Procesul de producție al pieselor auto din metalurgia pulberilor

I. Prezentare generală a procesului și domeniul de aplicare
Piesele auto din metalurgia pulberilor folosesc pulberi metalice ca materie primă de bază. Prin formare, sinterizare și post-procesare, se realizează formarea aproape-net-și fabricarea de-performanță înaltă. Procesul este compact, cu o utilizare ridicată a materialului, ceea ce îl face deosebit de potrivit pentru piese auto de mare-volum, complex structural și-sensibile la costuri. Produsele tipice acoperă motoare, transmisii, șasiu și accesorii pentru caroserie. Utilizarea pe vehicul pe piețele europene și americane este de aproximativ 20 kg, iar această tendință este în continuă creștere. Principalele rute ale procesului includ: prepararea materiilor prime pulberi, amestecarea, presarea, sinterizarea, finisarea/prelucrarea, tratamentul termic și tratarea suprafeței, inspecția și livrarea ambalajelor.

 

II. Pulbere de materie primă și amestecare

• Prepararea pulberii: folosind în primul rând pulberi pe bază de fier-, preparate în mod obișnuit prin atomizare cu apă/gaz, urmată de tratamente de uscare, cernere, recoacere și reducere pentru a reduce conținutul de oxigen/carbon și pentru a îmbunătăți compresibilitatea și consistența. Elementele de aliere pot fi introduse prin pre-aliere sau amestecarea ulterioară a pulberilor.

• Amestecare și pretratare: pulberea de bază este amestecată uniform cu pulberi de aliaj (cum ar fi Cu, Ni, Mo), grafit (C) și lubrifianți solizi (cum ar fi stearat de zinc și ceară de amidă) pentru a asigura o compoziție stabilă și o distribuție a dimensiunii particulelor. Pulberea amestecată trebuie să evite segregarea și oxidarea pentru a asigura consistența lotului.

 

III. Presare și sinterizare

• Presare: Pulberea amestecată este încărcată într-o matriță personalizată și presată unidirecțional sau bidirecțional pe o presă hidraulică. Presiunea tipică de presare a unității este de aproximativ 10–80 MPa, obținându-se un semifabricat verde cu conturul piesei. Formarea trebuie să echilibreze uniformitatea densității, acuratețea dimensională și precizia formei.

• Densificare prin sinterizare: semifabricatul verde este încălzit într-o atmosferă protectoare (cum ar fi N₂/H₂) până la 70%–90% sub punctul de topire al componentelor principale. Intervalul comun de temperatură de sinterizare este de aproximativ 1100–1250 de grade. Creșterea gâtului și contracția porozității sunt realizate prin difuzie la suprafață, difuzie la granițele și curgerea plasticului. Densitatea convențională poate atinge 90%–95% din densitatea teoretică, combinând rezistența și duritatea.

• Metode de îmbunătățire a procesului: pentru a îmbunătăți densitatea și performanța, pot fi introduse tehnologii avansate, cum ar fi turnarea prin compresie la cald (100–300 grade) și turnarea prin compresie cu viteză mare-(HVC) pentru a crește densitatea pieselor pe bază de fier-la aproximativ 7,4–7,5 g/cm³, îmbunătățind semnificativ rezistența. Acesta este potrivit pentru componentele-care poartă sarcini critice, cum ar fi scaunele supapelor, pinioanele, angrenajele și bielele.

 

IV. Traseu de turnare prin injecție (MIM) (potrivit pentru piese mici complexe)

• Pregătirea hranei: pulbere metalică fină (<20 μm) is mixed with polymer binder in an internal mixer, followed by cooling, crushing, and granulation to form a uniform feed.

• Turnare prin injecție: turnarea se realizează într-o fereastră setată de temperatură/presiune/presiune de menținere. Controlul umplerii matriței, ventilației și menținerii presiunii pentru compensarea contracției evită loviturile scurte, liniile de sudură și concentrarea tensiunilor interne.

• Delegare și sinterizare: Liantul este îndepărtat treptat prin etape de solvent/termic/catalitic, urmate de densificare prin sinterizare în vid sau atmosferă inertă. Piesele MIM au o precizie dimensională ridicată, cu toleranțe tipice controlabile cu ±0,3% și unele dimensiuni critice ajungând la ±0,1%.

• Note de aplicabilitate: MIM (Metal Injection Molding) este potrivit pentru forme 3D complexe și caracteristici minuscule, dar are cerințe ridicate pentru investirea matriței, uniformitatea grosimii peretelui și producția de lot. Este utilizat în mod obișnuit pentru carcasele senzorilor, duze, cleme și componente de transmisie mici.

 

V. Post-procesare, inspecție și control al producției în masă

• Post-procesare: în funcție de condițiile de lucru și de cerințele funcționale, finisarea/modarea, prelucrarea (zonele critice de împerechere), tratamentul termic (cementare, călire, revenire, întărire prin sinterizare) și tratamentul suprafeței (acoperire, galvanizare, fosfatare, înnegrire) sunt efectuate pentru a obține duritatea, rezistența, rezistența la uzură și la coroziune. Rulmenții-impregnați cu ulei/piesele cu auto-lubrifiere pot fi imersate-în ulei.

• Inspecție și control al calității: piesele sinterizate se confruntă de obicei cu o contracție liniară de aproximativ 20%, necesitând control prin măsurători dimensionale și poziționale, teste de duritate/densitate și teste ne-distructive. Pentru defecte ascunse, cum ar fi găuri de nisip, zgârieturi și lovituri în pereții interiori ai găurilor, o combinație online de testare cu curenți turbionari și inspecția găurilor interioare cu fibră optică poate fi utilizată pentru a îmbunătăți rata de detectare și eficiența.

• Producția în masă și controlul proceselor: asamblarea pieselor auto urmează de obicei procesele IATF 16949 și APQP/PPAP, stabilind FMEA, planuri de control, SPC/MSA și alte documente de sistem. Verificarea-în buclă închisă este implementată de la eșantionul de scule (OTS) la producția pilot până la producția de masă (SOP) pentru a asigura stabilitatea și trasabilitatea procesului.