Când personalizați piesele structurale ceramice de precizie, care sunt tehnicile comune de proiectare pentru a preveni fisurarea și deformarea?

În producția avansată și aplicațiile industriale, ceramica de precizie (cum ar fi alumina, zirconia, nitrura de siliciu, carbura de siliciu) au devenit materiale de bază indispensabile datorită durității ridicate, rezistenței la uzură, rezistenței la temperaturi ridicate și rezistenței la coroziune. Cu toate acestea, din cauza fragilității ridicate inerente a materialelor ceramice și a contracției severe de volum cu care se confruntă în timpul sinterizării la temperatură înaltă (rata de contracție este, de obicei, în 15% la 25% ), proiectarea și fabricarea pieselor sale structurale sunt extrem de dificile. Proiectarea structurală irațională duce adesea la fisurare, deformare și deformare a produselor în timpul sinterizării, prelucrării sau exploatării efective.

Acest ghid rezumă sistematic tehnicile de proiectare de bază anti-fisurare, strategiile anti-deformare și specificațiile de potrivire a procesului în procesul de personalizare a pieselor structurale ceramice de precizie, având ca scop să-i ajute pe inginerii de proiectare să optimizeze structura produsului, să îmbunătățească randamentul și să reducă costurile de producție.

1. Trei puncte cheie ale proprietăților și personalizării materialului ceramic

Înainte de a începe orice proiect de personalizare ceramică, următoarele trei elemente de bază care se restrâng reciproc trebuie examinate dintr-o perspectivă globală.

1. Alegerea materialului

Proprietățile fizice și chimice ale materialelor determină limita superioară de performanță a pieselor structurale. Următorul tabel listează caracteristicile de bază și scenariile tipice de aplicare a celor patru materiale ceramice de precizie.

2. Precizie dimensională și alocație de prelucrare

• Toleranta la sinterizare: Sinterizat direct " corp verde " devenind " Tagle coapte " În cele din urmă, din cauza contracției inegale, toleranța poate fi de obicei controlată numai în interior ±1% sau ±0,1 mm În jur.
• Indemnizație de finisare: Pentru cerințe de precizie de potrivire extrem de ridicate (cum ar fi nivelul de microni μm ) interfața trebuie lăsată deoparte în timpul proiectării 15 mm-0,3 mm alocația de șlefuire a roții de șlefuit cu diamante.

3. Potrivirea procesului de turnare

Selectați procesul în funcție de lotul de producție și complexitatea structurală: presarea uscată este potrivită pentru cantități mari de piese plate simple; presare izostatică la rece (CIP) Potrivit pentru semifabricate de dimensiuni mari, bare sau tuburi; turnare prin injecție ceramică (CIM) Este potrivit pentru piese mici tridimensionale cu structuri extrem de complexe, dar costul deschiderii matriței este mare.

2. Abilități de proiectare de bază pentru anti-fisurare și anti-deformare

1. Grosimea peretelui Design: Urmarire " absolut uniformă "

Grosimea neuniformă a peretelui este cauza numărul unu a fisurilor pieselor ceramice în timpul sinterizării și răcirii. Ratele de dilatare și contracție termică ale pieselor groase și ale părților subțiri sunt diferite, ceea ce va genera stres intern uriaș.

• Evitați diferențele de grosime: Încercați să păstrați consistentă grosimea peretelui. Dacă trebuie să apară modificări ale grosimii structurii, trebuie folosite tranziții ușoare de pantă și evitate absolut 90° de schimbări bruște.
• Găuri de reducere a greutății procesului: Pentru piesele solide grele, găurile oarbe, găurile traversante sau scobirea în spate (canelare) ar trebui proiectate pentru a reduce grosimea locală, asigurând în același timp rezistența mecanică.

2. Design colț: cerc complet cu unghi ascuțit ( R specificația unghiului)

Ceramica produsă la colțuri ascuțite " concentrarea stresului " Extrem de sensibil. Colțurile interioare sau externe ascuțite pot deveni cu ușurință sursa de fisuri atunci când sunt supuse la șoc termic sau la solicitări mecanice.

• înăuntrul / Raza colțului extern: Toate colțurile și tranzițiile treptelor trebuie să fie rotunjite. Recomand intern R unghiul este cel puțin mai mare decât 5mm (recomandat R≥1,0 mm ). dacă spațiul permite, R Cu cât unghiul este mai mare, cu atât structura este mai rigidă.
• Asamblarea fantei de curățare a colțului: Dacă trebuie păstrat din cauza necesității potrivirii pieselor metalice 90° Pentru unghiurile drepte externe, unul ar trebui să fie proiectat spre interior la colțul interior. " Undercut " sau " gaura oarba " , mutați zona de reducere a tensiunii departe de vârful unghiului drept.

3. Design găuri și margini: Preveniți fisurarea prin sinterizare și ciobirea marginilor

La deschiderea găurilor (cum ar fi găurile pentru șuruburi și găurile de reducere a greutății) în piesele ceramice, poziția și forma găurilor au o mare influență asupra calității turnării.

• Distanța la marginea critică: Distanța de la peretele găurii până la marginea exterioară a piesei ceramice, precum și distanța netă dintre cele două găuri, trebuie să fie mai mare decât diametrul găurii. 5 ori. O distanță prea mică va face ca zona slabă să fie despărțită la ambele capete în timpul contracției prin sinterizare.
• Teșirea orificiului: Marginile de deschidere ale orificiilor traversante și oarbe ar trebui proiectate 45°×0,3 mm-0,5 mm Teșire pentru a preveni așchierea marginilor în timpul șlefuirii ulterioare sau a asamblarii efective.
• Evitați găurile în formă: Încercați să utilizați găuri rotunde standard. Încercați să evitați să proiectați găuri lungi, găuri pătrate sau găuri speciale cu colțuri ascuțite. Astfel de găuri au o anizotropie evidentă atunci când se micșorează și sunt predispuse la micro-fisuri în jurul lor.

4. Eliminați suprafețele mari plane: combateți deformarea deformată

Datorită influenței gravitației, frecării și micilor diferențe de temperatură a cuptorului în timpul sinterizării, piesele plate mari și subțiri sunt ușor predispuse la deformarea deformată (cunoscută în mod obișnuit ca " Banana Bend " ).

• Setați rigidizări: Proiectarea nervurilor de armare în formă de cruce, în formă de tic sau radiale pe spatele piesei plate poate îmbunătăți semnificativ rigiditatea și bloca direcția de contracție.
• Design sef local: Dacă un anumit plan trebuie utilizat ca suprafață de contact a ansamblului, nu transformați întregul plan mare într-o suprafață de contact de înaltă precizie. Bosele locale mici trebuie proiectate în jurul găurilor pentru șuruburi sau punctelor de fixare a cheilor și numai suprafața boșajelor trebuie șlefuită în timpul finisării ulterioare. Acest lucru nu numai că economisește costurile de procesare, ci și evită efectiv impactul deformarii globale a planului.

5. Design simetric: tensiune de sinterizare echilibrată

Când piesele ceramice sunt sinterizate în cuptor, forța de contracție este relativ echilibrată în toate direcțiile. Dacă structura este sever asimetrică, va duce la o tensiune dezechilibrată și o distorsiune generală.

• Simetrie geometrică: Încercați să faceți ca părțile structurale să mențină simetria centrală, simetria axelor sau simetria formei la un nivel bidimensional sau tridimensional.
• Cravată de artizanat (grindă de sprijin pentru artizanat): Pentru forme de deschidere asimetrice (cum ar fi C forma, U (structură în formă), una ar trebui adăugată artificial la deschidere în timpul proiectării. " Grinda de conectare temporară la proces " , astfel încât să mențină o structură simetrică în buclă închisă în timpul sinterizării. După sinterizare și măcinare, fasciculul temporar este tăiat cu o felie de diamant.

Trei. Cheat Sheet pentru specificațiile de proiectare ale pieselor structurale ceramice de precizie

Următorul tabel rezumă practicile greșite și specificațiile corecte atunci când se proiectează piesele structurale ceramice de precizie pentru o referire rapidă de către ingineri.

Notă: În timpul procesului propriu-zis de dezvoltare a proiectului, se recomandă insistent să se efectueze proiectarea orientată spre producție cu inginerul de proces de ceramică înainte cât mai curând posibil după finalizarea primului proiect al proiectului structural ( DFM ) revizuire pentru a optimiza în continuare dimensiunile pe baza proprietăților mecanice ale materialului specific.