Quizás ya sepa que los componentes de pulvimetalurgia tienen una forma casi final, pero pueden requerir un mecanizado secundario para cumplir con requisitos dimensionales o funcionales precisos.
El mecanizado es una de las operaciones más comunes operaciones secundarias En pulvimetalurgia. Elimina material mediante métodos convencionales como torneado, taladrado, fresado o rectificado.
Este proceso ayuda a lograr dimensiones precisas, calidad de superficie o características que el prensado y la sinterización por sí solos no pueden proporcionar.
¿Por qué es necesario el mecanizado para piezas de metal en polvo?
Tolerancias ajustadas
Las dimensiones radiales de piezas de pulvimetalurgia Se puede controlar con gran precisión, especialmente cuando un proceso de dimensionamiento Se aplica después de la sinterización. Las dimensiones verticales, por otro lado, están menos controladas debido a la compactación uniaxial y la contracción de sinterización. Por lo tanto, para cumplir con los requisitos de mayor precisión a lo largo del eje vertical, se suelen realizar operaciones como rectificado o fresado.
Acabado de la superficie
Es ampliamente reconocido que la superficie de las piezas de pulvimetalurgia sinterizada a menudo contiene:
- Estructuras porosas y rugosas
- Capas de óxido
- Ligeros residuos de sinterización
Por lo tanto, se pueden utilizar métodos de posprocesamiento como torneado, fresado, rectificado y bruñido para lograr una superficie más lisa (p. ej., Ra < 0.8 μm). Esto puede ayudar a cumplir con los requisitos de sellado, tribológicos o estéticos.
Funciones complejas
Aunque la tecnología de pulvimetalurgia permite producir piezas con formas complejas, como poleas de distribución y ruedas dentadas VVT, el método de prensado convencional es uniaxial. Para características especiales o intrincadas, como agujeros transversales, agujeros ciegos, socavados y roscas, la pulvimetalurgia por sí sola no puede conformarlas y requiere mecanizado adicional.
Procesos de mecanizado comunes para piezas de metalurgia
Torneado
El torneado da forma a las superficies exteriores, especialmente a las secciones redondas y los hombros. Esto ayuda a corregir los cambios de tamaño después proceso de sinterización y mejora la redondez general.
Trío
La pulvimetalurgia solo permite formar agujeros alineados con la dirección de prensado. Si el diseño incluye agujeros horizontales, angulares o ciegos, estos deben mecanizarse después de la sinterización mediante taladrado o fresado.
Fresado
Las superficies planas, ranuras y cavidades no se pueden moldear directamente en el molde. Aquí es donde entra en juego el fresado. Funciona bien para piezas como tapas de bombas o placas de sensores, donde la planitud y los bordes limpios son importantes. También prepara las superficies de unión para el sellado o la fijación.
Rectificado
Cuando la pieza necesita un acabado liso o un espesor uniforme, el rectificado es la solución. Se suele optar por refinar la altura, las áreas de contacto superficial o los ajustes de precisión. Si trabaja con calzas o zonas de apoyo, este proceso probablemente le resulte familiar.
Escariado
Los agujeros prensados tienden a ser ligeramente más pequeños o rugosos. El escariado afina el diámetro y suaviza la superficie interior. Esto es común cuando la pieza se conecta a un eje, pasador o pasador que debe deslizarse con precisión.
Roscado y roscado
El proceso de prensado pulvimetalúrgico está limitado por la estructura del molde y la fluidez del polvo, y suele ser imposible prensar roscas directamente. Por lo tanto, en este caso, es necesario utilizar el roscado con macho.
Desafíos del mecanizado de piezas de metal en polvo
Debido a la porosidad inherente y la estructura formada durante la proceso de pulvimetalurgiaLos componentes de PM son generalmente más difíciles de mecanizar que las piezas fundidas o forjadas.
Porosidad
Las piezas de metal pulido conservan porosidad residual tras la sinterización. Durante el corte, el filo de la herramienta alterna entre el contacto con el metal y los huecos, lo que genera fuerzas de corte discontinuas a nivel microscópico.
Estos impactos irregulares provocan microvibraciones intensas en la interfaz herramienta-pieza. Con el tiempo, esto provoca daños por fatiga cíclica en el filo, especialmente en las esquinas y radios agudos. El resultado es el microastillado o redondeo del filo, un modo común de desgaste progresivo de la herramienta en el mecanizado de metal duro.
Mala conductividad térmica
La estructura porosa de los materiales de PM produce una conductividad térmica deficiente. El calor generado durante el corte no se disipa eficazmente, lo que provoca una acumulación localizada de calor en la zona de corte. Esta concentración térmica provoca un rápido aumento de la temperatura de la herramienta. Si la herramienta de corte no posee la dureza en caliente o la resistencia al choque térmico suficientes, puede sufrir ablandamiento térmico, agrietamiento o incluso deformación localizada.
Reacción química y efectos del endurecimiento por deformación
La temperatura elevada durante el mecanizado promueve la oxidación superficial de los materiales de PM y también puede provocar interacciones químicas, como la difusión de carbono de la herramienta a la pieza de trabajo (o viceversa). Estas reacciones aumentan la dureza superficial del material cortado, acelerando el desgaste abrasivo de la herramienta.
Variación de dureza
Durante el mecanizado de materiales pulvimetalúrgicos, la capa superficial suele presentar un aumento significativo de dureza. Numerosos experimentos de corte han demostrado que la dureza típica de los materiales de PM a base de hierro a temperatura ambiente oscila entre 24 HRC y 36 HRC. Sin embargo, algunas zonas de la superficie mecanizada pueden alcanzar valores de microdureza superiores a 55 HRC. En este caso, el filo de la herramienta sufre un desgaste severo que reduce significativamente su vida útil.
Sugerencias para el mecanizado de piezas de pulvimetalurgia
Para reducir el desgaste de las herramientas y minimizar el impacto de los cambios frecuentes de herramientas en la eficiencia de la producción, es importante seleccionar herramientas de corte adecuadas y ajustar correctamente los parámetros de mecanizado, como la velocidad de corte, la velocidad de avance y la profundidad de corte.
Materiales de herramientas
PCBN (nitruro de boro cúbico policristalino)
Las herramientas de PCBN son extremadamente duras y resistentes al calor. Son ideales para cortar piezas de metal duro a base de hierro con inclusiones duras o zonas endurecidas por deformación. El PCBN resiste el astillado de los bordes y ofrece un buen rendimiento a altas temperaturas y cargas de impacto.
Herramientas de carburo recubiertas
Los carburos recubiertos combinan sustratos resistentes con recubrimientos cerámicos duros como TiAlN o TiCN. Estas herramientas ofrecen buena resistencia al desgaste y estabilidad térmica. Son ligeramente menos duras, pero más rentables.
Recomendaciones de parámetros de corte
La velocidad de giro recomendada para piezas de pulvimetalurgia suele estar entre 55 y 120 m/min. Para taladrar, la velocidad de corte varía según el material de la herramienta: 60 m/min para herramientas de carburo y 20 m/min para herramientas de acero rápido (HSS).
Estrategias de optimización de procesos
Piezas de pulvimetalurgia tratadas con impregnación de resina or infiltración de cobre pueden tener sus poros internos sellados de manera efectiva, reduciendo la vibración de la herramienta y mejorando significativamente la maquinabilidad.
Además, el mecanizado puede realizarse tras la presinterización y posteriormente con la sinterización completa. Como alternativa, las piezas pueden mecanizarse tras la sinterización y el posterior recocido, lo que ayuda a reducir la dureza y mejorar la maquinabilidad.
Un método eficaz consiste en incorporar polvo de sulfuro de manganeso (MnS) al material. Diversos estudios han demostrado que la adición de un 0.5 % de sulfuro produce resultados óptimos. La presencia de sulfuro actúa como un lubricante sólido durante el corte, mejorando eficazmente la maquinabilidad y reduciendo el desgaste de la herramienta. Este método también es aplicable a piezas de acero inoxidable sinterizado, donde mejora el rendimiento de corte. Sin embargo, cabe destacar que el MnS puede comprometer ligeramente la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables debido a su contenido de azufre.
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