Tecnología de fabricación ecológica: pulvimetalurgia

1. Definición y principio

La pulvimetalurgia es una tecnología de proceso que permite preparar o utilizar polvo metálico como materia prima, conformarlo y sinterizarlo para fabricar materiales metálicos, materiales compuestos y diversos tipos de productos. Su proceso básico incluye la preparación, el conformado, la sinterización y el tratamiento posterior del polvo. Esta tecnología se originó a partir de la antigua tecnología metalúrgica, pero el desarrollo de la pulvimetalurgia moderna comenzó a principios del siglo XX y se convirtió gradualmente en una rama importante de la ciencia de los materiales y la tecnología de la ingeniería.

1. Proceso

1.PolvoEs el proceso de convertir materias primas en polvo. Los métodos de pulverización más comunes incluyen la reducción de óxido y el método mecánico.

2.MezclaEs el proceso de mezclar diversos polvos necesarios en una proporción determinada y homogeneizarlos para obtener un polvo blanco. Existen tres tipos: seco, semiseco y húmedo, que se utilizan para diferentes requisitos.

3.FormandoEs el proceso de cargar la mezcla uniformemente en un molde y prensarla hasta obtener una pieza en bruto con una forma, tamaño y densidad determinados. Los métodos de conformado se dividen básicamente en conformado a presión y conformado sin presión. El más común en el conformado a presión es el moldeo por compresión.

4.SinterizaciónEs un proceso clave en la pulvimetalurgia. La pieza en bruto formada se sinteriza para obtener las propiedades físicas y mecánicas finales requeridas. La sinterización se divide en sinterización de sistemas unitarios y sinterización de sistemas multicomponentes. Además de la sinterización convencional, existen también procesos especiales como la sinterización suelta, la infiltración en masa fundida, el prensado en caliente, etc.

5.Post-sinterizaciónEl tratamiento puede llevarse a cabo de diversas maneras según los requisitos del producto, como el acabado, la inmersión en aceite, el mecanizado, el tratamiento térmico y la galvanoplastia. Además, en los últimos años, se han aplicado nuevos procesos, como el laminado y el forjado, al procesamiento de materiales pulvimetalúrgicos tras la sinterización, con resultados prácticamente óptimos.

3. Sistema de sujeción en métodos comunes de procesamiento de engranajes

Desde torneado ordinario → tallado de engranajes → conformación de engranajes → afeitado de engranajes → torneado duro → rectificado de engranajes → bruñido → taladrado → rectificado de orificios interiores → soldadura → medición, es particularmente importante configurar un sistema de sujeción adecuado para este proceso.

4. Características del proceso

1. Se puede controlar la densidad del producto, como materiales porosos, materiales de alta densidad, etc.

2. Granos finos, microestructura uniforme y sin segregación de componentes.

3. Cerca del moldeo, tasa de utilización de materia prima > 95%.

4. Menos o ningún corte, el procesamiento de corte es solo del 40% ~ 50%.

5. Los componentes del material son controlables, lo que favorece la preparación de materiales compuestos.

1. Ventajas, desventajas y aplicaciones

Ventajas:

1. Generalmente, los engranajes de pulvimetalurgia tienen menos procesos de fabricación.
2. Al fabricar engranajes mediante pulvimetalurgia, la tasa de utilización del material puede alcanzar más del 95%.
3. La repetibilidad de los engranajes de pulvimetalurgia es muy buena. Dado que estos se moldean mediante moldes, en condiciones normales de uso, un par de moldes puede prensar de decenas a cientos de miles de piezas brutas.
4. La pulvimetalurgia permite fabricar varias piezas en una.
5. La densidad del material de los engranajes de pulvimetalurgia es controlable.

6. En la producción de pulvimetalurgia, para facilitar la extracción de la pieza en bruto de la matriz después del conformado, la rugosidad de la superficie de trabajo de la matriz es muy buena.

Desventajas:

1. Se requiere producción en lotes. Por lo general, los lotes de más de 5000 piezas son más adecuados para la producción pulvimetalúrgica.
2. El tamaño está limitado por la capacidad de prensado de la prensa. Esta generalmente soporta presiones que van desde unas pocas toneladas hasta cientos de toneladas, y el diámetro puede alcanzar los 110 mm.
3. Los engranajes de pulvimetalurgia presentan limitaciones estructurales. Debido a factores como el prensado y el molde, generalmente no es adecuado producir engranajes sinfín, de espiga ni helicoidales con un ángulo de hélice superior a 35°. Se recomienda diseñar los dientes helicoidales de los engranajes helicoidales con un ángulo de hélice inferior a 15°.
4. El espesor de los engranajes de pulvimetalurgia es limitado. La profundidad de la cavidad y la carrera de la prensa deben ser de 2 a 2,5 veces el espesor del engranaje. Asimismo, considerando la uniformidad de la densidad longitudinal de la altura del engranaje, el espesor del engranaje de pulvimetalurgia también es muy importante.

Aplicaciones:

1. Industria automotriz: Muchas piezas de automóviles se fabrican mediante tecnología de pulvimetalurgia, como engranajes, anillos sincronizadores, piezas de motor, cojinetes, componentes del sistema de frenos, etc.
2. Ingeniería mecánica: En el campo de la ingeniería mecánica, la pulvimetalurgia se utiliza para fabricar diversas piezas con estructuras complejas, como bombas, válvulas, bielas, etc.
3. Industrias eléctricas y electrónicas: La tecnología de metalurgia de polvos se puede utilizar para producir componentes con núcleo de hierro en equipos electromagnéticos, como núcleos de ferrita de transformadores e inductores.
4. Aeroespacial: Debido a las características de baja densidad, alta resistencia y buena estabilidad térmica de las piezas de pulvimetalurgia, son ampliamente utilizadas en el campo aeroespacial, como la fabricación de piezas de motores, componentes de satélite, etc.

En resumen, la pulvimetalurgia es una importante tecnología de preparación de materiales con amplias perspectivas de aplicación y ventajas significativas. Con el continuo progreso y desarrollo de la ciencia y la tecnología, la pulvimetalurgia seguirá mejorando e innovando, contribuyendo cada vez más al desarrollo de la ciencia y la ingeniería de materiales.