Hassas seramik yapısal parçaları kişiselleştirirken çatlamayı ve deformasyonu önlemek için yaygın tasarım teknikleri nelerdir?

Gelişmiş imalat ve endüstriyel uygulamalarda hassas seramikler (alümina, zirkonya, silisyum nitrür, silisyum karbür gibi), yüksek sertlikleri, aşınma dirençleri, yüksek sıcaklık dirençleri ve korozyon dirençleri nedeniyle vazgeçilmez çekirdek malzemeleri haline gelmiştir. Bununla birlikte, seramik malzemelerin doğal yüksek kırılganlığı ve yüksek sıcaklıkta sinterleme sırasında karşılaşılan ciddi hacim büzülmeleri nedeniyle (büzülme oranı genellikle %15 için %25 ), yapısal parçalarının tasarımı ve imalatı son derece zorludur. Mantıksız yapısal tasarım sıklıkla sinterleme, işleme veya fiili servis sırasında ürünlerin çatlamasına, eğrilmesine ve deformasyonuna yol açar.

Bu kılavuz, hassas seramik yapısal parçaların özelleştirilmesi sürecindeki temel tasarım çatlama önleme tekniklerini, deformasyon önleme stratejilerini ve süreç eşleştirme spesifikasyonlarını sistematik olarak özetlemekte ve tasarım mühendislerinin ürün yapısını optimize etmesine, verimi artırmasına ve üretim maliyetlerini azaltmasına yardımcı olmayı amaçlamaktadır.

1. Seramik malzeme özellikleri ve kişiselleştirmenin üç önemli noktası

Herhangi bir seramik kişiselleştirme projesine başlamadan önce, aşağıdaki birbirini sınırlayan üç temel unsurun küresel bir perspektiften incelenmesi gerekir.

1. Malzeme seçimi

Malzemelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri yapısal parçaların üst performans limitini belirler. Aşağıdaki tabloda dört ana akım hassas seramik malzemenin temel özellikleri ve tipik uygulama senaryoları listelenmektedir.

2. Boyutsal doğruluk ve işleme payı

• Sinterleme toleransı: Doğrudan sinterlenmiş " yeşil gövde " olmak " Olgun kütük " Son olarak, eşit olmayan büzülme nedeniyle tolerans genellikle yalnızca belirli bir aralıkta kontrol edilebilir. ±%1 veya ±0,1 mm Etrafında.
• Bitirme ödeneği: Son derece yüksek eşleştirme doğruluğu gereksinimleri için (mikron seviyesi gibi) μm ) arayüz tasarım sırasında bir kenara bırakılmalıdır 15 mm-0,3mm elmas taşlama tekerleği taşlama ödeneği.

3. Kalıplama işlemi eşleştirme

Prosesi üretim partisine ve yapısal karmaşıklığa göre seçin: kuru presleme büyük miktarlarda basit düz parçalar için uygundur; soğuk izostatik presleme (CIP) Büyük boyutlu çubuk veya tüp boşlukları için uygundur; seramik enjeksiyon kalıplama (CIM) Son derece karmaşık yapıya sahip üç boyutlu küçük parçalar için uygundur ancak kalıp açma maliyeti yüksektir.

2. Çatlama ve deformasyon önleme için temel tasarım becerileri

1. Duvar Kalınlığı Tasarımı: Takip " kesinlikle tekdüze "

Sinterleme ve soğutma sırasında seramik parçalarda meydana gelen çatlamaların bir numaralı nedeni eşit olmayan duvar kalınlığıdır. Kalın parçaların ve ince parçaların termal genleşme ve büzülme oranları farklıdır ve bu da büyük iç gerilime neden olur.

• Kalınlık eşitsizliklerinden kaçının: Genel duvar kalınlığını tutarlı tutmaya çalışın. Yapıda kalınlık değişikliği olması gerekiyorsa hafif eğim geçişleri kullanılmalı ve kesinlikle kaçınılmalıdır. 90° ani değişikliklerden.
• İşlem ağırlığı azaltma delikleri: Ağır katı parçalar için kör delikler, açık delikler veya arka oyuk açma (kanal açma), mekanik mukavemeti sağlarken yerel kalınlığı azaltacak şekilde tasarlanmalıdır.

2. Köşe tasarımı: tam dar açılı daire ( R açı spesifikasyonu)

Keskin köşelerde üretilen seramikler " stres konsantrasyonu " Son derece hassas. Keskin iç veya dış köşeler, termal şoka veya mekanik gerilime maruz kaldığında kolayca çatlak kaynağı haline gelebilir.

• içinde / Dış köşe yarıçapı: Tüm köşeler ve basamak geçişleri yuvarlatılmış olmalıdır. Dahili öneri R açı en azından daha büyük 5mm (önerilen R≥1,0 mm ). Alan izin veren, R Açı ne kadar büyük olursa yapı o kadar sert olur.
• Köşe temizleme yuvasının montajı: Metal parçaların eşleştirilmesi ihtiyacı nedeniyle muhafaza edilmesi gerekiyorsa 90° Dış dik açılar için iç köşeden içe doğru tasarlanmalıdır. " Alttan kesilmiş " veya " kör delik " , gerilim giderme alanını dik açılı tepe noktasından uzaklaştırın.

3. Delik ve kenar tasarımı: Sinterleme çatlamasını ve kenar ufalanmasını önleyin

Seramik parçalarda delikler (vida delikleri ve ağırlık azaltıcı delikler gibi) açılırken deliklerin konumu ve şekli kalıplama kalitesi üzerinde büyük etkiye sahiptir.

• Kritik kenar mesafesi: Delik duvarından seramik parçanın dış kenarına kadar olan mesafe ve iki delik arasındaki net mesafe, delik çapından büyük olmalıdır. 5 kez. Çok yakın bir mesafe, sinterleme büzülmesi sırasında zayıf alanın her iki uçtan ayrılmasına neden olacaktır.
• Orifis pahı: Tüm geçişlerin ve kör geçişlerin açılma kenarları tasarlanmalıdır. 45°×0,3mm-0,5mm Sonraki taşlama veya fiili montaj sırasında kenar kırılmasını önlemek için pah.
• Şekilli deliklerden kaçının: Standart yuvarlak delikler kullanmaya çalışın. senzun delikler, kare delikler veya keskin köşeli özel delikler tasarlamaktan kaçının. Bu tür delikler büzüldüğünde belirgin bir anizotropiye sahiptir ve etraflarında mikro çatlaklara eğilimlidir.

4. Büyük düz yüzeyleri ortadan kaldırın: çarpık deformasyonla mücadele edin

Yer çekimi etkisi, sürtünme ve sinterleme sırasında fırın sıcaklığındaki küçük farklılıklar nedeniyle, büyük ve ince düz parçalar kolayca eğrilme deformasyonuna (yaygın olarak bilinen adıyla) eğilimlidir. " Muz Kıvrımı " ).

• Sertleştiricileri ayarlayın: Düz parçanın arkasında çapraz şekilli, tik şekilli veya radyal takviye nervürlerinin tasarlanması, sağlamlığı önemli ölçüde artırabilir ve büzülme yönünü kilitleyebilir.
• Yerel patron tasarımı: Belirli bir düzlemin montaj temas yüzeyi olarak kullanılması gerekiyorsa, büyük düzlemin tamamını yüksek hassasiyetli hassas temas yüzeyine dönüştürmeyin. Vida delikleri veya anahtar birleşme noktaları etrafında küçük yerel çıkıntılar tasarlanmalı ve sonraki bitirme işlemi sırasında yalnızca çıkıntıların yüzeyi taşlanmalıdır. Bu yalnızca işleme maliyetlerinden tasarruf etmekle kalmaz, aynı zamanda genel düzlem çarpıklığının etkisini de etkili bir şekilde önler.

5. Simetrik tasarım: dengeli sinterleme gerilimi

Seramik parçalar fırında sinterlendiğinde büzülme kuvveti her yönde nispeten dengelenir. Yapının ileri derecede asimetrik olması dengesiz gerilime ve genel bozulmaya yol açacaktır.

• Geometrik simetri: Yapısal parçaların iki boyutlu veya üç boyutlu düzeyde merkezi simetriyi, eksen simetrisini veya şekil simetrisini korumasını sağlamaya çalışın.
• Zanaat bağı (zanaat destek kirişi): Asimetrik açılma şekilleri için (örneğin C şekil, U (şekilli yapı), tasarım sırasında açıklığa yapay olarak bir tane eklenmelidir. " Geçici proses bağlantı kirişi " Böylece sinterleme sırasında kapalı döngü simetrik yapısını korur. Sinterleme ve taşlamadan sonra geçici kiriş bir elmas dilimle kesilir.

Üç. Hassas Seramik Yapısal Parçaların Tasarım Özellikleri için Kopya Kağıdı

Aşağıdaki tablo, mühendislerin hızlı referans alabilmesi için hassas seramik yapısal parçalar tasarlarken yapılan yanlış uygulamaları ve doğru spesifikasyonları özetlemektedir.

Not: Fiili proje geliştirme süreci sırasında, yapısal tasarımın ilk taslağı tamamlandıktan sonra mümkün olan en kısa sürede seramik ileri proses mühendisi ile imalat odaklı tasarımın yürütülmesi şiddetle tavsiye edilir ( DFM ) belirli malzemenin mekanik özelliklerine göre boyutları daha da optimize etmek için inceleme yapın.