DFM第2部分:粉末烧结软磁材料冶金

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粉末冶金(PM)材料的不同分支有非常不同的设计考虑。对于PM制造商来说,这是一个不可避免的事实,但对于OEM买家/工程师来说,这是一个艰难的教训。

在粉末冶金中,磁性材料有两个分支。为了简单起见,我们说一个用于直流电磁应用,另一个用于交流。

软磁复合材料(smc)是一个优秀的,节能的选择交流电磁应用。但由于缺乏烧结材料的快速磁响应,因此不适用于直流元件。同样地,烧结软磁材料不适合交流应用,因为它们产生显著的热量和核心损耗。

(如果您的项目需要一台交流机器,请参阅本系列的第1部分,我们在其中进行了探讨可制造性设计用于软磁复合材料。)


我们的“为制造而设计”系列的第2部分将帮助工程师解决直流设置中粉末冶金的局限性,更重要的是,解决粉末冶金的优势。烧结粉末金属零件已证明自己在高性能直流应用,因为他们高渗透性、矫顽力和机械强度。

通过应用正确的材料,以及正确的可制造性设计原则,您可以释放您的部件的潜力。

粉末冶金烧结软磁材料的设计考虑

可制造性设计作为一种方法论,要求工程师考虑从概念到最终装配的实际限制。在烧结软磁元件的情况下,这意味着双方必须了解软磁材料的性能如何影响:

  • 零件磁性粉末冶金
  • 生产流程为您的特定应用程序所必需的
  • 零件力学性能粉末冶金

结合烧结粉末金属的优点和局限性来评估您的需求,确保最终产品的生产效率和在现场的良好表现。同样重要的是,DFM确保生产过程继续进行不间断地或者由于缺陷而损失了时间和金钱。

应用程序

烧结软磁提供快速响应和可定制的性能,这有利于许多直流应用:

  • 螺线管
  • 有刷直流电机的磁定子(磁通回路)
  • 永磁同步电动机转子
  • 几乎任何直流电机,包括无刷直流电机

无论具体的用途是什么,您的个人应用程序需求应该始终处于设计过程的前沿。举个例子,在选择粉末之前,您需要知道应用的频率,因为频率影响磁性性能烧结软磁材料。

一旦我们知道你想怎么做,我们就能帮你比较材料解锁更高级别的性能

形状

在设计可制造性时,组件形状是最重要的考虑因素之一。你们的粉末冶金制造商应该能够帮助你们充分实现粉末冶金固有的净成形能力。这样做,你可以增加价值,创造一个更紧凑的设计,甚至可以减少产品的重量。

粉末冶金是一种从始至终的高效工艺。为粉末冶金优化设计的产品可能不需要任何二次加工。然而,当压实不能捕获产品的精确几何形状时,机械加工提供了一种成本效益高的方法来复制精确的细节。压实后需要加工的一些特性包括:

  • 井间
  • 削弱了
  • 法兰
  • 凹槽

烧结软磁材料的强度足以承受加工,攻丝,钻孔时需要,所以客户可以实现几乎任何可能的产品几何形状。

与用于交流应用的SMC粉末相比,由于烧结软磁粉可以完成复杂的几何形状烧结钎焊和烧结结合.这些工艺,独特的粉末金属,让你减少组装中的零件数量。例如,使用烧结钎焊,可以将非磁性部件连接到磁性部件,将部件的磁性特性限制在某些区域。

您还可以在轴上进行压合,这是不可能的更脆的smc用于交流磁项目。

性能与粉末冶金二次作业

粉末冶金制造的零件,无论烧结与否,其机械性能总是不同于棒材的加工/锻造材料。例如,对于粉末冶金,最大通量是密度的函数。然而,有一些二次过程可以提高烧结软磁的性能,而且它们在烧结部件上比在非烧结部件上更容易执行:

  • 加工在长期生产之前,为原型、钻孔和攻丝——所有这些都很容易在烧结软磁组件上执行。
  • 铁素体气体碳氮共渗在零件表面加入氮和碳,在不影响铁芯磁性的情况下增加表面硬度和耐磨性。
  • 蒸汽处理形成坚硬的表面层,提高耐腐蚀和耐磨性。(这个过程可能对渗透率和感应力有轻微的影响。)
  • 树脂和油浸渍创造自润滑性,密封气孔,并在附加涂层或处理之前保护组件。
  • 分级减少烧结过程中出现的尺寸变化,提高50%的公差限制。
  • 退火是零件加工或定型后的一种重要的二次加工,因为它消除了应力,恢复了软磁性能。

因此,影响性能的不仅仅是材料,还有所使用的制造工艺。你的粉末冶金公司应该从一开始就考虑这些因素,以改善结果和减少意外费用。


均质化定制

烧结软磁材料电阻率图

多亏了超高温烧结(uht)现在,我们可以在高达2500°F的温度下进行烧结。

uhtts对软磁元件有什么影响?

UHTS促进了更大的粒子间扩散,相应增加了渗透性和矫顽力。此外,它方便使用硅作为磁性合金元素,给予更强的磁响应。

这些特性使合金化过程更加高效,为您的产品进一步增加价值。

机械性能如何?UHTS还在以下方面取得了显著改善:

  • 抗拉强度
  • 抗疲劳强度
  • 冲击强度
  • 淬透性


烧结资源中心

DFM在粉末冶金领域具有挑战性,因为它需要彻底了解零件的要求,PM长期被低估的能力,以及烧结磁体的独特性能。为了获得最好(和最快)的结果,工程师应该在设计过程中尽早和供应商沟通,在生产开始之前很久就对他们的部分进行优化。

我们实际上写了粉末冶金设计手册当涉及到高级烧结时,所以想了解更多关于改善烧结部分的指导,下载我们的免费指南:

烧结工程师指南下载

主题:粉末冶金材料设计流程


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