要在任何制造设计中提高性能或成本效率的标准，首先必须学习基础知识。
举个例子，如果你想替换一个结构使用粉末金属组件加工、冲压或锻造的零件，您需要考虑广泛的可制造性设计(DFM)调整。有很多粉末金属零件供应商应该问你的问题在生产之前——你应该问供应商同样多的问题。
粉末冶金(PM)结构件的可能性有多大?你会感到惊讶，但如果你不先了解基本知识，你永远都不会知道。
把这当做你的粉末冶金快速参考设计手册用于结构件。只要记住有许多例外的规则粉末冶金…
结构粉末金属零件的基础
是什么造就了一个结构件?
在粉末金属设计中，由于优先级(强度和耐久性与磁性)的明显差异，结构部件的指导方针与磁性部件相比具有重大差异。
(如果您的PM部件要求高磁性，请参考本系列中的其他条目:
同样，与锻造和冲压等其他工艺相比，粉末冶金作为一个整体具有独特的设计考虑。无论你是通过什么途径来达到这个目的的，粉末冶金制造的结构件的关键机械性能是:
- 抗拉强度——能承受因承载载荷而产生的压缩和拉伸应力的能力。需要这种特性的部件包括键槽、压缩配件和固定螺栓。
- 抗疲劳性——长期抗重复使用压力应用的耐力。容易发生这种情况的部件包括齿轮齿、连杆和减震器导杆。
- 耐腐蚀性——使用错误的材料或涂层，你的零件可能会生锈和散架。典型的轮毂是一个典型的例子，因为它们承受了道路盐、海盐和其他水分的冲击。
- 硬度/耐磨性——对于任何部件相互摩擦或其他部件摩擦的应用都很重要。许多类型的齿轮要求高硬度，由于他们的不断滑动运动。
- 伸长,抗损伤能力和承受过度压力的能力。尤其是今天的先进烧结技术可以获得与常规PM热处理材料相同的屈服强度，但伸长率有所提高。
结构粉末金属部件的可制造性设计考虑因素
确定了目标属性后，您就可以将注意力集中在最有效和最高效的方法上。
在结构应用中，请注意这七个参数影响零件质量和成本。在最坏的情况下，忽略PM设计准则可能意味着您的模型甚至不能生产。
- 负载条件下
- 大小
- 壁厚
- 公差
- 功能的可生产性
- 环境
- 原型设计
1.负载条件下
客户将如何使用你的部分和整体产品?你对性能的期望是什么?
这个DFM步骤包括检查您对静态强度和循环应力耐久性的需求。
在粉末冶金中，这是典型的疲劳极限为抗拉强度的35%。在抗拉强度为150,000 psi的部件中，疲劳极限约为52,500 psi。
一些人仍然抱有误解，认为粉末金属零件在重型使用中不能很好地发挥作用。事实上，只要有一点创造性思维，PM甚至可以满足最苛刻的应用程序。加强PM部件强度的选项包括：
- 热处理
- 喷丸强化及其他表面致密化技术
2.大小
平面面积(构件横截面的表面积)是DFM中最重要的测量。今天，零件要求的平面表面超过16平方。在。通常以多组件程序集结束。否则，制造商无法压缩你的零件。
PM还带有其他维度需求，尽管这些需求在某种程度上取决于单个部分。由于模具填充的要求，它可以具有挑战性的零件形成超过3英寸长按方向。金属粉末通常有2:1的压实比，所以如果你有一个3英寸的零件，你至少需要一个6英寸的粉末柱来创建所需的形状。
这些是有价值的一般准则，但要记住，粉末冶金设计的规则每天都在被打破。最有能力的金属零件制造商愿意在零件到零件的基础上考虑最小和最大尺寸。如果有疑问，可以向有超越传统技术经验的供应商咨询。
3.壁厚
考虑到其对结构件的重要性，壁厚值得单独提及。
粉末冶金工艺通常包括0.06-0.08"最小厚度。根据部件的几何形状，如果对应用程序至关重要，一些墙壁可以逐渐变细成更小的横截面。
当考虑更薄的截面时，工程师应该记住薄=脆弱。避免设计又长又薄的墙壁——它们需要的工具同样脆弱，容易断裂。在热处理过程中，薄零件比厚零件更容易变形。
在长壁厚比超过8:1的部件中，密度变化是个问题。同样，如果你有特殊的厚度需求，请咨询专家。
4.尺寸公差
与旧的看法相反，粉末冶金工艺是可行的与其他金属成形方法的公差相当。不过，与任何金属制造工艺一样，您的公差应该是不要太紧。
就其本身而言，粉末金属工艺是一种具有成本效益的成形方法，用于许多需要严格公差的复杂形状。但如果你需要紧一点呃公差，制造商可以提高精度通过增加操作，如尺寸，加工，或磨削。
根据材料和工艺选择，您可能需要咨询制造商其他公差考虑因素。如果你正在制造一个对强度要求很高的部件，它需要热处理吗?这可能会影响耐受性。
5.功能的可生产性
我们之前做过一个类比，粉末金属就像蛋糕糊。你把面糊放在你需要的地方，而不是从已经烤好的蛋糕上切一小片(参见:机加工)。
不仅仅是首相近净成形能力节省废料成本很棒;它还使大多数物理特性易于添加到组件上。独特的几何形状，通孔和多层都在您的掌握之中。
以下是一些常见功能的可行性快照:
- 井间——在按压方向上，这些可以是圆形或d形，并且可以包括键槽、样条等。许多孔的位置可能是在成型过程中或通过加工之后。
- 削弱了——切垂直于压方向是不可能的，因为他们防止弹射从模具。
- 法兰,小步骤或悬垂可能通过加工。过大的法兰会引起弹射问题。
- 槽槽——弯曲凹槽的深度必须在零件总长度的20%以内，而矩形凹槽的深度必须在15%以内。深、窄的特征需要易碎的模具;尽可能避免使用。
金属粉末工业联合会粉末金属设计指南是一个很好的参考什么能做什么不能做。请注意，当使用传统PM时，大多数特征是通过二次加工添加的，这将略微增加生产成本。
6.最终使用环境
化学物质、摩擦和其他环境因素可能会把设计“想要”变成“需要”。
在保密协议保密的时代，重要的是与制造商沟通尽可能多的最终用途细节。你的角色每天要面对什么样的逆境?它需要什么样的保护?
你的组件是:
- 在石油?
- 仅次于公路盐还是海盐?
- 加压?
仅仅说“我需要一个耐用的零件”是不够的，因为“耐久性”在制造业中有多重含义。
针对腐蚀耐久性，PM制造商通常通过二级工艺添加保护。最常见的有镀锌及蒸汽处理，但也有其他可供选择的方法，这取决于你需要的保护水平。
7.原型设计
金属零件原型制作的方式因制造商而异。决定因素应该是成本和设计的复杂性。
用粉末冶金制造零件原型有三种方法。这些选择的存在，使您可以以最具成本效益的方式验证您的设计。
选项#1:从空白加工
从粉末金属坯料(又名slug)中进行原型设计，将产生一个性能类似于生产级压缩组件的测试组件。
这意味着你将得到一个均匀密度的部分，这在理论上听起来很棒，但如果密度对你的项目很重要，这可能是一个问题。由于在实际生产过程中可能不会出现均匀密度(参见提示#3)，您可能希望制造商在原型制作过程中测试多个密度。
除了这个怪癖，从一个PM空白加工是小批量原型(1-50个部件)的最佳选择。
选择#2:混合pm加工
中间选择是从一组包含特定特征的工具中压缩零件，然后烧结。冷却后，操作人员加工剩下的部件。
制造商倾向于增加压实后的特性包括:
- 内径样条函数
- 齿轮齿
- 中心
选项#3:全面PM
最后一个选择遵循粉末冶金的所有常用步骤，试图模拟大规模生产的结果。压实机从一套工具形成整个设计，然后进行烧结。
这个选项是最适合更高的原型量(50+)或当部件配置简单时。这是耗时最长、成本最高的原型制作方法，但也是最可靠的方法。
神秘的方法?
有一个隐藏的，第四种方法来原型结构粉末金属组件：3 d打印技术(又名增材制造)。
今天，3D打印的PM原型是唯一可行的要验证几何图形的特定应用程序。增材制造的用途正在慢慢扩大，因此结构PM和AM可能是更好的原型设计。
建立新的效率基础
通过遵循下面的7条指导原则，你将以更低的成本更快地完成你的项目。更好的是，您将通过先进粉末冶金的独特功能解锁您的设计潜力。
记住，在粉末冶金中，指导方针只是指导方针。许多所谓的项目管理规则也有例外。大多数东西都是“可制造的”……这只是你的应用程序需要什么和你的预算目标的问题。
如果你有关于调整设计以适应可制造性的问题，或者你的项目是否能成功地“改变规则”的问题，请点击下面的链接来询问工程师。
