I produttori valutano attentamente i pro e i contro quando scelgono un processo per realizzare i loro prodotti. Il loro obiettivo è ottenere un'elevata qualità mantenendo bassi i costi.
Perché la metallurgia delle polveri (PM) si distingue?
In questo blog vi spiegherò i vantaggi e gli svantaggi della metallurgia delle polveri.
Contenuti
Che cosa è la metallurgia delle polveri?
La metallurgia delle polveri (PM) è una tecnologia di produzione di precisione che produce componenti metallici da polveri atomizzate o trattate chimicamente mediante compattazione e sinterizzazione.
La PM forma i pezzi a temperatura ambiente e lega le particelle metalliche tramite diffusione allo stato solido a una temperatura inferiore al punto di fusione del metallo di base.
Un tipico processo di metallurgia delle polveri attraverso quattro fasi fondamentali:
- Produzione di polvere: Le polveri metalliche vengono generate tramite atomizzazione a gas, atomizzazione ad acqua, riduzione chimica, decomposizione carbonilica o metodi elettrolitici. Le caratteristiche della polvere, come la distribuzione granulometrica, la densità apparente, la scorrevolezza e il contenuto di ossigeno, influenzano notevolmente le proprietà meccaniche finali.
- Miscelazione e miscelazione: Le polveri metalliche vengono miscelate con lubrificanti, leganti o additivi di lega per migliorare la comprimibilità e favorire una densità uniforme durante la compattazione.
- Compattazione: Le presse meccaniche o idrauliche ad alto tonnellaggio (in genere 300-800 MPa) comprimono la polvere in un "compatto verde", che assomiglia già molto alla geometria finale.
- sinterizzazione: Il compatto verde viene quindi riscaldato in un forno ad atmosfera controllata (tipicamente 1100-1300 °C per i materiali a base di ferro). Durante la sinterizzazione, le particelle formano legami metallurgici, i pori si restringono, la resistenza aumenta e il pezzo sviluppa le sue dimensioni finali e le sue proprietà meccaniche.
Vantaggi della metallurgia delle polveri
Ridurre al minimo lo spreco di materiale
Bisogna voler migliorare l'utilizzo dei materiali e ridurre gli sprechi.
Le lavorazioni CNC come tornitura, fresatura e foratura rimuovono le parti in eccesso dai materiali solidi. Questo comporta un notevole spreco di materie prime. E, cosa ancora peggiore, i materiali di scarto non possono essere riutilizzati.
La PM è in grado di raggiungere un utilizzo dei materiali superiore al 95%, un livello ineguagliato da altri processi.
Perché la metallurgia delle polveri può raggiungere questo scopo?
Questo perché la PM utilizza polvere metallica come materia prima. Il compatto verde difettoso può essere frantumato e ridotto in polvere per il riutilizzo. Qualsiasi materiale in polvere non utilizzato verrà utilizzato nel ciclo produttivo successivo.
Il PM è un vicino alla forma netta tecnologia, particolarmente importante quando si lavorano metalli preziosi come le leghe di titanio.
Economicità nella produzione di massa
I componenti in polvere metallica vengono formati a temperatura ambiente e sinterizzati a temperature inferiori rispetto alla fusione, consumando meno carburante. Inoltre, presse per compattazione delle polveri sono in grado di operare rapidamente e compattare circa 30 parti al minuto.
Capacità di formatura precisa
Lo stampo in metallurgia delle polveri, che include punzoni superiori e inferiori, matrice e asta centrale, è progettato con tolleranze ristrette. Di conseguenza, i prodotti stampati raggiungono un'elevata precisione.
Per la metallo sinterizzato prodotto con una dimensione radiale di 25 mm, la tolleranza è generalmente compresa tra lo 0.13% (32.5 μm) e lo 0.20% (50 μm). Ciò rientra nella tolleranza standard ISO IT8-IT9. Dopo l' processo di dimensionamento, la tolleranza migliora dallo 0.05% (12.5 μm) allo 0.08% (20 μm). Ciò è coerente con le tolleranze standard ISO IT6-IT7.
Coerenza da lotto a lotto
La tolleranza dello stampo, la pressione di compattazione e la temperatura di sinterizzazione nella PM possono essere controllate con precisione. Di conseguenza, l'uniformità dei prodotti tra lotti diversi è elevata. L'uniformità da lotto a lotto è di fondamentale importanza per un funzionamento stabile e affidabile del prodotto.
Meno elaborazione secondaria
I prodotti in polvere metallica vengono formati mediante una sola pressione, con meno lavorazione secondariaCiò non solo riduce i tempi di produzione, ma ne diminuisce anche i costi.
L'ingranaggio di trasmissione del cambio è un esempio tipico. Le dimensioni dell'ingranaggio prodotto con il processo di metallurgia delle polveri corrispondono alle dimensioni del prodotto finale dopo la sinterizzazione. Inoltre, gli ingranaggi in metallo sinterizzato non presentano bave o sbavature eccessive.
A causa dell'elevato numero di denti, la lavorazione degli ingranaggi è lenta e genera un notevole spreco di materiale. Anche il processo di forgiatura è difficile da realizzare. Inoltre, la forgiatura richiede diverse fasi di lavorazione secondaria, come la rifilatura, la punzonatura e la raddrizzatura.
Forme complesse
La produzione in serie (MP) consente di produrre direttamente componenti con caratteristiche interne. Questi componenti vengono utilizzati per il flusso di fluidi, sistemi di raffreddamento o condotti per cavi.
Ha inoltre la capacità di produrre componenti con bordi affilati e pareti sottili, spesso utilizzati per utensili da taglio o denti di ingranaggi. La metallurgia parodontale può anche creare parti con geometrie a gradini in un'unica operazione.
Processo di produzione ecologico
La tecnologia della metallurgia delle polveri contribuisce allo sviluppo ecologico dell'industria manifatturiera. A differenza pressofusioneLa tecnologia della metallurgia delle polveri consuma meno energia ed emette meno acque reflue e gas di scarico. Il processo di stampaggio spreca molti materiali, mentre il tasso di utilizzo dei materiali nella tecnologia della metallurgia delle polveri raggiunge il 97%. Questi fattori contribuiscono al risparmio di risorse e alla tutela dell'ambiente.
Porosità controllata
È possibile controllare la dimensione dei pori dei componenti in polvere metallica, ottenendo due vantaggi.
In primo luogo, i pori nei componenti sinterizzati vengono riempiti di olio attraverso il processo di impregnazione per ottenere un effetto autolubrificante. Questo è noto come cuscinetto impregnato d'olio. In secondo luogo, le parti in polvere metallica vengono impiegate come filtri sinterizzati grazie alla dimensione uniforme dei pori.
Automazione
Sapevi che l'intero processo di metallurgia delle polveri può essere completamente automatizzato? Le macchine automatizzate possono funzionare 24 ore su XNUMX, il che velocizza la produzione. Riducono anche la necessità di personale, con conseguente riduzione dei costi di manodopera. I bracci robotici aiutano a evitare errori umani. Inoltre, il sistema automatizzato rende la qualità del prodotto più costante.
Ad esempio, una pressa di dimensionamento completamente automatica può pressare pezzi a una velocità di 50 pezzi al minuto. I pezzi sinterizzati possono essere trasferiti automaticamente da un braccio robotico durante il processo di dimensionamento.
Capacità di elaborare materiali multipli
È piuttosto difficile lavorare metalli con elevati punti di fusione e durezza. La metallurgia delle polveri è in grado di processare questi metalli.
La lega di titanio ne è un esempio. Come tutti sappiamo, la lega di titanio è resistente alle alte temperature e alla corrosione, ha una buona resistenza alla trazione, bassa densità e non è tossica.
Inoltre, la PM può lavorare superleghe come l'Inconel 718.
Inoltre, ha la capacità di produrre materiali compositi immiscibili come tungsteno-argento, tungsteno-rame e molibdeno-rame.
Svantaggi della metallurgia delle polveri
Dimensioni limitate
Per la metallurgia delle polveri, la produzione di componenti di grandi dimensioni è più complessa. Ciò è dovuto ai limiti delle apparecchiature di compattazione delle polveri.
La maggior parte delle polveri metalliche viene pressata a pressioni comprese tra 300 e 800 MPa. Se la sezione trasversale del pezzo supera i 200 centimetri quadrati, il tonnellaggio della macchina di formatura supererà le 1,600 tonnellate. Tali apparecchiature sono estremamente costose.
Pertanto, la maggior parte delle parti in polvere metallica ha un diametro massimo di 250 mm e un'altezza massima di 75 mm.
Inoltre, la PM non è in grado di produrre prodotti di piccole dimensioni (20 g o meno), mentre lo stampaggio a iniezione di metalli sì.
Forme limitate
Per parti con forme particolarmente lunghe, come cartucce filtranti sinterizzate, pressatura isostatica è comunemente usato. Allo stesso modo, per chi ha caratteristiche 3D complesse, la PM non è adatta. Processo di produzione additiva di metalli è un'opzione migliore.
Basse proprietà meccaniche
I componenti in metallo in polvere presentano numerosi pori interni, mentre getti e forgiati sono completamente densi. Questo riduce la resistenza, la tenacità e la resistenza alla fatica dei componenti sinterizzati.
Stampo costoso per metallurgia delle polveri
Perché gli stampi per la metallurgia delle polveri sono così costosi? Ci sono due motivi principali.
Da un lato, lo stampo deve resistere all'elevata pressione e all'usura causata dalla polvere metallica. Pertanto, deve avere buona resistenza, durezza e resistenza all'usura. È possibile utilizzare acciaio per utensili, acciaio rapido o carburo di tungsteno. Questi materiali sono costosi.
D'altro canto, la tolleranza dello stampo è limitata e i tempi di produzione sono lunghi, il che aumenta anche il costo dello stampo stesso.
Attrezzatura costosa
La metallurgia delle polveri richiede ingenti investimenti in attrezzature, fondamentali per l'intero processo. Tra queste attrezzature figurano miscelatori, presse per polveri, forni di sinterizzazione, macchine formatrici e dispositivi di automazione.
Ruvidezza della superficie
La rugosità superficiale dei componenti sinterizzati non è sufficientemente buona, con un Ra compreso tra 0.8 e 1.6 μm. Al contrario, la lavorazione meccanica può raggiungere una rugosità superficiale di Ra 0.6 μm o addirittura Ra 0.4 μm. Per migliorare la rugosità superficiale dei componenti in polvere metallica, potrebbe essere necessario un processo di lavorazione secondaria o di dimensionamento.
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