Come ampiamente riconosciuto, la metallurgia delle polveri (PM) è un metodo eccellente per produrre rapidamente piccole parti complesse.
Ma per parti più grandi o più resistenti, qual è il processo migliore?
La forgiatura è una buona scelta.
Qui vi forniremo un confronto dettagliato di parti in polvere metallica rispetto alle parti forgiate.
Contenuti
Parti in metallo in polvere
Spiega il processo di metallurgia delle polveri
Processo di metallurgia delle polveri, come suggerisce il nome, utilizza il metallo sotto forma di polvere. Il processo prevede diverse fasi di produzione, tra cui miscelazione, compattazione e sinterizzazione come fasi principali.
I produttori di PM creano parti attraverso diversi processi di metallurgia delle polveri:
- Compattazione e sinterizzazione
- Pressatura isostatica a freddo (CIP)
Le polveri metalliche vengono compattate uniformemente in tutte le direzioni utilizzando un fluido ad alta pressione in uno stampo flessibile a temperatura ambiente.
- Pressatura Isostatica a Caldo (HIP)
Questo processo combina la compattazione e la sinterizzazione simultanea di polveri metalliche in un ambiente ad alta pressione e alta temperatura utilizzando gas inerte.
Le polveri metalliche fini vengono mescolate con un legante, iniettate in uno stampo, quindi rimosse dal legante e sinterizzate per formare parti ad alta densità.
I laminatoi comprimono le polveri metalliche in fogli o strisce prima della processo di sinterizzazione.
- Estrusione di polvere
I blocchi formati da polveri metalliche compattate vengono estrusi attraverso una filiera per creare componenti con sezioni trasversali uniformi.
- Sinterizzazione al plasma a scintilla (SPS)
La corrente elettrica pulsata e la pressione sinterizzano rapidamente le polveri metalliche, dando origine a materiali ad alta densità.
Vantaggi delle parti in polvere metallica
- Museale
I componenti in polvere metallica presentano una qualità migliore e meno difetti.
Queste parti hanno un'elevata consistenza del prodotto perché la polvere metallica uniforme viene miscelata durante processo di miscelazione.
- Costo unitario
I componenti in polvere metallica hanno un basso costo unitario, principalmente per due motivi:
- La produzione completamente automatica riduce i costi di manodopera
- Utilizzando la polvere metallica come materia prima, si verifica poco spreco di materiale
- Flessibilità di progettazione
La formatura a polvere metallica è più semplice rispetto ad altri processi. Pertanto, la PM offre un'elevata flessibilità di progettazione nella produzione di componenti con forme complesse e dettagli intricati.
- Utilizzo del materiale
La metallurgia delle polveri ha un elevato tasso di utilizzo dei materiali. I pezzi difettosi dopo lo stampaggio possono essere trasformati in polvere metallica per il riutilizzo.
Contro delle parti in polvere metallica
Elevato costo delle materie prime
Le polveri metalliche utilizzate nella produzione di massa (MP) sono solitamente più costose dei metalli sfusi, poiché la produzione di polveri fini e ad alta purezza richiede processi complessi.
Costo del pedaggio
Gli utensili PM richiedono elevata precisione e complessità, il che comporta costi più elevati.
Dimensioni delle parti
Rispetto ai componenti forgiati, i componenti in polvere metallica sono più piccoli a causa delle limitazioni delle apparecchiature di compattazione e sinterizzazione.
Problemi di porosità
I componenti realizzati con metallurgia delle polveri possono presentare porosità, che ne influenza la densità, la resistenza e le proprietà meccaniche complessive.
Proprietà meccaniche
In generale, i componenti realizzati con metallurgia delle polveri presentano duttilità e resistenza agli urti inferiori rispetto ai componenti lavorati per fusione o forgiatura. Pertanto, non sono adatti per prodotti con requisiti di resistenza più elevati.
Parti forgiate
Definizione di forgiatura
La forgiatura è un antico processo di fabbricazione che modella i componenti martellando, pressando o laminando il metallo.
Già durante il periodo degli Stati Combattenti in Cina, la gente utilizzava la tecnologia della forgiatura per produrre armi.
La maggior parte dei processi di forgiatura utilizzano stampi per modellare e formare il metallo, soprattutto quelli che richiedono forme precise e complesse.
Diversi tipi di processo di forgiatura
- Forgiatura a stampo aperto È un processo che prevede il posizionamento del metallo tra più stampi aperti e la successiva martellatura per produrre i pezzi. È adatto per pezzi semplici e di grandi dimensioni, come dischi, alberi e cilindri. Poiché i pezzi stampati non hanno dimensioni precise, è necessaria un'ulteriore lavorazione.
- Forgiatura a stampo chiuso Utilizza l'alta pressione per pressare il metallo in una cavità chiusa dello stampo. Rispetto alla forgiatura a stampo aperto, è più adatta per pezzi più piccoli con requisiti di precisione più elevati.
- Rotolo di forgiatura È un processo che fa passare un pezzo metallico attraverso una coppia di rulli rotanti per ridurne lo spessore e aumentarne la lunghezza. Offre un'elevata capacità di lavorazione continua e un'elevata efficienza. È adatto per la produzione di assali per automobili e binari ferroviari, ecc.
- Forgiatura a freddo Il processo passa i pezzi in lavorazione attraverso più stampi o più impatti per ottenere la forma corretta. Avviene a temperatura ambiente o al di sotto della temperatura di austenite del metallo.
Inoltre, si tratta di un processo di produzione dei metalli efficiente ed economico che può essere utilizzato per produrre un gran numero di parti a basso costo.
Di seguito è riportato un confronto tra parti in polvere metallica e parti forgiate.
- Stampaggio a caldo Generalmente, i pezzi metallici vengono riscaldati a una temperatura superiore al punto di ricristallizzazione ma inferiore al punto di fusione. Il vantaggio della forgiatura a caldo è che il metallo scorre facilmente e richiede meno forza di lavorazione.
- Forgiatura isotermica è uno speciale processo di forgiatura a caldo in cui sia i pezzi da lavorare sia gli stampi vengono mantenuti a una temperatura elevata e costante durante tutta l'operazione.
Questa tecnica è ideale per forgiare materiali difficili e ottenere tolleranze precise.
Pro e contro delle parti forgiate
Vantaggi
Museale
I componenti forgiati possiedono un'eccezionale resistenza alla trazione. Secondo l'Università di Toledo, la resistenza alla trazione dei componenti prodotti mediante forgiatura è superiore del 26% rispetto a quelli prodotti mediante colataInoltre, i pezzi forgiati presentano un'elevata duttilità e rispondono meglio al trattamento termico rispetto ai pezzi prodotti con altri processi.
Forza di fatica
Altri metodi di lavorazione dei metalli riducono le linee di flusso dei grani, mentre il processo di forgiatura mantiene il flusso dei grani. Pertanto, i pezzi forgiati presentano una maggiore resistenza alla fatica, migliorando la durata del prodotto.
velocità di produzione
La forgiatura richiede solo una o poche presse per produrre rapidamente la geometria finale del pezzo. Pertanto, l'efficienza produttiva è relativamente elevata.
Costo degli utensili
Rispetto alla metallurgia delle polveri, lo stampo utilizzato nella forgiatura è relativamente semplice ed economico.
Utilizzo del materiale
Gli scarti rappresentano un problema importante nella lavorazione dei metalli. Questo accade raramente nella forgiatura. Le bave e gli scarti rimasti dal processo di forgiatura possono essere riciclati.
Svantaggi
Limitazioni della complessità della forma
I pezzi forgiati vengono solitamente lavorati in forme semplici.
Necessita di una seconda elaborazione
Molti pezzi forgiati richiedono lavorazioni meccaniche e processi di finitura aggiuntivi per ottenere le dimensioni finali e la finitura superficiale.
Problema ambientale
Alcuni processi di forgiatura richiedono temperature elevate e la combustione del carburante può produrre gas nocivi e inquinare l'ambiente.
Quale processo è adatto ai tuoi progetti?
Ci si deve chiedere quale sia il processo più adatto ai propri progetti. Beh, la risposta è che dipende dal progetto.
La scelta tra metallurgia delle polveri (PM) e forgiatura dipende da vari fattori quali:
- Proprietà desiderate delle parti
- Considerazioni sui costi
- Volume di produzione
- Requisiti specifici dell'applicazione
Se le dimensioni del prodotto sono grandi e i requisiti di resistenza alla fatica e alla resistenza meccanica sono buoni, è possibile dare priorità alla forgiatura.
Per forme complesse e produzioni su larga scala, la metallurgia delle polveri è probabilmente l'opzione migliore. I pezzi realizzati in metallo in polvere hanno generalmente il vantaggio di essere più simili alla forma netta rispetto ai pezzi forgiati.
FAQ
1. Quanto tempo occorre per la produzione di campioni e di massa del processo di forgiatura?
In genere, per produrre stampi e campioni di forgiatura occorrono dalle due alle tre settimane, mentre per la produzione in serie ci vuole circa un mese.
2. Che tipo di polvere bianca si usa nella forgiatura?
La polvere bianca utilizzata nel processo di forgiatura si riferisce al flusso di fusione. Il flusso è una miscela di borace, silice e ossido di ferro, solitamente macinata in polvere fine per l'uso.
La polvere di flusso aiuta a rimuovere impurità e ossidi dalla superficie del metallo fuso.
