Guida alla progettazione di parti in metallurgia delle polveri

Una progettazione di successo di componenti realizzati con la metallurgia delle polveri (PM) inizia con la comprensione dei limiti del processo e delle proprietà dei materiali. È necessario mantenere uno spessore di parete uniforme, evitare spigoli vivi, includere angoli di sformo adeguati e considerare le prestazioni degli utensili. È fondamentale bilanciare sempre resistenza, producibilità e costi. Un componente PM ben progettato può far risparmiare tempo, ridurre i difetti e prolungare la durata degli utensili. Questa guida alla progettazione di componenti realizzati con la metallurgia delle polveri vi aiuterà a raggiungere questi obiettivi.

Considerazioni progettuali per la metallurgia delle polveri

Limitazione delle dimensioni

Si consiglia di mantenere il rapporto d'aspetto entro 8:1 per parti di metallurgia delle polveri, con diametri non superiori a 250 mm e altezze massime di 200 mm.

Parti multilivello

Per parti a due o più livelli, è necessario utilizzare più punzoni superiori e inferiori, una matrice a scaffale o barre di supporto.

Quando la differenza di altezza tra i livelli è minima, è possibile utilizzare punzoni superiori a gradini e un singolo punzone inferiore. Per differenze di altezza maggiori, è consigliabile invertire il pezzo e utilizzare un punzone superiore e due punzoni inferiori.

L'utilizzo di un solo punzone superiore a gradini per grandi differenze di altezza può causare una densità non uniforme e aumentare il rischio di rottura o fessurazione del punzone.

Sottosquadri

Poiché sia ​​la compattazione che l'espulsione della polvere avvengono lungo un asse verticale, non possono esserci ostacoli nella direzione della pressatura. Pertanto, elementi come sottosquadri e fori trasversali, come mostrato in Figura a, non possono essere ottenuti direttamente mediante pressatura con metallurgia delle polveri e devono essere prodotti tramite lavorazioni secondarie.

La parte mostrata nella Figura b può essere pressata direttamente senza operazioni aggiuntive.

Evitare angoli acuti

Quando si progettano parti in metallurgia delle polveri, è necessario evitare angoli acuti per ridurre le concentrazioni di stress che potrebbero causare la metallurgia delle polveri muore rottura. Allo stesso modo, non si dovrebbero progettare punzoni superiori o inferiori con caratteristiche eccessivamente sottili o taglienti, poiché ciò potrebbe causare la rottura del punzone in caso di elevata pressione di compattazione.

Sostituire invece gli angoli acuti con superfici piane, assicurandosi che la larghezza minima sia di almeno 0.3 mm.

Smussare

L'inclusione di raggi nella progettazione della parte può causare sbavature durante la compattazione e una maggiore utensili per la metallurgia delle polveri costi di produzione. Si consiglia di evitare raggi e di utilizzare invece smussi, in genere con angoli di 30° o 45°.

Si consiglia di impostare una sezione dritta per la smussatura con una larghezza non inferiore a 0.13 mm. Se la densità del verde non è elevata, la sezione dritta può essere omessa e smussata direttamente a 30°.

Se si necessita di caratteristiche arrotondate, è possibile ottenerle dopo la sinterizzazione e prima del trattamento termico mediante finitura vibratoria o lavorazione meccanica.

Spessore parete

Quando il componente realizzato con metallurgia delle polveri ha un rapporto lunghezza-spessore della parete pari o superiore a 8:1, le variazioni di densità diventano inevitabili.

Come regola generale, lo spessore della parete non dovrebbe essere inferiore a 1.52 mm (0.060 pollici).

Si dovrebbe evitare di progettare parti con pareti lunghe e sottili, poiché gli utensili diventano più fragili e hanno una durata più breve.

Fori

È possibile progettare fori lungo la direzione di pressatura in varie forme, ad esempio rotondi, a D, scanalati e con sedi per chiavette, formati utilizzando barre di supporto.

Anche fori ciechi, gradini ciechi e fori conici possono essere facilmente realizzati tramite il processo di pressatura.

Per i pezzi di grandi dimensioni, è possibile integrare fori di alleggerimento per ridurre sia il peso del pezzo sia l'area di pressatura prevista, rendendo più efficiente il processo di compattazione.

Conicità e sformo

• Per le pareti dritte, in genere non è necessaria alcuna corrente d'aria.
• Quando si progettano sezioni coniche, assicurarsi di aggiungere una linea di giunzione dritta di almeno 0.25 mm tra la conicità e la parete della matrice o l'asta centrale. Questo aiuta a evitare che il punzone superiore urti la conicità.
• Se si aggiungono gradini per la flangia, includere una piccola sformità per garantire che i pezzi vengano espulsi senza problemi.
• Se si aggiungono gradini della flangia, sporgenze o svasature realizzate dalla superficie del punzone, prevedere una piccola spoglia sulle pareti laterali per facilitare l'espulsione fluida dei pezzi ed evitare che l'utensile si incastri o che i bordi si scheggino.

Svasatori

Le svasature aggiungono uno smusso attorno ai fori per le teste di viti o bulloni. Quando le si realizza con un punzone in metallurgia delle polveri, è consigliabile includere una superficie piana di circa 0.25 mm per evitare spigoli vivi e proteggere il punzone.

Hub

Un mozzo è la parte centrale di un ingranaggio, di una ruota dentata o di una camma che fornisce resistenza e garantisce il corretto allineamento su un albero. Con la metallurgia delle polveri, è possibile produrre facilmente mozzi, ma ricordate di aggiungere un raccordo generoso tra il mozzo e la flangia per ridurre le sollecitazioni. Inoltre, mantenete una quantità sufficiente di materiale tra il diametro esterno del mozzo e il diametro di base dell'ingranaggio o della ruota dentata per migliorarne la resistenza e la producibilità.

Capo

Quando si forma una borchia, posizionare la cavità nel punzone. Mantenere la profondità della borchia a circa l'85% o meno dell'altezza del pezzo e aggiungere un angolo di spoglia minimo di 12° su ciascun lato per un'espulsione fluida. Se sono necessarie pareti della borchia perpendicolari, utilizzare un punzone speciale con espulsione positiva per evitare che il materiale si attacchi.

Fessure e scanalature

Quando si premono delle scanalature in un componente, posizionare le sporgenze sulla superficie del punzone e restare entro questi limiti in modo che il compatto venga espulso senza problemi:

• Scanalature curve o semicircolari: mantenere la profondità a circa il 20% della lunghezza complessiva del pezzo.
• Scanalature rettangolari: mantenere la profondità a circa il 15% della lunghezza del pezzo, applicare almeno 12° di sformo sulle pareti parallele alla direzione di pressatura e arrotondare ogni angolo.
• Dovresti evitare fessure e scanalature profonde e strette perché richiedono utensili sottili e fragili che possono rompersi sotto alta pressione. Inoltre, la polvere non riempie bene queste aree, causando variazioni di densità, problemi dimensionali e prestazioni inferiori del componente.

Tolleranze tipiche per le parti in metallurgia delle polveri

Proprietà comuni dei materiali PM

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