Pri prispôsobovaní presných keramických konštrukčných dielov, aké sú bežné konštrukčné techniky na zabránenie praskaniu a deformácii?

V pokročilých výrobných a priemyselných aplikáciách sa presná keramika (ako je oxid hlinitý, zirkón, nitrid kremíka, karbid kremíka) stala nenahraditeľným materiálom jadra vďaka svojej vysokej tvrdosti, odolnosti voči opotrebovaniu, vysokej teplote a odolnosti voči korózii. Avšak kvôli prirodzenej vysokej krehkosti keramických materiálov a silnému objemovému zmršťovaniu, ktorému čelí počas vysokoteplotného spekania (miera zmršťovania je zvyčajne v rámci 15 % do 25 % ), dizajn a výroba jeho konštrukčných častí sú mimoriadne náročné. Iracionálny konštrukčný návrh často vedie k praskaniu, deformácii a deformácii výrobkov počas spekania, obrábania alebo skutočného servisu.

Táto príručka systematicky sumarizuje základné techniky dizajnu proti praskaniu, stratégie proti deformácii a špecifikácie prispôsobenia procesu v procese prispôsobenia presných keramických konštrukčných dielov s cieľom pomôcť konštruktérom optimalizovať štruktúru produktu, zlepšiť výnos a znížiť výrobné náklady.

1. Tri kľúčové body vlastností keramického materiálu a prispôsobenia

Pred začatím akéhokoľvek projektu prispôsobenia keramiky musia byť z globálneho hľadiska preskúmané nasledujúce tri vzájomne sa obmedzujúce základné prvky.

1. Výber materiálu

Fyzikálne a chemické vlastnosti materiálov určujú hornú hranicu výkonu konštrukčných dielov. Nasledujúca tabuľka uvádza základné charakteristiky a typické aplikačné scenáre štyroch bežných presných keramických materiálov.

2. Presnosť rozmerov a prídavok na obrábanie

• Tolerancia spekania: Priamo sintrované " zelené telo " stávať sa " Zrelý predvalok " Napokon, v dôsledku nerovnomerného zmršťovania možno toleranciu zvyčajne kontrolovať iba v rámci ±1 % alebo ±0,1 mm Okolo.
• Príspevok na dokončenie: Pre extrémne vysoké požiadavky na presnosť zhody (ako je úroveň mikrónov μm ) rozhranie musí byť počas návrhu odložené 15 mm - 0,3 mm prídavok na brúsenie diamantového brúsneho kotúča.

3. Prispôsobovanie procesu lisovania

Vyberte proces podľa výrobnej dávky a štrukturálnej zložitosti: suché lisovanie je vhodné pre veľké množstvá jednoduchých plochých dielov; izostatické lisovanie za studena (CIP) Vhodné pre veľké, tyčové alebo rúrkové polotovary; keramické vstrekovanie (CIM) Je vhodný pre trojrozmerné malé diely s extrémne zložitými štruktúrami, ale náklady na otvorenie formy sú vysoké.

2. Základné dizajnérske zručnosti na ochranu proti praskaniu a deformácii

1. Hrúbka steny Dizajn: Prenasledovanie " absolútne jednotný "

Nerovnomerná hrúbka steny je hlavnou príčinou praskania keramických častí počas spekania a chladenia. Rýchlosť tepelnej rozťažnosti a kontrakcie hrubých častí a tenkých častí je rozdielna, čo spôsobí obrovské vnútorné napätie.

• Vyhnite sa rozdielom v hrúbke: Pokúste sa udržať celkovú hrúbku steny konzistentnú. V prípade zmien hrúbky v konštrukcii by sa mali použiť mierne prechody svahov a absolútne sa im vyhnúť 90° náhlych zmien.
• Procesné otvory na zníženie hmotnosti: V prípade ťažkých pevných častí by mali byť slepé otvory, priechodné otvory alebo zadné vyhĺbenie (drážkovanie) navrhnuté tak, aby sa zmenšila lokálna hrúbka a zároveň sa zabezpečila mechanická pevnosť.

2. Rohový dizajn: plný kruh s ostrým uhlom ( R špecifikácia uhla)

Keramika vyrobená na ostrých rohoch " koncentrácia stresu " Mimoriadne citlivý. Ostré vnútorné alebo vonkajšie rohy sa môžu ľahko stať zdrojom trhlín, ak sú vystavené tepelnému šoku alebo mechanickému namáhaniu.

• v rámci / Polomer vonkajšieho rohu: Všetky rohy a prechody stupňov musia byť zaoblené. Odporúčame interné R uhol je aspoň väčší ako 5 mm (odporúčané R≥1,0 mm ). Priestor umožňuje, R Čím väčší je uhol, tým je konštrukcia pevnejšia.
• Montáž drážky na čistenie rohov: Ak sa musí zachovať kvôli potrebe zladiť kovové časti 90° Pre vonkajšie pravé uhly by mal byť jeden navrhnutý smerom dovnútra vo vnútornom rohu. " Podrezanie " alebo " slepá diera " , posuňte oblasť odľahčenia od vrcholu pravého uhla.

3. Dizajn otvorov a hrán: Zabráňte praskaniu pri spekaní a odlamovaniu hrán

Pri otváraní otvorov (ako sú otvory pre skrutky a otvory na zníženie hmotnosti) v keramických dieloch má poloha a tvar otvorov veľký vplyv na kvalitu výlisku.

• Kritická vzdialenosť od okraja: Vzdialenosť od steny otvoru k vonkajšiemu okraju keramického kusu, ako aj čistá vzdialenosť medzi dvoma otvormi, musí byť väčšia ako priemer otvoru. 5 krát. Príliš malá vzdialenosť spôsobí, že slabá oblasť sa počas zmršťovania spekaním oddelí na oboch koncoch.
• Skosenie otvoru: Okraje otvorov všetkých priechodných a slepých priechodov by mali byť navrhnuté 45°×0,3mm-0,5mm Skosenie, aby sa zabránilo vylamovaniu hrán pri následnom brúsení alebo samotnej montáži.
• Vyhnite sa tvarovaným otvorom: Skúste použiť štandardné okrúhle otvory. Snažte sa vyhnúť navrhovaniu dlhých otvorov, štvorcových otvorov alebo špeciálnych otvorov s ostrými rohmi. Takéto otvory majú zjavnú anizotropiu pri zmršťovaní a sú náchylné na mikrotrhlinky okolo nich.

4. Odstráňte veľké ploché povrchy: bojujte proti deformácii deformácie

Vplyvom gravitácie, trenia a malých rozdielov teplôt pece počas spekania sú veľké a tenké ploché diely ľahko náchylné na deformáciu deformácie (bežne známe ako " Banánový ohyb " ).

• Sada výstuh: Navrhnutie krížových, ticovitých alebo radiálnych výstužných rebier na zadnej strane plochého kusu môže výrazne zlepšiť tuhosť a uzamknúť smer zmršťovania.
• Dizajn miestneho šéfa: Ak je potrebné použiť určitú rovinu ako montážnu kontaktnú plochu, nerobte z celej veľkej roviny vysoko presnú kontaktnú plochu. Drobné miestne náliatky by mali byť navrhnuté okolo otvorov pre skrutky alebo kľúčových upevňovacích bodov a pri následnom dokončovaní by sa mal brúsiť iba povrch nálitkov. To nielen šetrí náklady na spracovanie, ale tiež účinne zabraňuje vplyvu celkovej deformácie lietadla.

5. Symetrický dizajn: vyvážené spekacie napätie

Keď sa keramické diely spekajú v peci, sila zmršťovania je vo všetkých smeroch relatívne vyrovnaná. Ak je štruktúra výrazne asymetrická, povedie to k nevyváženému napätiu a celkovému skresleniu.

• Geometrická symetria: Snažte sa, aby konštrukčné časti zachovali stredovú symetriu, osovú symetriu alebo tvarovú symetriu na dvojrozmernej alebo trojrozmernej úrovni.
• Remeselná kravata (nosný nosník remesiel): Pre asymetrické tvary otvorov (ako napr C tvar, U (tvarovaná štruktúra), jeden by mal byť umelo pridaný do otvoru počas projektovania. " Dočasný procesný spojovací nosník " , takže si počas spekania zachováva symetrickú štruktúru s uzavretou slučkou. Po spekaní a brúsení sa dočasný lúč odreže diamantovým plátkom.

Tri. Cheat Sheet pre konštrukčné špecifikácie presných keramických konštrukčných dielov

Nasledujúca tabuľka sumarizuje nesprávne postupy a správne špecifikácie pri navrhovaní presných keramických konštrukčných dielov pre rýchlu orientáciu inžinierov.

Poznámka: Počas skutočného procesu vývoja projektu sa dôrazne odporúča vykonať návrh orientovaný na výrobu s inžinierom keramického procesu čo najskôr po dokončení prvého návrhu konštrukčného návrhu ( DFM ) preskúmanie na ďalšiu optimalizáciu rozmerov na základe mechanických vlastností konkrétneho materiálu.