El diseño exitoso de piezas de pulvimetalurgia (PM) comienza con la comprensión de las limitaciones del proceso y las propiedades del material. Debe mantener un espesor de pared uniforme, evitar esquinas afiladas, incluir ángulos de desmoldeo adecuados y considerar el rendimiento del herramental. Siempre equilibre la resistencia, la viabilidad de fabricación y el costo. Una pieza de pulvimetalurgia bien diseñada puede ahorrar tiempo, reducir defectos y prolongar la vida útil del herramental. Esta guía de diseño de piezas de pulvimetalurgia le ayudará a lograr estos objetivos.
Contenido
Consideraciones de diseño para la pulvimetalurgia
Limitación de tamaño
Se recomienda mantener la relación de aspecto dentro de 8:1 para piezas de pulvimetalurgia, con diámetros no superiores a 250 mm y alturas no superiores a 200 mm.
Piezas de varios niveles
Para piezas de dos o varios niveles, se deben utilizar múltiples punzones superiores e inferiores, una matriz de estante o varillas de núcleo de estante.
Cuando la diferencia de altura entre niveles es pequeña, se pueden utilizar punzones superiores escalonados y un solo punzón inferior. Para diferencias de altura mayores, se recomienda invertir la pieza y utilizar un punzón superior y dos inferiores.
El uso de un solo punzón superior escalonado para grandes diferencias de altura puede provocar una densidad desigual y aumentar el riesgo de rotura o agrietamiento del punzón.
Socavaciones
Dado que la compactación y la expulsión del polvo se realizan a lo largo de un eje vertical, no puede haber obstrucciones en la dirección de la prensa. Por lo tanto, características como socavones y orificios transversales, como se muestra en la Figura a, no pueden formarse directamente mediante prensado pulvimetalúrgico y deben producirse mediante mecanizado secundario.
La parte que se muestra en la figura b se puede prensar directamente sin operaciones adicionales.
Evite las esquinas afiladas
Al diseñar piezas de pulvimetalurgia, se deben evitar las esquinas afiladas para reducir las concentraciones de tensión que podrían causar muere la metalurgia de polvos Rotura. Asimismo, no se deben diseñar punzones superiores o inferiores con características excesivamente delgadas o afiladas, ya que esto puede provocar su rotura bajo alta presión de compactación.
En su lugar, sustituya las esquinas afiladas por superficies planas, garantizando un ancho mínimo de al menos 0.3 mm.
Chaflán
Incluir radios en el diseño de la pieza puede generar rebabas durante la compactación y mayor herramientas de pulvimetalurgia Costos de fabricación. Se recomienda evitar los radios y, en su lugar, utilizar chaflanes, generalmente en ángulos de 30° o 45°.
Se recomienda usar una sección recta para biselar con un ancho mínimo de 0.13 mm. Si la densidad de la pieza en verde no es alta, se puede omitir la sección recta y biselar directamente a 30°.
Si necesita características redondeadas, puede lograrlas después de la sinterización y antes del tratamiento térmico mediante acabado vibratorio o mecanizado.
Espesor de la pared
Cuando la pieza de pulvimetalurgia tiene una relación longitud-espesor de pared de 8:1 o mayor, las variaciones de densidad se vuelven inevitables.
Como regla general, el espesor de la pared no debe ser inferior a 1.52 mm (0.060 pulgadas).
Se debe evitar diseñar piezas con paredes largas y delgadas, ya que las herramientas se vuelven más frágiles y tienen una vida útil más corta.
Agujeros
Se pueden diseñar agujeros a lo largo de la dirección de prensado en varias formas, como redondas, en forma de D, estriadas y con chaveteros, formadas utilizando varillas centrales.
Los agujeros ciegos, los escalones ciegos y los agujeros cónicos también se forman fácilmente en el proceso de prensado.
Para piezas de gran tamaño, se pueden incorporar orificios de aligeramiento para reducir tanto el peso de la pieza como el área de prensado proyectada, haciendo más eficiente el proceso de compactación.
Conicidad y borrador
- Para paredes rectas generalmente no se necesita ninguna corriente de aire.
- Al diseñar secciones cónicas, asegúrese de añadir una superficie plana de al menos 0.25 mm entre el cono y la pared de la matriz o la varilla del núcleo. Esto ayuda a evitar que el punzón superior golpee el cono.
- Si está agregando escalones de brida, incluya un pequeño borrador para garantizar que las piezas se expulsen sin problemas.
- Si está agregando escalones de brida, protuberancias o avellanados hechos por la cara del punzón, incluya un pequeño borrador en las paredes laterales para ayudar a que las piezas se expulsen suavemente y evitar que la herramienta se atasque o se astillen los bordes.
Avellanadores
Los avellanadores añaden un chaflán alrededor de los orificios para las cabezas de tornillos o pernos. Al formarlos con un punzón en pulvimetalurgia, incluya un plano de aproximadamente 0.25 mm para evitar bordes afilados y proteger el punzón.
LINIEROS
Un cubo es la parte central de un engranaje, rueda dentada o leva que proporciona resistencia y asegura una correcta alineación en un eje. En la pulvimetalurgia, se pueden producir cubos fácilmente, pero recuerde añadir un filete generoso entre el cubo y la brida para reducir la tensión. Además, mantenga suficiente material entre el diámetro exterior del cubo y el diámetro de la base del engranaje o rueda dentada para mejorar la resistencia y la viabilidad de fabricación.
Jefe
Al formar una protuberancia, coloque la cavidad en el punzón. Mantenga la profundidad de la protuberancia en aproximadamente el 85 % de la altura de la pieza y añada un ángulo de inclinación mínimo de 12° a cada lado para una expulsión suave. Si se requieren paredes de protuberancia perpendiculares, utilice un punzón especial con expulsión positiva para evitar que el compacto se adhiera.
Ranuras y surcos
Al presionar ranuras en una pieza, coloque las proyecciones en la cara del punzón y manténgase dentro de estos límites para que el compacto salga sin problemas:
- Ranuras curvas o semicirculares: mantenga la profundidad en aproximadamente el 20 % de la longitud total de la pieza.
- Ranuras rectangulares: mantener la profundidad en aproximadamente el 15 % de la longitud de la pieza, aplicar un ángulo de inclinación de al menos 12° en las paredes paralelas a la dirección de prensado y redondear cada esquina.
- Debe evitar ranuras y surcos profundos y estrechos, ya que requieren herramientas delgadas y frágiles que pueden romperse bajo alta presión. El polvo tampoco rellena bien estas áreas, lo que provoca variaciones de densidad, problemas dimensionales y un menor rendimiento de la pieza.
Tolerancias típicas para piezas de pulvimetalurgia
| Feature | Tolerancia práctica (mm) | Tolerancia posible (mm) |
|---|---|---|
| Diámetro interior | ± 0.050 | ± 0.025 |
| Diámetro externo | ± 0.050 | ± 0.025 |
| Longitud (manteniendo pulsado) | ± 0.013 | ± 0.075 |
| Concentricidad | ± 0.075 | ± 0.050 |
| Paralelismo de fines | ± 0.038 | ± 0.025 |
| Planitud en los extremos | ± 0.050 | ± 0.025 |
Propiedades comunes de los materiales de PM
| Designación de material (MPIF 35) | Densidad (g / cm³) | Resistencia a la tracción (MPa) | Fuerza de producción (MPa) | Dureza (HRB/HRC) | Aplicaciones típicas |
|---|---|---|---|---|---|
| F-0000 (Hierro puro) | 6.5 – 7.0 | 170 – 310 | 130 – 210 | 40 – 70 HRB | Piezas estructurales, núcleos magnéticos |
| FC-0208 (Fe-Cu) | 6.8 – 7.2 | 310 – 480 | 210 – 350 | 60 – 85 HRB | Engranajes, levas, cojinetes |
| FC-0205 (Fe-Cu) | 6.8 – 7.2 | 250 – 420 | 170 – 310 | 50 – 80 HRB | Piezas estructurales de resistencia media |
| FN-0205 (Fe-Ni) | 6.9 – 7.2 | 400 – 620 | 270 – 450 | 80 – 90 HRB | Piezas automotrices de alta tenacidad |
| FL-4405 (Fe-0.4 % C, baja aleación) | 6.9 – 7.3 | 480 – 690 | 400 – 600 | 80 – 95 HRB | Piezas de alta resistencia, engranajes de automoción |
| FLN2-4405 (Fe-Ni-Mo, baja aleación) | 6.9 – 7.3 | 690 – 860 | 600 – 750 | 25-35HRC | Engranajes de alta carga, componentes de transmisión |
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