La calibratura è una delle operazioni secondarie della metallurgia delle polveri (PM). Consiste nel pressare nuovamente i pezzi sinterizzati per ottenere una maggiore precisione.
Perché farlo?
Questo perché durante il processo di sinterizzazione, il prodotto subisce variazioni dimensionali dovute a dilatazione e contrazione termica. Un altro motivo è che i pezzi richiedono un'elevata precisione di tolleranza, che non può essere ottenuta in un'unica fase.
In questo blog approfondiremo il processo dettagliato di dimensionamento nella metallurgia delle polveri.
Contenuti
Che cosa è la metallurgia delle polveri?
La metallurgia delle polveri è un processo di produzione che utilizza polveri metalliche per produrre componenti precisi e complessi con una lavorazione minima. Il processo di metallurgia delle polveri si compone di quattro fasi: miscelazione delle polveri, compattazione, sinterizzazione e spesso un'operazione secondaria come la calibratura o il trattamento termico.
A differenza dei metodi tradizionali come la fusione o la forgiatura, la metallurgia delle particelle (MP) consente ai produttori di realizzare componenti di forma quasi netta con un elevato utilizzo del materiale (oltre il 95%), tolleranze ristrette ed efficienza dei costi. È ampiamente utilizzata nei settori automobilistico, aerospaziale, industriale e degli utensili elettrici per produrre componenti come ingranaggi, boccole, parti strutturali e filtri con una qualità costante.
Fasi del processo di dimensionamento
Il dimensionamento nella metallurgia delle polveri comprende i seguenti passaggi:
Pre-dimensionamento
Inizia ispezionando completamente ogni parte di metallurgia delle polveri dopo la sinterizzazione e selezionare quelli non non qualificati.
Quindi, per misurazioni esterne o interne più precise, si può valutare l'utilizzo di un micrometro. In alternativa, è possibile utilizzare un misuratore di altezza per misurare le dimensioni critiche.
Progettazione e manutenzione degli stampi
I materiali degli stampi per il processo di dimensionamento sono solitamente acciai per utensili ad alta resistenza, come AISI 4140, C 11 o CPM-10V, che offrono elevata resistenza all'usura e tenacità. Il materiale scelto viene spesso sottoposto a trattamenti termici per aumentarne la durezza e la resistenza.
progettazione di utensili per metallurgia delle polveri Dovrebbero corrispondere alle dimensioni e alle tolleranze finali del prodotto sinterizzato. Assicurarsi di considerare le proprietà del materiale come il ritiro e il ritorno elastico.
Il progetto dello stampo dovrebbe anche includere caratteristiche che facilitino la rimozione dei componenti sinterizzati dallo stampo. Questo aiuta a ridurre al minimo i danni sia ai pezzi che allo stampo. Inoltre, assicuratevi che ci sia un'adeguata ventilazione per consentire all'aria di fuoriuscire durante il processo di dimensionamento.
Per prolungare la durata dello stampo, è possibile adottare le seguenti misure:
- Pulire regolarmente la superficie dello stampo.
- Utilizzare lubrificanti per evitare che le polveri metalliche si attacchino
- L'applicazione di rivestimenti protettivi come il nitruro di titanio può migliorare la durezza superficiale e la resistenza alla corrosione
dimensionamento
Per prima cosa, posizionare il prodotto da dimensionare nello stampo. Avviare la pressa ed esercitare una pressione verticale sul prodotto attraverso il punzone superiore.
Sotto questa pressione, lo strato superficiale del prodotto si deforma, riempiendo la cavità dello stampo e sigillandone i pori superficiali. Una volta completata la pressatura, il punzone inferiore spinge il prodotto fuori dallo stampo. Il prodotto viene quindi rimosso.
Per la calibratura è possibile scegliere tra presse completamente automatiche e semiautomatiche. Generalmente, una pressa di formatura completamente automatica opera a una velocità di 10-20 pezzi al minuto. La pressione massima di queste presse varia da decine a centinaia di kN. Il loro tonnellaggio varia da decine a centinaia di tonnellate.
La pressione applicata è solitamente inferiore a quella utilizzata in processo di compattazioneEd è importante assicurarsi che non sia così elevata da danneggiare lo stampo. Inoltre, il tempo di dimensionamento è generalmente breve, spesso solo pochi secondi. Questo è sufficiente per apportare le modifiche ai componenti senza causare danni o sollecitazioni eccessive.
Controllo di qualità
- Ispezione dimensionale
Una volta completato il processo di dimensionamento, ispezionare le dimensioni del prodotto. Questo viene fatto per garantire che rispetti le dimensioni, la qualità superficiale e le proprietà meccaniche specificate.
A tale scopo, vengono utilizzati strumenti come micrometri e macchine di misura a coordinate (CMM). Se il prodotto non soddisfa i requisiti di precisione, è necessario un processo di dimensionamento secondario o una lavorazione CNC.
- Controllo della finitura superficiale
È possibile ispezionare visivamente la parte crepata. Queste parti potrebbero presentare difetti a causa della pressione eccessiva esercitata durante il processo di dimensionamento.
Vantaggi del processo di dimensionamento
Migliorare la precisione dimensionale
- Tolleranze più strette
Generalmente, parti dopo processo di sinterizzazione può raggiungere una precisione di circa 0.04-0.03 mm. Una precisione maggiore può essere ottenuta tramite dimensionamento, raggiungendo anche una precisione di 0.01 mm.
- variazioni dimensionali inferiori
Il dimensionamento riduce la gamma di variazioni dimensionali, facendo sì che il prodotto corrisponda maggiormente alle dimensioni standard.
- Maggiore coerenza nell'intero lotto
Inoltre, il dimensionamento favorisce il mantenimento di dimensioni e proprietà uniformi nei pezzi prodotti in lotti diversi, contribuendo alla stabilità delle prestazioni del prodotto finito. Può anche aumentare leggermente la resistenza meccanica del pezzo mediante la ristampaggio.
Finitura superficiale migliorata
- Elimina le irregolarità della superficie
Nella metallurgia delle polveri, possono verificarsi irregolarità superficiali dovute all'impaccamento e al riscaldamento delle particelle di polvere. Il processo di calibratura aiuta a livellare queste irregolarità applicando una pressione esterna.
- Riduce la rugosità
La calibratura riduce efficacemente la rugosità compattando le particelle superficiali, ottenendo così una finitura più uniforme e liscia del pezzo.
- Sigillatura superficiale
Inoltre, il dimensionamento contribuisce a realizzare la sigillatura superficiale di boccole impregnate d'olioCompatta la superficie per ridurre la porosità, migliorando la ritenzione dell'olio. Questa superficie più densa non solo trattiene meglio l'olio, garantendo una lubrificazione continua, ma rinforza anche il componente. La sigillatura superficiale viene applicata principalmente ai cuscinetti impregnati d'olio ottenuti tramite metallurgia delle polveri.
Sfide nel processo di dimensionamento
Usura della matrice
L'esposizione ripetuta dello stampo a polveri di metallo duro ne aumenta l'usura, che può compromettere le tolleranze di serraggio e la qualità superficiale del prodotto finale.
Effetto ritorno elastico
Il ritorno elastico si verifica quando un materiale ritorna alla sua forma originale dopo aver rimosso la pressione applicata. Può causare deviazioni delle dimensioni e della forma dei pezzi rispetto a quelle previste. Pertanto, potrebbero essere necessari ulteriori trattamenti o regolazioni post-sagomatura per questa situazione.
Limitazione del materiale
La calibratura non è ideale per alcune polveri metalliche. Ad esempio, la polvere temprata per sinterizzazione (FLC-4608) diventa molto dura dopo la sinterizzazione, spesso superando i 30 HRC. La pressatura di questi materiali duri può causare imprecisioni dimensionali e danni agli stampi.
Attrezzature e strumenti nel processo di dimensionamento
La calibratura è generalmente di due tipi: completamente automatica e semiautomatica. Tutte utilizzano presse meccaniche o idrauliche.
- Dimensionamento completamente automatico
Il dimensionamento completamente automatico è adatto a pezzi piccoli e complessi. Gli strumenti principali sono i seguenti:
- Vassoio di ricezione
Il vassoio di ricezione allinea e organizza i piccoli pezzi nel corretto orientamento prima del dimensionamento.
- Braccio robotico
Il braccio robotico è responsabile del prelievo dei pezzi dalla piastra vibrante e del loro posizionamento nello stampo, nonché della loro rimozione. Ciò riduce gli errori operativi umani e aumenta la produttività.
- Dimensionamento semiautomatico
Per pezzi di grandi dimensioni o ordini a basso volume, i metodi manuali sono più efficaci. In questo modo, gli operatori inseriscono manualmente i pezzi in polvere metallica nello stampo e li estraggono. Il vantaggio di questo metodo è che i costi sono inferiori e può essere flessibile per pezzi di diverse dimensioni. Tuttavia, la produttività è inferiore.
Nelle nostre applicazioni pratiche, il dimensionamento offre numerosi vantaggi, in particolare nel migliorare le tolleranze dei componenti. Tuttavia, il dimensionamento non è ideale per tutti i tipi di componenti. Funziona bene per la lavorazione di una singola dimensione, ma presenta difficoltà con dimensioni multiple.
Per componenti con diametri interni ed esterni regolari, il dimensionamento può effettivamente migliorarne la precisione. Tuttavia, è molto difficile eseguire il dimensionamento per componenti di forma speciale e irregolare, come gli ingranaggi.
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FAQ
Qual è il costo della manodopera per il processo di dimensionamento?
Gli operai gestiscono circa 10-15 pezzi al minuto. In Cina, lo stipendio mensile di un operaio medio si aggira tra i 550 e i 620 dollari. Il costo della manodopera per il dimensionamento di un pezzo è di circa 0.04-0.11 dollari. Pertanto, il dimensionamento è un modo economico per ottenere tolleranze più strette per i componenti.
Gli stampi utilizzati per la calibratura sono gli stessi utilizzati per la compattazione?
No.
Gli stampi per la calibrazione non sono gli stessi utilizzati nella compattazione.
Gli stampi per il processo di compattazione hanno forme più complesse.
Gli stampi di dimensionamento spesso correggono le dimensioni di una singola dimensione del pezzo. Sono progettati specificamente per ottenere tolleranze precise per i pezzi.
Le presse compattatrici sono la stessa cosa delle presse calibratrici?
No.
Le presse compattatrici operano a tonnellaggi più elevati perché devono pressare le polveri metalliche in una massa densa e coerente.
Le presse dimensionali apportano piccole modifiche dimensionali ai pezzi, per cui la forza applicata non deve essere troppo elevata.