Procés de producció de peces d'automoció de metal·lúrgia en pols

I. Visió general del procés i àmbit d'aplicació
Les peces d'automoció de la metal·lúrgia en pols utilitzen pols metàl·liques com a matèria primera bàsica. Mitjançant la conformació, la sinterització i el post-processament, s'aconsegueix la formació de forma propera-neta- i la fabricació d'alt-rendiment. El procés és compacte, amb una gran utilització de material, el que el fa especialment adequat per a peces d'automòbils de gran-volum, estructuralment complexes i sensibles- als costos. Els productes típics inclouen motors, transmissions, xassís i accessoris de carrosseria. L'ús per vehicle als mercats europeu i nord-americà és d'aproximadament 20 kg, i aquesta tendència augmenta contínuament. Les principals vies de procés inclouen: preparació de pols de matèries primeres, mescla, premsat, sinterització, acabat/mecanitzat, tractament tèrmic i tractament de superfícies, inspecció i lliurament d'envasos.

 

II. Pols de matèria primera i mescla

• Preparació de pols: utilitzant principalment pols-a base de ferro, que es preparen habitualment per atomització d'aigua/atomització de gas, seguida de tractaments d'assecat, tamisat, recuit i reducció per reduir el contingut d'oxigen/carboni i millorar la compressibilitat i la consistència. Els elements d'aliatge es poden introduir mitjançant pre-aliatge o mescla de pols posterior.

• Mescla i pretractament: la pols base es barreja uniformement amb pols d'aliatge (com ara Cu, Ni, Mo), grafit (C) i lubricants sòlids (com estearat de zinc i cera d'amida) per garantir una composició estable i una distribució de la mida de partícules. La pols barrejada ha d'evitar la segregació i l'oxidació per garantir la consistència del lot.

 

III. Premsat i sinteritzat

• Premsat: La pols barrejada es carrega en un motlle personalitzat i es premsa de manera unidireccional o bidireccional en una premsa hidràulica. La pressió de premsa de la unitat típica és d'aproximadament 10-80 MPa, obtenint un blanc verd amb el contorn de la peça. La formació ha d'equilibrar la uniformitat de la densitat, la precisió dimensional i la precisió de la forma.

• Densificació de sinterització: el blanc verd s'escalfa en una atmosfera protectora (com N₂/H₂) fins a un 70%–90% per sota del punt de fusió dels components principals. El rang de temperatura de sinterització comú és d'aproximadament 1100-1250 graus. El creixement del coll i la contracció de la porositat s'aconsegueixen mitjançant la difusió superficial, la difusió del límit del gra i el flux plàstic. La densitat convencional pot arribar al 90%-95% de la densitat teòrica, combinant força i tenacitat.

• Mètodes de millora del procés: per millorar la densitat i el rendiment, es poden introduir tecnologies avançades com l'emmotllament per compressió calenta (100–300 graus) i l'emmotllament per compressió d'alta velocitat (HVC) per augmentar la densitat de les peces basades en ferro- fins a aproximadament 7,4–7,5 g/cm³, millorant significativament la resistència. Això és adequat per a components de càrrega-crítics com ara seients de vàlvules, pinyons, engranatges i bielles.

 

IV. Ruta d'emmotllament per injecció (MIM) (apte per a peces petites complexes)

• Preparació del pinso: pols metàl·lic fina (<20 μm) is mixed with polymer binder in an internal mixer, followed by cooling, crushing, and granulation to form a uniform feed.

• Emmotllament per injecció: l'emmotllament es realitza dins d'una finestra de temperatura/pressió/pressió de manteniment establerta. El control de l'ompliment, la ventilació i la retenció del motlle per a la compensació de la contracció evita trets curts, línies de soldadura i concentració d'estrès intern.

• Desenganxament i sinterització: l'aglutinant s'elimina gradualment a través d'etapes dissolvents/tèrmiques/catalítiques, seguida d'una densificació mitjançant sinterització en buit o atmosfera inert. Les peces MIM tenen una alta precisió dimensional, amb toleràncies típiques controlables dins del ±0,3% i algunes dimensions crítiques que arriben al ±0,1%.

• Notes d'aplicabilitat: MIM (emmotllament per injecció de metall) és adequat per a formes 3D complexes i característiques minúscules, però té requisits elevats per a la inversió del motlle, la uniformitat del gruix de la paret i la producció per lots. S'utilitza habitualment per a carcasses de sensors, broquets, pinces i components de transmissió petits.

 

V. Post-processament, inspecció i control de producció en massa

• Post-processament: segons les condicions de treball i els requisits funcionals, es realitzen l'acabat/format, el mecanitzat (àrees d'acoblament crítiques), el tractament tèrmic (cementació, trempat, tremp, enduriment per sinterització) i el tractament de superfícies (revestiment, galvanoplastia, fosfatació, ennegriment) per aconseguir la duresa, la resistència, la resistència al desgast i la corrosió. Els coixinets-impregnats d'oli/les peces auto-lubricants es poden submergir-en oli.

• Inspecció i control de qualitat: les peces sinteritzades solen experimentar una contracció lineal d'aproximadament un 20%, que requereixen control mitjançant mesures dimensionals i posicionals, proves de duresa/densitat i proves no-destructives. Per a defectes ocults, com ara forats de sorra, rascades i abollaments a les parets interiors dels forats, es pot utilitzar una combinació en línia de proves de corrent de Foucault i inspecció de forats de fibra òptica per millorar la taxa de detecció i l'eficiència.

• Producció massiva i control de processos: el muntatge de peces d'automoció normalment segueix els processos IATF 16949 i APQP/PPAP, establint FMEA, plans de control, SPC/MSA i altres documents del sistema. La verificació de bucle tancat-s'implementa des de la mostra d'eines (OTS) fins a la producció pilot fins a la producció en massa (SOP) per garantir l'estabilitat i la traçabilitat del procés.