Prilikom prilagođavanja preciznih keramičkih strukturnih dijelova, koje su uobičajene tehnike projektiranja za sprječavanje pucanja i deformacije?

U naprednoj proizvodnji i industrijskim primjenama, precizna keramika (kao što je aluminijev oksid, cirkonijev oksid, silicij nitrid, silicij karbid) postala je nezamjenjiv temeljni materijal zbog svoje visoke tvrdoće, otpornosti na trošenje, otpornosti na visoke temperature i otpornosti na koroziju. Međutim, zbog inherentne visoke krtosti keramičkih materijala i velikog volumenskog skupljanja s kojim se suočavamo tijekom visokotemperaturnog sinteriranja (stopa skupljanja je obično unutar 15% do 25% ), projektiranje i proizvodnja njegovih strukturnih dijelova iznimno su zahtjevni. Neracionalni strukturni dizajn često dovodi do pucanja, savijanja i deformacije proizvoda tijekom sinteriranja, strojne obrade ili stvarne upotrebe.

Ovaj vodič sustavno sažima osnovne tehnike dizajna protiv pucanja, strategije protiv deformacija i specifikacije usklađivanja procesa u procesu prilagođavanja preciznih keramičkih strukturnih dijelova, s ciljem pomoći inženjerima dizajna da optimiziraju strukturu proizvoda, poboljšaju prinos i smanje troškove proizvodnje.

1. Tri ključne točke svojstava keramičkih materijala i prilagodbe

Prije započinjanja bilo kakvog projekta prilagođavanja keramike, sljedeća tri ključna elementa koja se međusobno ograničavaju moraju se ispitati iz globalne perspektive.

1. Izbor materijala

Fizikalna i kemijska svojstva materijala određuju gornju granicu učinkovitosti konstrukcijskih dijelova. Sljedeća tablica navodi osnovne karakteristike i tipične scenarije primjene četiri glavna precizna keramička materijala.

2. Točnost dimenzija i dopuštenje za obradu

• Tolerancija sinteriranja: Izravno sinterirano " zeleno tijelo " postajanje " Zrela gredica " Konačno, zbog neravnomjernog skupljanja, tolerancija se obično može kontrolirati samo unutar ±1% ili ±0,1 mm Okolo.
• Dodatak za završnu obradu: Za iznimno visoke zahtjeve točnosti podudaranja (kao što je mikronska razina μm ) sučelje se mora ostaviti po strani tijekom projektiranja 15 mm-0,3 mm dijamantna brusna ploča brušenje dodatak.

3. Usklađivanje procesa kalupljenja

Odaberite postupak prema proizvodnoj seriji i strukturnoj složenosti: suho prešanje je prikladno za velike količine jednostavnih ravnih dijelova; hladno izostatičko prešanje (CIP) Prikladno za velike veličine, poluge ili cijevi; injekcijsko prešanje keramike (CIM) Pogodan je za trodimenzionalne male dijelove s iznimno složenim strukturama, ali je trošak otvaranja kalupa visok.

2. Temeljne vještine dizajna za sprječavanje pucanja i deformacije

1. Dizajn debljine stijenke: Potraga " apsolutno jednoličan "

Nejednaka debljina stjenke glavni je uzrok pucanja keramičkih dijelova tijekom sinteriranja i hlađenja. Stope toplinskog širenja i skupljanja debelih i tankih dijelova su različite, što će stvoriti ogroman unutarnji stres.

• Izbjegavajte razlike u debljini: Pokušajte zadržati ukupnu debljinu stijenke dosljednom. Ako moraju postojati promjene debljine konstrukcije, treba koristiti blage prijelaze padina i apsolutno ih izbjegavati 90° naglih promjena.
• Rupe za smanjenje težine procesa: Za teške čvrste dijelove, slijepe rupe, prolazne rupe ili stražnje udubljenje (žljebljenje) treba projektirati kako bi se smanjila lokalna debljina uz osiguranje mehaničke čvrstoće.

2. Dizajn kuta: krug punog oštrog kuta ( R specifikacija kuta)

Keramika proizvedena na oštrim kutovima " koncentracija naprezanja " Izuzetno osjetljiv. Oštri unutarnji ili vanjski kutovi lako mogu postati izvor pukotina kada su izloženi toplinskom udaru ili mehaničkom naprezanju.

• unutar / Polumjer vanjskog kuta: Svi kutovi i prijelazi koraka moraju biti zaobljeni. Preporuka unutarnje R kut je barem veći od 5 mm (preporučeno R≥1,0 mm ). Ako prostor dopušta, R Što je veći kut, to je struktura čvršća.
• Sastavljanje utora za čišćenje kuta: Ako se mora zadržati zbog potrebe slaganja metalnih dijelova 90° Za vanjske prave kutove treba dizajnirati prema unutra u unutarnjem kutu. " Undercut " ili " slijepa rupa " , pomaknite područje za smanjenje naprezanja od vrha pravog kuta.

3. Dizajn rupa i rubova: Sprječava pucanje tijekom sinteriranja i pucanje rubova

Kod otvaranja rupa (kao što su rupe za vijke i rupe za smanjenje težine) u keramičkim dijelovima, položaj i oblik rupa imaju veliki utjecaj na kvalitetu kalupljenja.

• Kritična udaljenost ruba: Udaljenost od stijenke rupe do vanjskog ruba keramičkog komada, kao i neto udaljenost između dvije rupe, moraju biti veći od promjera rupe. 5 puta. Prevelika udaljenost uzrokovat će razdvajanje slabog područja na oba kraja tijekom skupljanja pri sinteriranju.
• Iskošeni otvor: Rubovi otvaranja svih prolaznih i slijepih otvora trebaju biti dizajnirani 45°×0,3 mm-0,5 mm Iskošenje za sprječavanje pucanja rubova tijekom naknadnog brušenja ili stvarnog sastavljanja.
• Izbjegavajte oblikovane rupe: Pokušajte koristiti standardne okrugle rupe. Pokušajte izbjeći dizajn dugih rupa, četvrtastih rupa ili posebnih rupa s oštrim kutovima. Takve rupe imaju očitu anizotropiju pri skupljanju i sklone su mikropukotinama oko sebe.

4. Uklonite velike ravne površine: borite se protiv deformacije savijanja

Zbog utjecaja gravitacije, trenja i malih razlika u temperaturi peći tijekom sinteriranja, veliki i tanki ravni dijelovi lako su skloni deformaciji savijanja (opće poznato kao " Banana Bend " ).

• Postavite učvršćivače: Projektiranje rebara za ojačanje u obliku križa, u obliku tiksa ili radijalnih na stražnjoj strani ravnog komada može značajno poboljšati krutost i blokirati smjer skupljanja.
• Dizajn lokalnog šefa: Ako se određena ravnina treba koristiti kao kontaktna površina sklopa, nemojte cijelu veliku ravninu pretvarati u preciznu kontaktnu površinu visoke preciznosti. Sićušne lokalne izbočine treba dizajnirati oko rupa za vijke ili ključnih točaka za postavljanje, a samo površinu izbočina treba brusiti tijekom naknadne završne obrade. Ovo ne samo da štedi troškove obrade, već i učinkovito izbjegava utjecaj ukupne deformacije ravnine.

5. Simetričan dizajn: uravnotežena napetost sinteriranja

Kada se keramički dijelovi sinteriraju u peći, sila skupljanja je relativno uravnotežena u svim smjerovima. Ako je struktura jako asimetrična, to će dovesti do neuravnotežene napetosti i ukupnog izobličenja.

• Geometrijska simetrija: Pokušajte postići da strukturni dijelovi zadrže središnju simetriju, simetriju osi ili simetriju oblika na dvodimenzionalnoj ili trodimenzionalnoj razini.
• Zanatska vezica (potporna greda za obrt): Za asimetrične oblike otvora (kao što je C oblik, U (oblikovana struktura), jedan treba umjetno dodati otvoru tijekom projektiranja. " Greda za privremenu procesnu vezu " , tako da održava simetričnu strukturu zatvorene petlje tijekom sinteriranja. Nakon sinteriranja i brušenja, privremena greda se odreže dijamantnom kriškom.

Tri. Cheat Sheet za specifikacije dizajna preciznih keramičkih strukturnih dijelova

Sljedeća tablica sažima pogrešne postupke i ispravne specifikacije pri projektiranju preciznih keramičkih strukturnih dijelova za brzu referencu inženjera.

Napomena: Tijekom stvarnog procesa razvoja projekta, snažno se preporučuje da se provede dizajn orijentiran na proizvodnju s inženjerom za proces keramike što je prije moguće nakon što je dovršen prvi nacrt konstrukcijskog dizajna ( DFM ) pregled radi daljnje optimizacije dimenzija na temelju mehaničkih svojstava specifičnog materijala.