El prensado de polvo es uno de los pasos fundamentales en proceso de pulvimetalurgiaEn este proceso, el polvo metálico fino se compacta con una prensa mecánica o hidráulica para obtener el compacto verde deseado. El proceso de prensado de polvo metálico se adopta ampliamente en diversas industrias, como la automotriz y la aeroespacial, ya que facilita la fabricación de componentes de alta precisión con forma casi final. Este proceso se considera altamente eficiente, ya que genera un mínimo desperdicio de material y requiere un bajo consumo de energía durante la producción en masa.
Contenido
Proceso de prensado de polvo
Estos son los pasos clave para el proceso de prensado de polvo metálico:
Llenando el dado
El proceso de prensado de polvo comienza con el llenado de polvo metálico en la cavidad de la matriz. Este proceso se realiza mediante una zapata de alimentación automatizada, que suministra el polvo uniformemente a la cavidad de la matriz.
La velocidad de llenado de la matriz depende de la fluidez del polvo; los polvos con alta fluidez se dispersan más rápida y uniformemente.
Compactación
Tras llenar la matriz, se prensa con punzones desde arriba, desde abajo o por ambos lados. Este proceso de prensado de polvo se realiza a temperatura ambiente bajo presión controlada, que suele oscilar entre 400 MPa y 800 MPa (10,000 120,000 y XNUMX XNUMX psi), por lo que también se conoce como prensado en frío. La prensa pulvimetalúrgica puede ser mecánica o hidráulica, y como resultado se forma un compacto verde sólido.
Las fuerzas de presión dependen de:
- Un tipo de material, como el aluminio, requiere menos fuerza que el hierro.
- Tamaño y morfología de las partículas
- Presencia de lubricación
- Densidad verde objetivo
Expulsión
A medida que se forma el compacto verde, se expulsa cuidadosamente del molde mediante pasadores expulsores. Este paso se realiza con cuidado para evitar grietas, delaminación o distorsión en el cuerpo verde. Este cuerpo verde está listo para la sinterización y el posterior acabado en pulvimetalurgia.
Tipos de prensado de polvo
Prensado uniaxial
En el prensado uniaxial, la presión se aplica al polvo en una sola dirección, generalmente verticalmente, utilizando un sistema de troquelado. Esto compactación de polvo Este método se utiliza para fabricar componentes de bajo coste, alta eficiencia y geometrías simples en grandes lotes.
En el método de prensado uniaxial, el polvo tiende a tener mayor densidad cerca de las superficies del punzón y menor en el centro del compacto. Esta variación de densidad puede provocar una contracción desigual durante la sinterización, lo que puede afectar la precisión dimensional o causar distorsión.
Prensado isostático
La limitación de la densidad desigual en la compactación de matrices se puede eliminar mediante la compactación isostática. En este método, se aplica una presión uniforme al polvo metálico desde todas las direcciones. El prensado isostático puede ser en caliente o en frío.
Prensado isostático en frío
Esta técnica de prensado de polvo utiliza prensas hidráulicas a temperatura ambiente para comprimir el polvo metálico de manera uniforme. Prensado isostático en frío Utiliza una presión de aproximadamente 34.5 MPa a 690 MPa (5,000 a 100,000 XNUMX psi) para obtener el cuerpo verde con la densidad y forma deseadas. Esta técnica es adecuada para prensar polvos como metales, cerámica, plásticos y compuestos para componentes grandes y complejos.
Prensado isostático en caliente
Prensado isotático en caliente Es el proceso en el que los metales en polvo se comprimen hasta obtener la forma deseada aplicando una presión isostática de aproximadamente 100-200 MPa con gas a una temperatura elevada de 800 a 1350 °C. El proceso se lleva a cabo en un recipiente sellado de alta presión revestido con materiales resistentes al calor. Esta técnica de prensado permite eliminar la microcontracción, sellar los huecos internos y mejorar el rendimiento a la fatiga del cuerpo verde.
Compactación cálida
Compactación en caliente Se considera una de las formas avanzadas de prensado de polvo, donde el polvo y la matriz se precalientan antes de la compactación. Con la ayuda de la compactación en caliente, se puede mejorar la densidad y la resistencia del compacto verde en comparación con las obtenidas mediante el prensado a temperatura ambiente.
A medida que aumenta la temperatura, se produce la compactación y las partículas de polvo se deforman con mayor facilidad bajo presión. Como resultado, la pieza bruta obtenida presenta una mejor unión entre las partículas y una menor porosidad.
Mecanismo de prensado de polvo
Reordenamiento de partículas
En la etapa inicial de la compactación, las partículas de polvo se acercan mediante deslizamiento y rotación. Esta reorganización llena grandes huecos y aumenta la densidad de compactación, sin alterar la forma de las partículas.
Deformación plastica
A medida que aumenta la presión, las partículas comienzan a deformarse permanentemente en sus puntos de contacto. Esta deformación plástica aumenta las áreas de unión, reduce la porosidad y moldea el compacto, dándole una forma más resistente y densa. Es la principal fuente de resistencia mecánica en la pieza verde.
Deformación elástica
En la etapa final, la mayoría de las partículas resisten cambios permanentes adicionales y, en cambio, se comprimen elásticamente. Al eliminarse la presión, el material compacto rebota ligeramente, lo que puede afectar su tamaño y la tensión interna.
Herramientas y equipos para prensado de polvo
A continuación se muestran los principales instrumentos utilizados en el prensado de polvo:
Prensas compactadoras de polvo
Aquí se utilizan tres tipos de prensas.
- Prensas mecánicas: Se utiliza para piezas estándar (hasta 100 toneladas).
- Prensas hidráulicas: Estas prensas utilizan fluido presurizado para aplicar presión. Se utilizan para aplicaciones de alta fuerza.
- Prensa servoeléctrica: Utiliza servomotores para prensar el polvo, lo que ofrece un control preciso de la velocidad, la posición y la fuerza.
Herramientas de pulvimetalurgia
Herramientas de pulvimetalurgia Incluye la matriz, punzones superior e inferior, pasador de núcleo.
Las inscripciones siguen abiertas,
La matriz es la cavidad fija que define la forma externa de la pieza. Retiene el polvo durante el prensado y proporciona soporte lateral para resistir la expansión.
Golpe superior
El punzón superior se mueve hacia abajo para aplicar presión desde arriba. Su superficie coincide con las características internas de la parte superior de la pieza.
Golpe inferior
El punzón inferior sujeta el polvo desde abajo y puede ascender en prensas de acción simple o doble. Da forma a la parte inferior de la pieza y facilita la expulsión.
Pasador central
Los pasadores centrales se utilizan cuando las piezas requieren orificios internos o formas internas complejas.
Beneficios del prensado de polvo
Eficiencia de materiales y reducción de residuos
El prensado de polvo es altamente eficiente ya que utiliza más del 97% de la materia prima, lo que genera un desperdicio mínimo en comparación con los métodos de fabricación tradicionales, como el mecanizado o la fundición.
Fabricación de forma casi neta
Los componentes fabricados mediante prensado de polvo suelen requerir poco o ningún mecanizado tras la compactación. El proceso produce piezas con dimensiones muy similares a las finales, lo que reduce la necesidad de operaciones secundarias.
Capacidad para crear geometrías complejas
Otro beneficio notable del prensado de polvo es que permite la formación de piezas con características internas intrincadas, paredes delgadas y otras formas complejas que son difíciles o costosas de producir por otros medios.
Producción de combinaciones únicas de materiales
Con la ayuda del prensado de polvo, se pueden fabricar componentes con propiedades personalizadas mezclando diferentes polvos.
Rentabilidad para producción en gran volumen
El prensado de polvo es ideal para la producción en masa gracias a sus rápidos tiempos de ciclo, el bajo desperdicio de material y el mínimo posprocesamiento. Esto lo hace ideal para industrias como la automotriz y la electrónica.
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