Forse saprai già che i componenti realizzati con metallurgia delle polveri hanno una forma quasi netta, ma potrebbero richiedere una lavorazione secondaria per soddisfare precisi requisiti dimensionali o funzionali.
La lavorazione meccanica è una delle lavorazioni più comuni operazioni secondarie nella metallurgia delle polveri. Rimuove il materiale utilizzando metodi convenzionali come tornitura, foratura, fresatura o rettifica.
Questo processo aiuta a ottenere dimensioni precise, qualità superficiale o caratteristiche che la sola pressatura e sinterizzazione non possono fornire.
Contenuti
Perché è necessaria la lavorazione meccanica per le parti in polvere metallica?
Tolleranze strette
Le dimensioni radiali di parti di metallurgia delle polveri può essere controllato con elevata precisione, soprattutto quando un processo di dimensionamento viene applicato dopo la sinterizzazione. Le dimensioni verticali, d'altra parte, sono meno controllate a causa della compattazione monoassiale e del ritiro da sinterizzazione. Pertanto, per soddisfare requisiti di maggiore precisione lungo l'asse verticale, vengono spesso eseguite operazioni come la rettifica o la fresatura.
Finitura di superficie
È ampiamente riconosciuto che la superficie dei componenti realizzati in metallurgia delle polveri sinterizzate contiene spesso:
- Strutture porose e ruvide
- strati di ossido
- Lievi residui di sinterizzazione
Pertanto, è possibile utilizzare metodi di post-lavorazione come tornitura, fresatura, rettifica e levigatura per ottenere una superficie più liscia (ad esempio, Ra < 0.8 μm). Ciò può contribuire a soddisfare requisiti di tenuta, tribologici o estetici.
Caratteristiche complesse
Sebbene la tecnologia della metallurgia delle polveri possa produrre componenti di forma complessa come pulegge di distribuzione e pignoni VVT, il metodo di pressatura convenzionale è monoassiale. Per caratteristiche speciali o complesse come fori trasversali, fori ciechi, sottosquadri e filettature, la sola metallurgia delle polveri non è in grado di realizzarli e richiede lavorazioni meccaniche aggiuntive.
Processi di lavorazione comuni per parti PM
Svolta
La tornitura modella le superfici esterne, in particolare le sezioni rotonde e le spalle. Ciò aiuta a correggere le variazioni di dimensione dopo processo di sinterizzazione e migliora la rotondità complessiva.
Perforazione
La metallurgia delle polveri può realizzare solo fori allineati con la direzione di pressatura. Se il progetto prevede fori orizzontali, angolati o ciechi, questi devono essere lavorati meccanicamente dopo la sinterizzazione mediante foratura o fresatura.
Fresatura
Superfici piane, fessure e tasche non possono essere realizzate direttamente nello stampo. È qui che entra in gioco la fresatura. È indicata per componenti come coperchi di pompe o piastre di sensori, dove planarità e bordi puliti sono fondamentali. Inoltre, prepara le superfici di giunzione per la sigillatura o il fissaggio.
Rettifica
Quando il componente necessita di una finitura liscia o di uno spessore uniforme, la rettifica è la soluzione ideale. Viene spesso scelta per rifinire l'altezza, le aree di contatto o gli accoppiamenti di precisione. Se si lavora con spessori o zone di cuscinetto, questo processo probabilmente vi risulterà familiare.
Alesatura
I fori pressati tendono ad essere leggermente sottodimensionati o ruvidi. L'alesatura ne regola il diametro e ne leviga la superficie interna. È comune quando il pezzo si collega a un albero, un perno o un tassello che deve scorrere in modo pulito.
Maschiatura e filettatura
Il processo di pressatura mediante metallurgia delle polveri è limitato dalla struttura dello stampo e dalla fluidità della polvere, ed è solitamente impossibile pressare direttamente le filettature. Quindi, questa volta è necessario utilizzare la maschiatura e la filettatura.
Sfide della lavorazione di parti in metallo in polvere
A causa della porosità intrinseca e della struttura formata durante la processo di metallurgia delle polveriI componenti PM sono generalmente più difficili da lavorare rispetto alle parti fuse o forgiate.
Porosità
I componenti realizzati con PM mantengono una porosità residua dopo la sinterizzazione. Durante il taglio, il tagliente dell'utensile alterna il contatto con il metallo e con le cavità, generando forze di taglio discontinue a livello microscopico.
Questi impatti irregolari causano intense microvibrazioni all'interfaccia utensile-pezzo. Nel tempo, ciò porta a danni da fatica ciclica sul tagliente, in particolare sugli spigoli vivi e sui raggi di taglio. Il risultato è una microscheggiatura o arrotondamento del tagliente, che è una modalità comune di usura progressiva dell'utensile nella lavorazione PM.
Scarsa conduttività termica
La struttura porosa dei materiali PM determina una scarsa conduttività termica. Il calore generato durante il taglio non può essere dissipato in modo efficiente, con conseguente accumulo di calore localizzato nella zona di taglio. Questa concentrazione termica provoca un rapido aumento della temperatura dell'utensile. Se l'utensile da taglio non presenta sufficiente durezza a caldo o resistenza agli shock termici, può subire rammollimenti termici, cricche o persino deformazioni localizzate.
Effetti della reazione chimica e dell'incrudimento
L'elevata temperatura durante la lavorazione favorisce l'ossidazione superficiale dei materiali PM e può anche portare a interazioni chimiche come la diffusione del carbonio dall'utensile al pezzo (o viceversa). Queste reazioni aumentano la durezza superficiale del materiale da tagliare, accelerando l'usura abrasiva dell'utensile.
Variazione della durezza
Durante la lavorazione di materiali ottenuti tramite metallurgia delle polveri, lo strato superficiale mostra spesso un significativo aumento di durezza. Ampi esperimenti di taglio hanno dimostrato che la durezza tipica dei materiali PM a base di ferro a temperatura ambiente varia da 24 HRC a 36 HRC. Tuttavia, aree localizzate sulla superficie lavorata possono raggiungere valori di microdurezza superiori a 55 HRC. In questo caso, il tagliente dell'utensile subisce una forte usura, che ne riduce significativamente la durata.
Suggerimenti per la lavorazione di parti in metallurgia delle polveri
Per ridurre l'usura degli utensili e minimizzare l'impatto dei frequenti cambi di utensile sull'efficienza produttiva, è importante selezionare utensili da taglio adatti e regolare correttamente i parametri di lavorazione quali velocità di taglio, velocità di avanzamento e profondità di taglio.
Materiali per utensili
PCBN (nitruro di boro cubico policristallino)
Gli utensili in PCBN sono estremamente duri e resistenti al calore. Sono ideali per il taglio di componenti in metallo duro (PM) a base di ferro con inclusioni dure o zone incrudite. Il PCBN resiste alla scheggiatura dei bordi e offre ottime prestazioni in presenza di alte temperature e carichi d'urto.
Utensili in carburo rivestito
I carburi rivestiti combinano substrati resistenti con rivestimenti ceramici duri come TiAlN o TiCN. Questi utensili offrono una buona resistenza all'usura e stabilità termica. Sono leggermente meno duri ma più convenienti.
Raccomandazioni sui parametri di taglio
La velocità di tornitura consigliata per i pezzi realizzati in metallurgia delle polveri è generalmente compresa tra 55 e 120 m/min. Per la foratura, la velocità di taglio varia a seconda del materiale dell'utensile: 60 m/min per gli utensili in metallo duro e 20 m/min per gli utensili in acciaio rapido (HSS).
Strategie di ottimizzazione dei processi
Parti di metallurgia delle polveri trattate con impregnazione di resina or infiltrazione di rame i pori interni possono essere sigillati in modo efficace, riducendo le vibrazioni dell'utensile e migliorando significativamente la lavorabilità.
Inoltre, la lavorazione meccanica può essere eseguita dopo la presinterizzazione e seguita dalla sinterizzazione completa. In alternativa, i pezzi possono essere lavorati meccanicamente dopo la sinterizzazione e la successiva ricottura, il che contribuisce a ridurre la durezza e a migliorare la lavorabilità.
Un approccio efficace consiste nell'incorporare polvere di solfuro di manganese (MnS) nel materiale. Studi hanno dimostrato che un'aggiunta dello 0.5% di solfuro produce risultati ottimali. La presenza di solfuro agisce come lubrificante solido durante il taglio, migliorando efficacemente la lavorabilità e riducendo l'usura degli utensili. Questo metodo è applicabile anche ai componenti in acciaio inossidabile sinterizzato, dove migliora le prestazioni di taglio. Tuttavia, è opportuno notare che il MnS può compromettere leggermente la resistenza alla corrosione degli acciai inossidabili a causa del contenuto di zolfo in esso contenuto.
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