Los fabricantes consideran cuidadosamente las ventajas y desventajas al seleccionar un proceso para producir sus productos. Su objetivo es lograr una alta calidad manteniendo bajos los costos.
¿Por qué se destaca la pulvimetalurgia (PM)?
En este blog te contaré las ventajas y desventajas de la pulvimetalurgia.
Contenido
¿Qué es la pulvimetalurgia?
La pulvimetalurgia (PM) es una tecnología de fabricación de precisión que produce componentes metálicos a partir de polvos atomizados o procesados químicamente mediante compactación y sinterización.
Las PM forman piezas a temperatura ambiente y unen las partículas metálicas a través de la difusión en estado sólido a una temperatura inferior al punto de fusión del metal base.
Un típico proceso de pulvimetalurgia a través de cuatro etapas fundamentales:
- Producción de polvoLos polvos metálicos se generan mediante atomización de gas, atomización de agua, reducción química, descomposición de carbonilo o métodos electrolíticos. Las características del polvo, como la distribución del tamaño de partícula, la densidad aparente, la fluidez y el contenido de oxígeno, influyen considerablemente en las propiedades mecánicas finales.
- Mezcla y mezcla:Los polvos metálicos se mezclan con lubricantes, aglutinantes o aditivos de aleación para mejorar la compresibilidad y promover una densidad uniforme durante la compactación.
- Compactación:Las prensas mecánicas o hidráulicas de alto tonelaje (normalmente 300–800 MPa) comprimen el polvo hasta formar un “compacto verde”, que ya se parece mucho a la geometría final.
- sinterizaciónA continuación, el compacto verde se calienta en un horno de atmósfera controlada (normalmente a 1100-1300 °C para materiales a base de hierro). Durante la sinterización, las partículas forman enlaces metalúrgicos, los poros se contraen, la resistencia aumenta y la pieza adquiere sus dimensiones y propiedades mecánicas finales.
Ventajas de la metalurgia de polvos
Minimice el desperdicio de materiales
Debes querer mejorar la utilización del material y reducir el desperdicio.
El mecanizado CNC, como el torneado, el fresado y el taladrado, elimina el exceso de piezas de los materiales sólidos. Esto genera un gran desperdicio de materias primas. Y lo que es peor, los materiales de desecho no se pueden reutilizar.
PM es capaz de alcanzar una utilización del material de más del 95%, un nivel no igualado por otros procesos.
¿Por qué la pulvimetalurgia puede hacer esto?
Esto se debe a que el PM utiliza polvo metálico como materia prima. El compacto verde defectuoso podría triturarse para su reutilización. El polvo sobrante se utilizará en la siguiente producción.
El primer ministro es un forma casi neta tecnología, que es especialmente importante al mecanizar metales preciosos como las aleaciones de titanio.
Rentabilidad en la producción en masa
Las piezas de metal en polvo se forman a temperatura ambiente y se sinterizan a temperaturas más bajas que las de fundición, consumiendo así menos combustible. Además, prensas de compactación de polvo Son capaces de operar rápidamente y compactar alrededor de 30 piezas por minuto.
Capacidad de conformado preciso
El molde de pulvimetalurgia, que incluye los punzones superior e inferior, la matriz y el macho, está diseñado con tolerancias estrictas. Como resultado, los productos prensados alcanzan una alta precisión.
Para el metal sinterizado Para productos con una dimensión radial de 25 mm, la tolerancia generalmente es del 0.13 % (32.5 μm) al 0.20 % (50 μm). Esto se encuentra dentro de la tolerancia estándar ISO de IT8-IT9. Después de... proceso de dimensionamientoLa tolerancia mejora del 0.05 % (12.5 μm) al 0.08 % (20 μm). Esto se ajusta a las tolerancias de la norma ISO IT6-IT7.
Consistencia de lote a lote
La tolerancia del molde, la presión de compactación y la temperatura de sinterización en PM se pueden controlar con precisión. Como resultado, la consistencia de los productos en diferentes lotes es alta. La consistencia entre lotes es fundamental para un funcionamiento estable y fiable del producto.
Menos procesamiento secundario
Los productos de polvo metálico se forman mediante prensado una vez, con menos procesamiento secundarioEsto no sólo acorta el tiempo de producción sino que también disminuye el costo de producción.
El engranaje de transmisión de una caja de cambios es un ejemplo típico. El tamaño del engranaje fabricado mediante el proceso de pulvimetalurgia es el del producto final tras la sinterización. Además, los engranajes de pulvimetalurgia no presentan rebabas ni rebabas excesivas.
Debido a la gran cantidad de dientes, el mecanizado de engranajes es lento y genera mucho desperdicio de material. El proceso de forjado también dificulta la producción de engranajes. Además, el forjado requiere múltiples etapas de procesamiento secundario, como el recorte, el punzonado y el enderezado.
Formas complejas
El mecanizado por puntos permite producir directamente piezas con características internas. Estas piezas se utilizan para el flujo de fluidos, sistemas de refrigeración o conductos de cables.
También permite producir componentes con bordes afilados y paredes delgadas, a menudo utilizados en herramientas de corte o dientes de engranajes. La metalurgia por puntos (PM) también permite crear piezas con geometrías escalonadas en una sola operación.
Proceso de fabricación ecológica
La tecnología de pulvimetalurgia contribuye al desarrollo ecológico de la industria manufacturera. A diferencia de... morir fundiciónLa tecnología de pulvimetalurgia consume menos energía y emite menos aguas residuales y gases de escape. El proceso de estampación desperdicia mucho material, mientras que la tasa de utilización de la pulvimetalurgia alcanza el 97 %. Esto contribuye al ahorro de recursos y a la protección del medio ambiente.
Porosidad controlada
Se podría controlar el tamaño de los poros de los componentes metálicos en polvo, lo que ofrece dos ventajas.
En primer lugar, los poros de los componentes sinterizados se llenan con aceite a través de la proceso de impregnación Para lograr un efecto autolubricante, esto se conoce como cojinete impregnado en aceite. En segundo lugar, se emplean piezas de metal en polvo como filtros sinterizados debido a su tamaño de poro uniforme.
Automatización
¿Sabías que todo el proceso de pulvimetalurgia se puede automatizar por completo? Las máquinas automatizadas pueden funcionar las 24 horas del día, lo que agiliza la producción. Además, reducen la necesidad de personal, lo que a su vez reduce los costos de mano de obra. Los brazos robóticos ayudan a evitar errores humanos. Además, el sistema automatizado garantiza una calidad del producto más consistente.
Por ejemplo, una prensa de dimensionamiento totalmente automática puede prensar piezas a una velocidad de 50 piezas por minuto. Las piezas sinterizadas se transfieren automáticamente mediante un brazo robótico durante el proceso de dimensionamiento.
Capacidad para procesar múltiples materiales
Es bastante difícil mecanizar metales con puntos de fusión y dureza elevados. La pulvimetalurgia permite procesar estos metales.
La aleación de titanio es un ejemplo. Como todos sabemos, es resistente a altas temperaturas y a la corrosión, tiene buena resistencia a la tracción, baja densidad y no es tóxica.
Además, PM puede procesar superaleaciones como Inconel 718.
Además, tiene la capacidad de producir materiales compuestos inmiscibles como tungsteno-plata, tungsteno-cobre y molibdeno-cobre.
Desventajas de la pulvimetalurgia
Tamaño limitado
En la pulvimetalurgia, la fabricación de piezas de mayor tamaño presenta un mayor desafío. Esto se debe a las limitaciones de los equipos de compactación de polvo.
La mayoría de los polvos metálicos se prensan a presiones de entre 300 y 800 MPa. Si la sección transversal de la pieza supera los 200 centímetros cuadrados, el tonelaje de la máquina de conformado superará las 1,600 toneladas. Este tipo de equipo es extremadamente costoso.
Por lo tanto, la mayoría de las piezas de metal en polvo tienen un diámetro de 250 mm y una altura de 75 mm.
Además, el PM no puede realizar la producción de productos diminutos (20 g o menos), pero el moldeo por inyección de metal sí puede.
Formas limitadas
Para piezas con formas especialmente largas, como cartuchos de filtro sinterizados, prensado isostático Se usa comúnmente. De igual manera, para quienes tienen características 3D complejas, el PM no es adecuado. Proceso de fabricación aditiva de metales es una mejor opción.
Bajas propiedades mecánicas
Las piezas de metal en polvo presentan numerosos poros en su interior, mientras que las piezas fundidas y forjadas son completamente densas. Esto reduce la resistencia, la tenacidad y la resistencia a la fatiga de las piezas sinterizadas.
Molde costoso de pulvimetalurgia
¿Por qué son tan costosos los moldes de pulvimetalurgia? Hay dos razones principales.
Por un lado, el molde debe soportar alta presión y el desgaste del polvo metálico. Por lo tanto, debe tener buena resistencia, dureza y resistencia al desgaste. Se puede utilizar acero para herramientas, acero de alta velocidad o carburo de tungsteno. Estos materiales son costosos.
Por otro lado, la tolerancia del molde es estricta y el tiempo de fabricación es largo, lo que también incrementa el costo del molde.
Equipo costoso
La fabricación de piezas de metal requiere una gran inversión en equipos, lo cual es crucial para todo el proceso. Estos equipos incluyen mezcladores, prensas de polvo, hornos de sinterización, máquinas de conformado y dispositivos de automatización.
rugosidad de la superficie
La rugosidad superficial de los componentes sinterizados no es lo suficientemente buena, rondando Ra 0.8-1.6 μm. Por el contrario, el mecanizado puede alcanzar una rugosidad superficial de Ra 0.6 μm o incluso Ra 0.4 μm. Para mejorar la rugosidad superficial de los componentes de metal en polvo, puede ser necesario un procesamiento secundario o un proceso de dimensionado.
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