粉末冶金与冲压:优势和缺点

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几百年来,冲压技术一直在用冷金属片制作零件。相比之下,粉末冶金工艺甚至更古老,涉及的温度可以达到四位数范围。

与冲压相比,粉末冶金的优势主要在于粉末冶金(PM)能够形成复合材料,net-shape部分.但即使我们承认PM也不是100%的盖章的好选择。

以下是冲压和粉末冶金工艺的优点和缺点,当你把它们放在一起的时候:

粉末冶金与冲压基础知识

粉末金属原料往往是由各种元素混合而成,以达到你所需要的强度、硬度、耐腐蚀性,甚至磁性能的组合。粉末冶金需要将金属粉末在模具中压实成基本成型的形状。然后,“绿色”部件通过烧结炉,在高温下,粉末颗粒之间形成冶金键。

在冲压过程中,制造商在模具上放置一般小于0.25英寸厚的金属薄板。一个冲床下降到板材上,剪切它周围的周长,并产生一个平面,2D空白。

即使只是对每个制造过程的这些基本描述,也可能会让你了解它们各自的表现。现在让我们更深入地看看。

粉末冶金与冲压的优缺点

这些过程有两个共同点:都需要模具塑造成最终部件的几何形状,都可以生产大量产品。那么区别在哪里呢?它们存在于:

  1. 尺寸精度
  2. 质量
  3. 设计的灵活性
  4. 可承受性(每个零件和工具)
  5. 强度
  6. 速度
  7. 废效率

1.精度

这两种工艺生产的剖面具有非常小的零件间可变性。然而,烧结带来了一定程度的尺寸畸变,这使冲压工艺有一个小的优势。还应该注意的是,PM可以产生不止一个二维轮廓;它固有的优势是能够用压实机的一次冲程来制作3D形状。

注意,对于粉末金属组件,重要的是要保持由模具和下压形成的表面尽可能直。在冲压过程中,必须考虑光洁度。许多客户没有意识到在项目管理过程中,你就有可能得到笔直干净的角。

2.质量

这两种工艺都能生产高度一致的部件。冲压可以在金属表面留下痕迹,特别是如果弹头携带在冲床上。

粉末金属零件本身就有气孔。根据您的应用程序,这可能是好事,也可能是坏事。幸运的是,先进的压实技术能把你带到比过去更密集,更少渗透的地方。

事情真正有趣的地方是什么磁性性能。

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F-0000基本上是一种纯铁,烧结碳小于0.03%

*FY-4500 17Y是一种含0.45%磷的纯铁合金

AISI 1008是一种常用的冲压用钢。上图中的粉末金属材料F-0000和FY-4500 17Y显示…

  • 渗透性高(反应快)
  • 矫顽力更低(整体磁性更好)
  • 更高的感应

在给定的应用领域。的强度延伸率也很稳定。

3.设计的灵活性

粉末冶金的商标优势之一就是设计的灵活性。可以从三个方面考虑:

  • 冲压受限于金属坯料如何变形,并受半径、角度和尺寸的限制。粉末金属部件可以在需要的地方用材料“雕刻”出来,只要制造商能成功地将它们从模具中释放出来。再想想3D设计的灵活性。

  • 冲压的一个缺点是边缘质量差。剪切导致变形和开裂的结合,留下不均匀和不美观的边缘。你肯定需要一个二次精加工——这是粉末冶金避免的麻烦。

  • 冲压工艺的另一个缺点是需要一些延展性/低强度的金属。这限制了冲压主要用于低碳钢和铜、铝等有色材料。在PM中,您可以将金属粉末混合到成品部件所需的确切成分。

粉末冶金的一个限制是零件尺寸。对于较高的零件,粉末金属制造商可能难以实现均匀的密度,甚至可能无法将其安装在压实设备中。

4.可承受性(零件和模具)

每个零件的可承受性是冲压工艺的最大优势之一。但是总理并没有你想的那么落后。

警告:这两个过程的成本效率很大程度上取决于项目数量。为你的下一个电动发动机设计制造10个粉末金属定子很少会具有成本效益。你也可以对盖章说同样的话。

如果用冲压工艺制造组件是可行的,那么冲压是一个非常合理、经济的选择。然而,随着带戳记的组件变得越来越复杂,价格会上涨。

如果您的组件很复杂,需要多个模具或一个级进模具,那么模具和生产成本可能会决定这一点粉末金属的效率更高.如果多个冲压件是必须的,额外的夹具和焊接成本使PM更具优势。大多数粉末金属组件只需要一次冲压操作和一套工具。

5.强度

冲压操作的性质一般限制你使用相对低强度的材料如低碳铁或钢。高强度材料容易损坏工具。

冲压件可以通过形成凸肋和其他半径来加强,但材料必须具有一定的延展性。同时,先进的压实技术和独特的材料合金可以制造出一些坚固的粉末金属零件。与冲压不同,PM采用铜和不锈钢合金,这些合金不仅坚固,而且抗腐蚀性能非常好。

6.处理速度

粉末冶金和金属冲压都不是小批量工作的理想选择。

粉末冶金一直是一项大批量生产的技术。如果您订购的部件数量有限,每个部件的交货期可能会让您失望。粉末冶金公司可能要花近一个月的时间才能在内部获得必要的粉末,在那之后你可以增加几周的生产时间。

但当你需要速度的时候除了以上的许多品质,都与粉末冶金有关。虽然它不适合10个零件的订单,但对于10,000个零件的订单来说,它的效率非常高。

为了弥补冲压与粉末金属的许多缺点,有一种特殊类型的冲压称为细冲裁(又名细边冲裁)。这种方法提高了精度、平整度和边缘特性。但这里有一个问题:它患有显著降低生产速度而不是粉末冶金。使用冲裁固有的厚度生产复杂零件的限制比PM要大得多。

7.废效率

如果你是一个环保主义者,你会想把你的眼睛藏在这里。

冲压过程总会留下一大堆未使用的材料。最重要的是,由于原材料的宽度和厚度都是均匀的,它可能不符合毛坯的要求。你的制造商甚至消耗材料夹在模具中的金属板!

是的,你可以回收,但是冲压废料只能收回原始成本的一小部分。

相比之下,粉末冶金过程中的材料使用量约为97%。如有必要,“绿色”契约可以拆开并重复使用。难怪制造商们把粉末冶金称为“绿色技术.”

你的赢家(加上更多资源)

对于来自低碳钢或有色材料的薄金属零件,冲压是快速和经济有效的。当外观很重要或零件需要特殊的强度或磁性,或复杂的特征时,粉末冶金是最重要的。

这一切都取决于项目的需要。你愿意扔掉50%的材料吗?你需要一个更大胆的设计,提高磁性?

当你考虑这些可能性时,看看我们下面的免费电子书。它评估了粉末冶金与机械加工,冲压,铸造,锻造,MIM等的优缺点。不要错过这个机会,去学习没人教你的新技巧!

粉末冶金与竞争方法

主题:粉末冶金设计流程加工


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