Leitfaden zur Konstruktion pulvermetallurgischer Teile

Erfolgreiches Design pulvermetallurgischer (PM) Teile beginnt mit dem Verständnis der Prozessgrenzen und Materialeigenschaften. Achten Sie auf gleichmäßige Wandstärken, vermeiden Sie scharfe Kanten, berücksichtigen Sie geeignete Entformungsschrägen und berücksichtigen Sie die Werkzeugleistung. Achten Sie stets auf ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit, Herstellbarkeit und Kosten. Ein gut konstruiertes PM-Teil spart Zeit, reduziert Defekte und verlängert die Werkzeuglebensdauer. Dieser Leitfaden zur pulvermetallurgischen Teilekonstruktion hilft Ihnen, diese Ziele zu erreichen.

Designüberlegungen für die Pulvermetallurgie

Größenbeschränkung

Es wird empfohlen, das Seitenverhältnis innerhalb von 8:1 zu halten für Pulvermetallurgieteile, mit Durchmessern von höchstens 250 mm und Höhen von höchstens 200 mm.

Mehrstufige Teile

Bei zwei- oder mehrstufigen Teilen müssen mehrere Ober- und Unterstempel, eine Regalmatrize oder Regalkernstäbe verwendet werden.

Bei geringen Höhenunterschieden zwischen den Ebenen können abgestufte Oberstempel und ein einzelner Unterstempel verwendet werden. Bei größeren Höhenunterschieden empfiehlt es sich, das Teil umzudrehen und einen Oberstempel mit zwei Unterstempeln zu verwenden.

Die Verwendung nur eines einzelnen gestuften Oberstempels bei großen Höhenunterschieden kann zu einer ungleichmäßigen Dichte führen und das Risiko eines Stempelbruchs oder einer Rissbildung erhöhen.

Hinterschneidungen

Da sowohl die Pulververdichtung als auch der Pulverausstoß entlang einer vertikalen Achse erfolgen, dürfen in Pressrichtung keine Hindernisse vorhanden sein. Daher können Merkmale wie Hinterschneidungen und Querbohrungen, wie in Abbildung a dargestellt, nicht direkt durch pulvermetallurgisches Pressen hergestellt werden und müssen durch Nachbearbeitung erzeugt werden.

Das in Abbildung b dargestellte Teil kann ohne zusätzliche Arbeitsschritte direkt gepresst werden.

Vermeiden Sie scharfe Ecken

Bei der Konstruktion von pulvermetallurgischen Teilen sollten Sie scharfe Ecken vermeiden, um Spannungskonzentrationen zu reduzieren, die pulvermetallurgisches Werkzeug Bruchgefahr. Ebenso sollten Sie Ober- und Unterstempel nicht mit übermäßig dünnen oder scharfen Konturen konstruieren, da dies bei hohem Verdichtungsdruck zum Bruch des Stempels führen kann.

Ersetzen Sie stattdessen scharfe Ecken durch flache Flächen und achten Sie dabei auf eine Mindestbreite von mindestens 0.3 mm.

Fase

Das Einbeziehen von Radien in Ihr Teiledesign kann zu Graten während der Verdichtung und höheren Werkzeuge für die Pulvermetallurgie Fertigungskosten. Vermeiden Sie Radien und verwenden Sie stattdessen Fasen, typischerweise im Winkel von 30° oder 45°.

Es wird empfohlen, einen geraden Abschnitt zum Anfasen mit einer Breite von mindestens 0.13 mm festzulegen. Wenn die Gründichte nicht hoch ist, kann der gerade Abschnitt weggelassen und direkt bei 30° angefast werden.

Wenn Sie abgerundete Merkmale benötigen, können Sie diese nach dem Sintern und vor der Wärmebehandlung durch Gleitschleifen oder maschinelle Bearbeitung erzielen.

Wandstärke

Wenn Ihr pulvermetallurgisches Teil ein Längen-Wanddicken-Verhältnis von 8:1 oder höher aufweist, sind Dichteschwankungen unvermeidlich.

Als allgemeine Richtlinie sollte die Wandstärke nicht weniger als 1.52 mm (0.060 Zoll) betragen.

Sie sollten die Konstruktion von Teilen mit langen, dünnen Wänden vermeiden, da die Werkzeuge dadurch zerbrechlicher werden und eine kürzere Lebensdauer haben.

Bohrungen

Sie können Löcher entlang der Pressrichtung in verschiedenen Formen entwerfen, z. B. rund, D-förmig, Keilwellen und Keilnuten, die mithilfe von Kernstäben geformt werden.

Auch Sacklöcher, Sackstufen und konische Löcher lassen sich im Pressverfahren problemlos herstellen.

Bei großen Teilen können Sie Entlastungslöcher einbauen, um sowohl das Teilegewicht als auch die projizierte Pressfläche zu reduzieren und so den Verdichtungsprozess effizienter zu gestalten.

Verjüngung und Formschräge

• Bei geraden Wänden ist grundsätzlich kein Luftzug erforderlich.
• Achten Sie beim Entwurf konischer Abschnitte darauf, dass zwischen dem Konus und der Matrizenwand bzw. dem Kernstab ein gerader Steg von mindestens 0.25 mm vorhanden ist. So verhindern Sie, dass Ihr Oberstempel den Konus berührt.
• Wenn Sie Flanschstufen hinzufügen, berücksichtigen Sie einen kleinen Luftzug, um sicherzustellen, dass Ihre Teile reibungslos ausgeworfen werden.
• Wenn Sie Flanschstufen, Vorsprünge oder Senkungen durch die Stempelfläche hinzufügen, berücksichtigen Sie eine kleine Formschräge an den Seitenwänden, damit Ihre Teile reibungslos ausgeworfen werden können und ein Feststecken des Werkzeugs oder Absplittern der Kanten verhindert wird.

Senker

Senker erzeugen eine Fase um die Löcher für Schrauben- oder Bolzenköpfe. Wenn Sie sie in der Pulvermetallurgie mit einem Stempel formen, sollten Sie eine Abflachung von etwa 0.25 mm einarbeiten, um scharfe Kanten zu vermeiden und Ihren Stempel zu schützen.

Hub

Eine Nabe ist der zentrale Teil eines Zahnrads, Kettenrads oder Nockens, der für Stabilität sorgt und die korrekte Ausrichtung auf einer Welle gewährleistet. In der Pulvermetallurgie lassen sich Naben problemlos herstellen. Denken Sie jedoch daran, zwischen Nabe und Flansch eine großzügige Hohlkehle anzubringen, um die Spannung zu reduzieren. Behalten Sie außerdem ausreichend Material zwischen dem Außendurchmesser der Nabe und dem Fußkreisdurchmesser des Zahnrads oder Kettenrads, um die Festigkeit und Herstellbarkeit zu verbessern.

Boss

Beim Formen eines Vorsprungs platzieren Sie die Vertiefung im Stempel. Die Vorsprungstiefe sollte maximal 85 % der Teilehöhe betragen und auf jeder Seite eine Formschräge von mindestens 12° für ein reibungsloses Auswerfen aufweisen. Wenn senkrechte Vorsprungswände erforderlich sind, verwenden Sie einen speziellen Stempel mit positivem Auswurf, um ein Festkleben des Presslings zu verhindern.

Schlitze und Nuten

Wenn Sie Rillen in ein Teil pressen, platzieren Sie die Vorsprünge auf der Stempelfläche und bleiben Sie innerhalb dieser Grenzen, damit der Pressling reibungslos ausgeworfen wird:

• Gebogene oder halbrunde Nuten: Die Tiefe sollte etwa 20 % der Gesamtlänge des Teils betragen.
• Rechteckige Nuten: Halten Sie die Tiefe auf etwa 15 % der Teilelänge, wenden Sie an den Wänden parallel zur Pressrichtung eine Schräge von mindestens 12° an und runden Sie jede Ecke ab.
• Vermeiden Sie tiefe, schmale Schlitze und Nuten, da hierfür schlanke, zerbrechliche Werkzeuge erforderlich sind, die unter hohem Druck brechen können. Pulver füllt diese Bereiche außerdem nicht gut aus, was zu Dichteschwankungen, Maßproblemen und einer geringeren Teileleistung führt.

Typische Toleranzen für pulvermetallurgische Teile

Allgemeine PM-Materialeigenschaften

BLUE ist ein führender Anbieter von pulvermetallurgischen Standardteilen in China und verfügt über den größten Bestand an Standard-PM-Teilen und ohne Formgebühren. Wir bieten auch kundenspezifische PM-Teile und kostenlose Formdesign-Dienstleistungen an.