen
Wenn das Teil eine glatte Oberfläche oder gleichmäßige Dicke benötigt, ist Schleifen die Lösung. Es wird häufig verwendet, um Höhe, Oberflächenkontaktflächen oder Präzisionspassungen zu optimieren. Wenn Sie mit Unterlegscheiben oder Lagerzonen arbeiten, kommt Ihnen dieser Prozess wahrscheinlich bekannt vor.
Reiben
Gepresste Löcher sind oft etwas zu klein oder rau. Durch Reiben wird der Durchmesser verfeinert und die Innenfläche geglättet. Dies kommt häufig vor, wenn das Teil mit einer Welle, einem Stift oder einem Dübel verbunden ist, der sauber hineingleiten muss.
Gewindeschneiden und Gewindeschneiden
Der pulvermetallurgische Pressprozess wird durch die Formstruktur und die Pulverfließfähigkeit begrenzt, und es ist normalerweise unmöglich, Gewinde direkt zu pressen. Dieses Mal müssen Sie also Gewindeschneiden und Gewindeschneiden verwenden
Herausforderungen bei der Bearbeitung von Pulvermetallteilen
Aufgrund der inhärenten Porosität und Struktur, die während der Pulvermetallurgie-ProzessPM-Komponenten sind im Allgemeinen schwieriger zu bearbeiten als Guss- oder Schmiedeteile.
Porosität
PM-Teile behalten nach dem Sintern eine Restporosität. Beim Schneiden kommt die Werkzeugkante abwechselnd mit Metall und Hohlräumen in Kontakt, was zu diskontinuierlichen Schnittkräften auf mikroskopischer Ebene führt.
Diese unregelmäßigen Stöße verursachen starke Mikrovibrationen an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Werkstück. Mit der Zeit führt dies zu zyklischen Ermüdungsschäden an der Schneide, insbesondere an scharfen Ecken und Kantenradien. Die Folge sind Mikroabsplitterungen oder Kantenverrundungen, eine häufige Form fortschreitenden Werkzeugverschleißes bei der PM-Bearbeitung.
Schlechte Wärmeleitfähigkeit
Die poröse Struktur von PM-Werkstoffen führt zu einer schlechten Wärmeleitfähigkeit. Die beim Schneiden entstehende Wärme kann nicht effizient abgeleitet werden, was zu einem lokalen Wärmestau in der Schneidzone führt. Diese Wärmekonzentration führt zu einem schnellen Anstieg der Werkzeugtemperatur. Fehlt dem Schneidwerkzeug die ausreichende Warmhärte oder Thermoschockbeständigkeit, kann es zu thermischer Erweichung, Rissbildung oder sogar lokaler Verformung kommen.
Chemische Reaktion und Kaltverfestigungseffekte
Die erhöhte Temperatur während der Bearbeitung fördert die Oberflächenoxidation von PM-Werkstoffen und kann auch zu chemischen Wechselwirkungen wie der Diffusion von Kohlenstoff vom Werkzeug in das Werkstück (oder umgekehrt) führen. Diese Reaktionen erhöhen die Oberflächenhärte des zu schneidenden Materials und beschleunigen den abrasiven Verschleiß des Werkzeugs.
Härtevariation
Bei der Bearbeitung pulvermetallurgischer Werkstoffe nimmt die Härte der Oberflächenschicht häufig deutlich zu. Umfangreiche Schneidexperimente haben gezeigt, dass die typische Härte eisenbasierter PM-Werkstoffe bei Raumtemperatur zwischen 24 und 36 HRC liegt. Lokale Bereiche der bearbeiteten Oberfläche können jedoch Mikrohärtewerte von über 55 HRC erreichen. Dies führt zu starkem Verschleiß der Werkzeugschneide, was die Werkzeuglebensdauer deutlich verkürzt.
Vorschläge zur Bearbeitung pulvermetallurgischer Teile
Um den Werkzeugverschleiß zu reduzieren und die Auswirkungen häufiger Werkzeugwechsel auf die Produktionseffizienz zu minimieren, ist es wichtig, geeignete Schneidwerkzeuge auszuwählen und Bearbeitungsparameter wie Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe richtig einzustellen.
Werkzeugmaterialien
PCBN (Polykristallines kubisches Bornitrid)
PCBN-Werkzeuge sind extrem hart und hitzebeständig. Sie eignen sich ideal zum Zerspanen von eisenbasierten PM-Teilen mit harten Einschlüssen oder kaltverfestigten Zonen. PCBN ist widerstandsfähig gegen Kantenausbrüche und bietet eine hohe Leistung bei hohen Temperaturen und Stoßbelastungen.
Beschichtete Hartmetallwerkzeuge
Beschichtete Hartmetalle kombinieren starke Substrate mit harten Keramikbeschichtungen wie TiAlN oder TiCN. Diese Werkzeuge bieten gute Verschleißfestigkeit und thermische Stabilität. Sie sind etwas weniger hart, aber kostengünstiger.
Empfehlungen zu Schnittparametern
Die empfohlene Drehgeschwindigkeit für pulvermetallurgische Teile liegt im Allgemeinen zwischen 55 und 120 m/min. Beim Bohren variiert die Schnittgeschwindigkeit je nach Werkzeugmaterial: 60 m/min für Hartmetallwerkzeuge und 20 m/min für Schnellarbeitsstahlwerkzeuge (HSS).
Strategien zur Prozessoptimierung
Pulvermetallurgische Teile, behandelt mit Harzimprägnierung or Kupferinfiltration Die inneren Poren können effektiv versiegelt werden, wodurch die Werkzeugvibration reduziert und die Bearbeitbarkeit deutlich verbessert wird.
Darüber hinaus kann die Bearbeitung nach dem Vorsintern und anschließendem vollständigen Sintern erfolgen. Alternativ können die Teile nach dem Sintern und anschließendem Glühen bearbeitet werden, was zur Verringerung der Härte und Verbesserung der Bearbeitbarkeit beiträgt.
Ein effektiver Ansatz ist die Einarbeitung von Mangansulfidpulver (MnS) in das Material. Studien haben gezeigt, dass eine Zugabe von 0.5 % Sulfid optimale Ergebnisse liefert. Das Sulfid wirkt beim Schneiden als Festschmierstoff, verbessert die Zerspanbarkeit und reduziert den Werkzeugverschleiß. Diese Methode ist auch auf gesinterte Edelstahlteile anwendbar, wo sie die Schneidleistung verbessert. Es ist jedoch zu beachten, dass MnS aufgrund des Schwefelgehalts die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl leicht beeinträchtigen kann.
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