Kapag nagko-customize ng precision ceramic structural parts, ano ang mga karaniwang diskarte sa disenyo para maiwasan ang pag-crack at deformation?

Sa mga advanced na aplikasyon sa pagmamanupaktura at pang-industriya, ang mga precision ceramics (tulad ng alumina, zirconia, silicon nitride, silicon carbide) ay naging kailangang-kailangan na mga pangunahing materyales dahil sa kanilang mataas na tigas, paglaban sa pagsusuot, mataas na temperatura na paglaban at paglaban sa kaagnasan. Gayunpaman, dahil sa likas na mataas na brittleness ng mga ceramic na materyales at ang matinding pag-urong ng volume na kinakaharap sa panahon ng mataas na temperatura na sintering (ang rate ng pag-urong ay karaniwang nasa loob ng 15% sa 25% ), ang disenyo at pagmamanupaktura ng mga bahaging istruktura nito ay lubhang mahirap. Ang hindi makatwiran na disenyo ng istruktura ay kadalasang humahantong sa pag-crack, warping at pagpapapangit ng mga produkto sa panahon ng sintering, machining o aktwal na serbisyo.

Ang gabay na ito ay sistematikong nagbubuod ng pangunahing disenyo ng mga diskarte sa anti-cracking, mga diskarte sa anti-deformation at pagtutugma ng mga pagtutugma ng proseso sa proseso ng pag-customize ng mga precision ceramic na bahagi ng istruktura, na naglalayong tulungan ang mga inhinyero ng disenyo na i-optimize ang istraktura ng produkto, mapabuti ang ani at bawasan ang mga gastos sa produksyon.

1. Tatlong pangunahing punto ng mga katangian ng ceramic na materyal at pagpapasadya

Bago simulan ang anumang proyekto sa pagpapasadya ng ceramic, ang sumusunod na tatlong magkakaugnay na paghihigpit sa mga pangunahing elemento ay dapat suriin mula sa isang pandaigdigang pananaw.

1. Pagpili ng materyal

Tinutukoy ng pisikal at kemikal na mga katangian ng mga materyales ang pinakamataas na limitasyon ng pagganap ng mga bahagi ng istruktura. Inililista ng sumusunod na talahanayan ang mga pangunahing katangian at karaniwang mga sitwasyon ng aplikasyon ng apat na pangunahing precision na ceramic na materyales.

2. Dimensional na katumpakan at machining allowance

• Pagpaparaya sa sintering: Direktang sintered " berdeng katawan " nagiging " hinog na billet " Sa wakas, dahil sa hindi pantay na pag-urong, ang pagpapaubaya ay kadalasang makokontrol lamang sa loob ±1% o ±0.1mm Sa paligid.
• Alawan sa pagtatapos: Para sa napakataas na mga kinakailangan sa katumpakan ng pagtutugma (tulad ng antas ng micron μm ) interface ay dapat isantabi sa panahon ng disenyo 15mm-0.3mm allowance sa paggiling ng brilyante sa paggiling ng gulong.

3. Pagtutugma ng proseso ng paghubog

Piliin ang proseso ayon sa production batch at structural complexity: ang dry pressing ay angkop para sa malalaking dami ng simpleng flat parts; malamig na pagpindot sa isostatic (CIP) Angkop para sa malalaking sukat, bar o tube blangko; ceramic injection molding (CIM) Ito ay angkop para sa tatlong-dimensional na maliliit na bahagi na may lubhang kumplikadong mga istraktura, ngunit ang gastos sa pagbubukas ng amag ay mataas.

2. Mga pangunahing kasanayan sa disenyo para sa anti-cracking at anti-deformation

1. Disenyo ng Kapal ng Wall: Pursuit " ganap na uniporme "

Ang hindi pantay na kapal ng pader ay ang numero unong sanhi ng pag-crack sa mga ceramic na bahagi sa panahon ng sintering at paglamig. Ang thermal expansion at contraction rate ng makapal na bahagi at manipis na bahagi ay iba, na bubuo ng malaking panloob na stress.

• Iwasan ang mga pagkakaiba sa kapal: Subukang panatilihing pare-pareho ang kabuuang kapal ng pader. Kung kailangang may mga pagbabago sa kapal sa istraktura, dapat gamitin ang banayad na paglilipat ng slope at ganap na iwasan 90° ng biglaang pagbabago.
• Proseso ng mga butas sa pagbabawas ng timbang: Para sa mabibigat na solidong bahagi, ang mga blind hollow, sa pamamagitan ng mga butas o back hollowing (grooving) ay dapat na idinisenyo upang mabawasan ang lokal na kapal habang tinitiyak ang mekanikal na lakas.

2. Disenyo ng sulok: buong acute anggulo na bilog ( R pagtutukoy ng anggulo)

Mga keramika na ginawa sa matutulis na sulok " konsentrasyon ng stress " Sobrang sensitive. Ang matalim na panloob o panlabas na mga sulok ay madaling maging mapagkukunan ng mga bitak kapag sumailalim sa thermal shock o mekanikal na stress.

• sa loob / Panlabas na radius ng sulok: Dapat bilugan ang lahat ng sulok at hakbang na paglipat. Magrekomenda ng panloob R ang anggulo ay hindi bababa sa mas malaki kaysa sa 5mm (inirerekomenda R≥1.0mm ). Pinahihintulutan ng espasyo, R Kung mas malaki ang anggulo, mas mahigpit ang istraktura.
• Pagtitipon ng puwang sa pag-clear ng sulok: Kung dapat itong panatilihin dahil sa pangangailangan na tumugma sa mga bahagi ng metal 90° Para sa mga panlabas na kanang anggulo, ang isa ay dapat na idinisenyo sa loob sa panloob na sulok. " Undercut " o " butas na bulag " , ilayo ang lugar na nakakatanggal ng stress mula sa tamang anggulo ng vertex.

3. Disenyo ng butas at gilid: Pigilan ang sintering crack at gilid chipping

Kapag nagbubukas ng mga butas (tulad ng mga butas ng tornilyo at mga butas sa pagbabawas ng timbang) sa mga ceramic na bahagi, ang posisyon at hugis ng mga butas ay may malaking impluwensya sa kalidad ng paghubog.

• Kritikal na gilid ng distansya: Ang distansya mula sa butas sa dingding hanggang sa panlabas na gilid ng ceramic na piraso, pati na rin ang netong distansya sa pagitan ng dalawang butas, ay dapat na mas malaki kaysa sa diameter ng butas. 5 beses. Ang masyadong malapit na distansya ay magiging sanhi ng paghihiwalay ng mahinang bahagi sa magkabilang dulo sa panahon ng pag-urong ng sintering.
• Orifice chamfer: Ang mga pambungad na gilid ng all through at blind vias ay dapat na idinisenyo 45°×0.3mm-0.5mm Chamfer upang maiwasan ang pag-chip sa gilid sa panahon ng kasunod na paggiling o aktwal na pagpupulong.
• Iwasan ang mga hugis na butas: Subukang gumamit ng karaniwang mga bilog na butas. Subukang iwasan ang pagdidisenyo ng mahahabang butas, parisukat na butas o mga espesyal na butas na may matutulis na sulok. Ang ganitong mga butas ay may halatang anisotropy kapag lumiliit at madaling kapitan ng mga micro-crack sa kanilang paligid.

4. Tanggalin ang malalaking patag na ibabaw: labanan ang warping deformation

Dahil sa impluwensya ng gravity, friction at maliit na pagkakaiba sa temperatura ng furnace sa panahon ng sintering, ang malalaki at manipis na mga flat na bahagi ay madaling madaling kapitan ng warping deformation (karaniwang kilala bilang " Bend ng Saging " ).

• Magtakda ng mga stiffener: Ang pagdidisenyo ng cross-shaped, tic-shaped o radial reinforcing ribs sa likod ng flat piece ay maaaring makabuluhang mapabuti ang higpit at i-lock ang direksyon ng pag-urong.
• Lokal na disenyo ng boss: Kung ang isang partikular na eroplano ay kailangang gamitin bilang isang assembly contact surface, huwag gawin ang buong malaking eroplano sa isang high-precision precision contact surface. Ang mga maliliit na lokal na boss ay dapat na idinisenyo sa paligid ng mga butas ng tornilyo o mga key fitting point, at ang ibabaw lamang ng mga boss ay dapat na dinudugin sa panahon ng kasunod na pagtatapos. Hindi lamang ito nakakatipid sa mga gastos sa pagpoproseso, ngunit epektibo ring iniiwasan ang epekto ng pangkalahatang warpage ng eroplano.

5. Symmetrical na disenyo: balanseng sintering tension

Kapag ang mga ceramic na bahagi ay sintered sa pugon, ang puwersa ng pag-urong ay medyo balanse sa lahat ng direksyon. Kung ang istraktura ay lubhang asymmetrical, ito ay hahantong sa hindi balanseng pag-igting at pangkalahatang pagbaluktot.

• Geometric symmetry: Subukang gawin ang mga bahagi ng istruktura na mapanatili ang gitnang simetrya, axis symmetry o hugis symmetry sa isang two-dimensional o three-dimensional na antas.
• Craft tie (craft support beam): Para sa mga asymmetric na hugis ng pambungad (tulad ng C hugis, U (hugis na istraktura), ang isa ay dapat na artipisyal na idinagdag sa pagbubukas sa panahon ng disenyo. " Pansamantalang proseso ng koneksyon beam " , upang mapanatili nito ang isang closed-loop na simetriko na istraktura sa panahon ng sintering. Pagkatapos ng sintering at paggiling, ang pansamantalang sinag ay pinutol ng isang hiwa ng brilyante.

Tatlo. Cheat Sheet para sa Mga Detalye ng Disenyo ng Precision Ceramic Structural Parts

Ang sumusunod na talahanayan ay nagbubuod ng mga maling kasanayan at tamang mga pagtutukoy kapag nagdidisenyo ng precision ceramic structural parts para sa mabilis na sanggunian ng mga inhinyero.

Tandaan: Sa panahon ng aktwal na proseso ng pagbuo ng proyekto, mahigpit na inirerekomendang magsagawa ng manufacturing-oriented na disenyo kasama ang ceramic forward process engineer sa lalong madaling panahon pagkatapos makumpleto ang unang draft ng structural design ( DFM ) pagsusuri upang higit pang ma-optimize ang mga sukat batay sa mga mekanikal na katangian ng partikular na materyal.