فناوری "تولید سبز" - متالورژی پودر
۱. تعریف و اصل
متالورژی پودر یک فناوری فرآیندی برای تهیه پودر فلز یا استفاده از پودر فلز به عنوان ماده اولیه، شکلدهی و تفجوشی، برای تولید مواد فلزی، مواد کامپوزیتی و انواع مختلف محصولات است. فرآیند اساسی آن شامل تهیه پودر، شکلدهی پودر، تفجوشی و عملیات بعدی است. این فناوری از فناوری متالورژی باستانی سرچشمه گرفته است، اما توسعه فناوری متالورژی پودر مدرن از اوایل قرن بیستم آغاز شد و به تدریج به شاخهای مهم از علم مواد و فناوری مهندسی تبدیل شد.
- فرآیند
۱. پودر کردن فرآیند تبدیل مواد خام به پودر است. روشهای پودرسازی رایج شامل روش کاهش اکسید و روش مکانیکی است.
۲. مخلوط کردن فرآیندی است که در آن پودرهای مختلف مورد نیاز با نسبت مشخص مخلوط شده و به صورت پودر خام همگن میشوند. سه نوع وجود دارد: خشک، نیمه خشک و تر که برای نیازهای مختلف استفاده میشوند.
۳. تشکیلفرآیندی است که در آن مخلوط یکنواخت درون یک قالب ریخته شده و با فشار به شکل یک قطعه خام با شکل، اندازه و چگالی مشخص در میآید. روشهای شکلدهی اساساً به شکلدهی تحت فشار و شکلدهی بدون فشار تقسیم میشوند. رایجترین روش شکلدهی تحت فشار، روش فشاری است. قالبگیری.
۴. پخت یک فرآیند کلیدی در متالورژی پودر است. قطعه خام تشکیل شده برای دستیابی به خواص فیزیکی و مکانیکی نهایی مورد نیاز، تف جوشی میشود. تف جوشی به تف جوشی سیستم واحد و تف جوشی سیستم چند جزئی تقسیم میشود. علاوه بر تف جوشی معمولی، فرآیندهای تف جوشی ویژهای مانند تف جوشی آزاد، نفوذ مذاب، پرس گرم و غیره نیز وجود دارد.
۵. پس از پخت عملیات حرارتی میتواند به روشهای مختلفی و با توجه به نیازهای مختلف محصول انجام شود. مانند پرداختکاری، غوطهوری در روغن، ماشینکاری، عملیات حرارتی و آبکاری. علاوه بر این، در سالهای اخیر، برخی فرآیندهای جدید مانند نورد و آهنگری نیز برای فرآوری مواد متالورژی پودر پس از تفجوشی به کار گرفته شدهاند و به نتایج نسبتاً ایدهآلی دست یافتهاند.
۳. سیستم گیرهبندی در روشهای رایج پردازش چرخدنده
از تراشکاری معمولی → فرزکاری چرخدنده → شکلدهی چرخدنده → تراشکاری چرخدنده → تراشکاری سخت → سنگزنی چرخدنده → هونینگ → سوراخکاری → سنگزنی سوراخ داخلی → جوشکاری → اندازهگیری، پیکربندی یک سیستم گیرهبندی مناسب برای این فرآیند از اهمیت ویژهای برخوردار است.
۴. ویژگیهای فرآیند
۱. چگالی محصول را میتوان کنترل کرد، مانند مواد متخلخل، مواد با چگالی بالا و غیره.
۲. دانههای ریز، ریزساختار یکنواخت و عدم جدایش اجزا.
۳. نزدیک به قالبگیری، میزان استفاده از مواد اولیه > ۹۵٪.
4. برش کمتر یا بدون برش، پردازش برش فقط 40٪ ~ 50٪ است.
۵. اجزای مواد قابل کنترل هستند، که این امر برای تهیه مواد کامپوزیتی مفید است.
- مزایا، معایب و کاربردها
مزایا:
- به طور کلی، چرخ دنده های متالورژی پودر فرآیندهای تولید کمتری دارند.
- هنگام تولید چرخ دنده ها با استفاده از متالورژی پودر، میزان استفاده از مواد می تواند به بیش از 95٪ برسد.
- تکرارپذیری چرخدندههای متالورژی پودر بسیار خوب است. از آنجا که چرخدندههای متالورژی پودر با استفاده از قالبها به شکل دلخواه پرس میشوند، در شرایط عادی استفاده، یک جفت قالب میتواند دهها تا صدها هزار قطعه چرخدنده را پرس کند.
- متالورژی پودر میتواند چندین قطعه را در یک قطعه تولید کند.
- چگالی مواد چرخدندههای متالورژی پودر قابل کنترل است.
۶. در تولید متالورژی پودر، به منظور تسهیل در برداشتن قطعه خام از قالب پس از شکلدهی، زبری سطح کار قالب بسیار خوب است.
معایب:
- تولید دستهای مورد نیاز است. به طور کلی، دستههای بیش از ۵۰۰۰ قطعه برای تولید متالورژی پودر مناسبتر هستند.
- اندازه توسط ظرفیت پرس محدود میشود. پرس معمولاً فشارهایی از چند تن تا صدها تن را تحمل میکند و اساساً میتوان قطر را در محدوده ۱۱۰ میلیمتر تولید کرد.
- چرخدندههای متالورژی پودر از نظر ساختار محدود هستند. به دلایل پرسکاری و قالبگیری، معمولاً تولید چرخدندههای حلزونی، جناغی و مارپیچ با زاویه مارپیچ بیشتر از 35 درجه مناسب نیست. معمولاً توصیه میشود دندانههای مارپیچ چرخدندههای مارپیچ در محدوده 15 درجه طراحی شوند.
- ضخامت چرخ دنده های متالورژی پودر محدود است. عمق حفره و کورس پرس باید ۲ تا ۲.۵ برابر ضخامت چرخ دنده باشد. در عین حال، با توجه به یکنواختی چگالی طولی ارتفاع چرخ دنده، ضخامت چرخ دنده متالورژی پودر نیز بسیار مهم است.
کاربردها:
- صنعت خودرو: بسیاری قطعات خودرو با استفاده از فناوری متالورژی پودر تولید میشوند، مانند چرخدندهها، حلقههای هماهنگکننده، قطعات موتور، یاتاقانها، اجزای سیستم ترمز و غیره.
- مهندسی مکانیک: در حوزه مهندسی مکانیک، از متالورژی پودر برای ساخت قطعات مختلف با ساختارهای پیچیده مانند پمپها، شیرها، شاتونها و غیره استفاده میشود.
- صنایع برق و الکترونیک: از فناوری متالورژی پودر میتوان برای تولید اجزای هسته آهنی در تجهیزات الکترومغناطیسی مانند هستههای فریت ترانسفورماتورها و سلفها استفاده کرد.
- هوافضا: به دلیل ویژگیهای چگالی کم، استحکام بالا و پایداری حرارتی خوب قطعات متالورژی پودر، از آنها در حوزه هوافضا مانند ساخت قطعات موتور، قطعات ماهواره و غیره استفاده گستردهای میشود.
به طور خلاصه، متالورژی پودر یک فناوری مهم آمادهسازی مواد با چشماندازهای کاربردی گسترده و مزایای قابل توجه است. با پیشرفت و توسعه مداوم علم و فناوری، فناوری متالورژی پودر به بهبود و نوآوری ادامه خواهد داد و سهم بیشتری در توسعه علم مواد و فناوری مهندسی خواهد داشت.