पाउडर धातु विज्ञान (पी / एम) भागों की मशीनिंग काटना

ऑटोमोटिव पावर सिस्टम के लिए भागों के निर्माण के लिए पाउडर धातु विज्ञान (पी / एम) प्रक्रिया का उपयोग बढ़ता जा रहा है। पी/एम प्रक्रिया द्वारा निर्मित पुर्जों के कई महत्वपूर्ण और अनूठे फायदे हैं। इन भागों में जानबूझकर छोड़ी गई अवशिष्ट छिद्रपूर्ण संरचना स्वयं स्नेहन और ध्वनि इन्सुलेशन के लिए अच्छी है। जटिल मिश्र धातु जो पारंपरिक कास्टिंग प्रक्रिया द्वारा निर्माण करना मुश्किल या असंभव है, पी / एम तकनीक का उपयोग करके उत्पादित किया जा सकता है। इस तकनीक द्वारा निर्मित भागों में आमतौर पर बहुत कम या कोई प्रसंस्करण क्षमता नहीं होती है, जो उन्हें सस्ता और सामग्री में कम अपशिष्ट बनाती है। दुर्भाग्य से, इन विशेषताओं के आकर्षण के पीछे, पी / एम भागों को मशीन करना मुश्किल है।

हालांकि पी / एम उद्योग के मूल इरादों में से एक सभी प्रसंस्करण को खत्म करना है, यह लक्ष्य अभी तक हासिल नहीं हुआ है। अधिकांश भाग केवल "अंतिम आकार के करीब" हो सकते हैं और अभी भी कुछ परिष्करण की आवश्यकता है।

हालांकि, कास्टिंग और फोर्जिंग की तुलना में, पी / एम भागों से हटाने के लिए आवश्यक सामग्री की एक छोटी मात्रा एक विशिष्ट पहनने के लिए प्रतिरोधी सामग्री है।

झरझरा संरचना उन विशेषताओं में से एक है जो पी / एम भागों को उपयोग की एक विस्तृत श्रृंखला बनाती है, लेकिन उपकरण जीवन भी झरझरा संरचना से क्षतिग्रस्त हो जाएगा। झरझरा संरचना तेल और ध्वनि को स्टोर कर सकती है, लेकिन यह सूक्ष्म आंतरायिक काटने की ओर भी ले जाती है। छेद से ठोस कणों तक आगे और पीछे जाने पर, टूल टिप लगातार प्रभावित होती है, जिससे बहुत कम थकान फ्रैक्चर विरूपण और काटने के किनारे के साथ ठीक किनारे का पतन हो सकता है। मामले को बदतर बनाने के लिए, कण आमतौर पर बहुत कठिन होते हैं। भले ही मापी गई सामग्री की मैक्रो कठोरता 20 और 35 डिग्री के बीच हो, घटक का कण आकार 60 डिग्री जितना अधिक होता है। ये कठोर कण गंभीर और तेज धार पहनने का कारण बनते हैं। कई पी / एम भागों गर्मी उपचार योग्य हैं, और गर्मी उपचार के बाद सामग्री की कठोरता और ताकत अधिक होती है। अंत में, सिंटरिंग और गर्मी उपचार तकनीक और उपयोग की जाने वाली गैसों के कारण, सामग्री की सतह में कठोर और पहनने के लिए प्रतिरोधी ऑक्साइड और / या कार्बाइड होंगे।

पी / एम भागों का प्रदर्शन

मशीनेबिलिटी सहित पी / एम भागों के अधिकांश गुण न केवल मिश्र धातु की रासायनिक संरचना से संबंधित हैं, बल्कि झरझरा संरचना के छिद्र स्तर से भी संबंधित हैं। कई संरचनात्मक भागों की सरंध्रता 15% 20% तक होती है। निस्पंदन उपकरणों के रूप में उपयोग किए जाने वाले भागों की सरंध्रता 50% जितनी अधिक हो सकती है। श्रृंखला के दूसरे छोर पर, जाली या कूल्हे के हिस्सों की सरंध्रता केवल 1% या उससे कम है। ऑटोमोटिव और एयरक्राफ्ट अनुप्रयोगों में ये सामग्रियां विशेष रूप से महत्वपूर्ण होती जा रही हैं क्योंकि वे उच्च स्तर की ताकत हासिल कर सकते हैं।
घनत्व में वृद्धि के साथ पी / एम मिश्र धातु की तन्यता ताकत, क्रूरता और लचीलापन बढ़ जाएगा, और मशीनीकरण में भी सुधार हो सकता है, क्योंकि छिद्र उपकरण टिप के लिए हानिकारक है।
सरंध्रता के स्तर में वृद्धि से भागों के ध्वनि इन्सुलेशन प्रदर्शन में सुधार हो सकता है। मानक भागों में भिगोना दोलन पी / एम भागों में काफी कम हो जाता है, जो मशीन टूल्स, एयर कंडीशनिंग ब्लोपाइप और वायवीय उपकरणों के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। स्व-चिकनाई वाले गियर के लिए उच्च सरंध्रता भी आवश्यक है।

मशीनिंग में कठिनाइयाँ

यद्यपि पी / एम उद्योग के निरंतर विकास के लक्ष्यों में से एक मशीनिंग को खत्म करना है, और पी / एम प्रक्रिया का एक मुख्य आकर्षण यह है कि केवल थोड़ी मात्रा में प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है, कई भागों को अभी भी प्राप्त करने के लिए उपचार के बाद की आवश्यकता होती है उच्च सटीकता या बेहतर सतह खत्म। दुर्भाग्य से, इन भागों की मशीनिंग अत्यंत कठिन है। जिन समस्याओं का सामना करना पड़ता है उनमें से अधिकांश सरंध्रता के कारण होती हैं। सरंध्रता से अत्याधुनिक की सूक्ष्म थकान होती है। काटने की धार लगातार अंदर और बाहर कट रही है। यह कणों और छिद्रों के बीच से गुजरता है। बार-बार छोटे प्रभाव से काटने के किनारे पर छोटी-छोटी दरारें पड़ जाती हैं।

ये थकान दरारें तब तक बढ़ती हैं जब तक कि अत्याधुनिक टूट नहीं जाता। इस तरह का माइक्रो चिपिंग एज आमतौर पर बहुत छोटा होता है, और आमतौर पर सामान्य अपघर्षक पहनने को दर्शाता है।
सरंध्रता पी / एम भागों की तापीय चालकता को भी कम कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप अत्याधुनिक पर उच्च तापमान होता है और क्रेटर पहनने और विरूपण का कारण बनता है। आंतरिक रूप से जुड़ी झरझरा संरचना काटने वाले क्षेत्र से तरल पदार्थ के निर्वहन के लिए एक मार्ग प्रदान करती है। यह विशेष रूप से ड्रिलिंग में गर्म दरारें या विरूपण का कारण बन सकता है।

आंतरिक झरझरा संरचना के कारण सतह क्षेत्र में वृद्धि से गर्मी उपचार के दौरान ऑक्सीकरण और / या कार्बोनाइजेशन भी होता है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, ये ऑक्साइड और कार्बाइड कठोर और पहनने के लिए प्रतिरोधी हैं।

झरझरा संरचना भाग कठोरता पढ़ने की विफलता भी देती है, जो अत्यंत महत्वपूर्ण है। जब पी / एम भाग की मैक्रो कठोरता को जानबूझकर मापा जाता है, तो इसमें छेद कठोरता का कारक शामिल होता है। झरझरा संरचना संरचना के पतन की ओर ले जाती है और अपेक्षाकृत नरम भागों की गलत छाप देती है। कण अधिक कठिन होते हैं। जैसा कि ऊपर वर्णित है, अंतर नाटकीय है।

पीएम भागों में समावेशन का अस्तित्व भी नुकसानदेह है। मशीनिंग के दौरान, इन कणों को सतह से ऊपर खींच लिया जाएगा, और उपकरण के सामने रगड़ने पर भाग की सतह पर खरोंच या खरोंच बन जाएगी। ये समावेशन आमतौर पर बड़े होते हैं, जिससे भाग की सतह पर दिखाई देने वाले छेद हो जाते हैं।

कार्बन सामग्री का अंतर मशीनीयता की असंगति की ओर जाता है। उदाहरण के लिए, fc0208 मिश्र धातु की कार्बन सामग्री 0.6% से 0.9% तक होती है। 0.9% कार्बन सामग्री वाली सामग्री का एक बैच अपेक्षाकृत कठिन होता है, जिसके परिणामस्वरूप खराब उपकरण जीवन होता है। 0.6% कार्बन सामग्री वाली सामग्रियों के अन्य बैच में उत्कृष्ट उपकरण जीवन है। दोनों मिश्र स्वीकार्य सीमा के भीतर हैं।

अंतिम मशीनिंग समस्या पी / एम भाग पर होने वाली कटिंग के प्रकार से संबंधित है। चूंकि भाग अंतिम आकार के करीब है, इसलिए काटने की गहराई आमतौर पर बहुत उथली होती है। इसके लिए फ्री कटिंग एज की जरूरत होती है। अत्याधुनिक पर चिप बनने से अक्सर माइक्रो चिपिंग हो जाती है।

प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी

इन समस्याओं को दूर करने के लिए, कई तकनीकों (उद्योग के लिए अद्वितीय) को लागू किया जाता है। सतह झरझरा संरचना अक्सर घुसपैठ से सील कर दी जाती है। आमतौर पर अतिरिक्त मुफ्त कटिंग की आवश्यकता होती है। हाल ही में, गर्मी उपचार के दौरान पाउडर की सफाई बढ़ाने और ऑक्साइड और कार्बाइड को कम करने के लिए डिज़ाइन की गई उन्नत पाउडर उत्पादन तकनीकों का उपयोग किया गया है।

बंद सतह झरझरा संरचना धातु (आमतौर पर तांबा) या बहुलक घुसपैठ द्वारा पूरी की जाती है। यह अनुमान लगाया गया है कि घुसपैठ स्नेहक के रूप में कार्य करता है। अधिकांश प्रायोगिक आंकड़ों से पता चलता है कि वास्तविक लाभ सतह की छिद्रपूर्ण संरचना को बंद करने और इस प्रकार अत्याधुनिक की सूक्ष्म थकान को रोकने में निहित है। बकबक को कम करने से टूल लाइफ और सरफेस फिनिश में सुधार होता है। घुसपैठ का सबसे नाटकीय उपयोग झरझरा संरचना बंद होने पर उपकरण जीवन में 200% की वृद्धि दर्शाता है।

MNS, s, MoS2, MgSiO3 और BN जैसे योजक उपकरण जीवन को बढ़ाने के लिए जाने जाते हैं। ये एडिटिव्स चिप्स को वर्कपीस से अलग करना, चिप्स को तोड़ना, चिप बिल्ड-अप को रोकना और कटिंग एज को लुब्रिकेट करना आसान बनाकर मशीनेबिलिटी में सुधार करते हैं। एडिटिव्स की मात्रा बढ़ाने से मशीनेबिलिटी में सुधार हो सकता है, लेकिन ताकत और क्रूरता कम हो सकती है।

सिंटरिंग और हीट ट्रीटमेंट फर्नेस गैस को नियंत्रित करने के लिए पाउडर परमाणुकरण तकनीक स्वच्छ पाउडर और भागों का उत्पादन करना संभव बनाती है, जो समावेशन और सतह ऑक्साइड कार्बाइड की घटना को कम करता है।

उपकरण सामग्री

पी / एम उद्योग में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले उपकरण वे सामग्री हैं जो अच्छी सतह खत्म होने की स्थिति में पहनने के लिए प्रतिरोधी, किनारे की दरार प्रतिरोधी और चिप मुक्त हैं। ये विशेषताएं किसी भी मशीनिंग ऑपरेशन के लिए उपयोगी हैं, खासकर पी / एम भागों के लिए। इस श्रेणी में शामिल उपकरण सामग्री क्यूबिक बोरान नाइट्राइड (सीबीएन) उपकरण, अनकोटेड और कोटेड सेरमेट्स और बेहतर कोटेड सिंटर्ड सीमेंटेड कार्बाइड हैं।

CBN उपकरण अपनी उच्च कठोरता और पहनने के प्रतिरोध के कारण आकर्षक हैं। 45 और उससे अधिक की रॉकवेल कठोरता वाले स्टील और कास्ट आयरन के प्रसंस्करण में इस उपकरण का उपयोग कई वर्षों से किया जा रहा है। हालांकि, पी / एम मिश्र धातु के अद्वितीय गुणों और माइक्रोहार्डनेस और मैक्रोहार्डनेस के बीच महत्वपूर्ण अंतर के कारण, सीबीएन टूल्स का उपयोग पी / एम भागों के लिए 25 की रॉकवेल कठोरता के साथ किया जा सकता है। मुख्य पैरामीटर कणों की कठोरता है। जब कणों की कठोरता रॉकवेल 50 डिग्री से अधिक हो जाती है, तो मैक्रो कठोरता मूल्य की परवाह किए बिना सीबीएन उपकरण उपलब्ध होते हैं। इन उपकरणों की स्पष्ट सीमा उनकी कठोरता की कमी है। रुक-रुक कर काटने या उच्च सरंध्रता के मामले में, नेगेटिव चम्फरिंग और हैवी ऑनिंग सहित एज रीइन्फोर्समेंट आवश्यक है। सिंपल लाइट कटिंग को ऑनरेड कटिंग एज से किया जा सकता है।

सीबीएन की कई सामग्रियां हैं जो प्रभावी हैं। सबसे अच्छी क्रूरता वाली सामग्री मुख्य रूप से पूरे सीबीएन से बनी होती है। उनके पास उत्कृष्ट क्रूरता है, इसलिए उनका उपयोग खुरदरापन के लिए किया जा सकता है। उनकी सीमाएं आमतौर पर सतह खत्म करने से संबंधित होती हैं। यह काफी हद तक व्यक्तिगत सीबीएन कणों द्वारा निर्धारित किया जाता है जो उपकरण बनाते हैं। जब कण अत्याधुनिक से गिरते हैं, तो वे वर्कपीस सामग्री की सतह को प्रभावित करेंगे। हालांकि, यह इतना गंभीर नहीं है कि सूक्ष्म कण उपकरण एक कण से गिर जाए।

आमतौर पर उपयोग की जाने वाली CBN सामग्री में CBN और मध्यम कण आकार की उच्च सामग्री होती है। सीबीएन परिष्करण ब्लेड ठीक अनाज है, और सीबीएन सामग्री कम है। वे सबसे प्रभावी होते हैं जब प्रकाश काटने और सतह खत्म करने की आवश्यकता होती है या जब मिश्र धातु को संसाधित किया जा रहा है विशेष रूप से कठिन होता है।

कई काटने वाले अनुप्रयोगों में, उपकरण जीवन सामग्री प्रकार से स्वतंत्र होता है। दूसरे शब्दों में, कोई भी CBN सामग्री समान उपकरण जीवन प्राप्त कर सकती है। इन मामलों में, सामग्री का चयन मुख्य रूप से प्रत्येक अत्याधुनिक की न्यूनतम लागत पर आधारित होता है। एक गोल ब्लेड में पूरी CBN शीर्ष सतह होती है और यह चार या अधिक काटने वाले किनारे प्रदान कर सकती है, जो कि चार जड़े हुए CBN ब्लेड से सस्ता होता है।

जब पी / एम भागों की कठोरता रॉकवेल 35 डिग्री से कम होती है, और कणों की कठोरता सीमा के भीतर होती है, तो सेरमेट आमतौर पर विकल्पों में से एक होता है। Cermets बहुत कठिन हैं, चिप निर्माण को प्रभावी ढंग से रोक सकते हैं और उच्च गति का सामना कर सकते हैं। इसके अलावा, क्योंकि cermets हमेशा स्टील और स्टेनलेस स्टील की उच्च गति और फिनिश मशीनिंग के लिए उपयोग किया जाता है, उनके पास आमतौर पर गठित भागों के करीब के लिए उपयुक्त आदर्श ज्यामितीय खांचे होते हैं।

आज के cermets धातु विज्ञान में जटिल हैं, जिसमें 11 मिश्र धातु तत्व हैं। वे आमतौर पर TiCN कणों और Ni Mo चिपकने से पापी होते हैं। TiCN कठोरता, चिप बिल्ड-अप प्रतिरोध और रासायनिक स्थिरता प्रदान करता है जो कि cermets के सफल उपयोग के लिए महत्वपूर्ण हैं। इसके अलावा, इन उपकरणों में आमतौर पर एक उच्च चिपकने वाली सामग्री होती है, जिसका अर्थ है कि उनके पास अच्छी क्रूरता है। एक शब्द में, उनके पास पी / एम मिश्र धातु को प्रभावी ढंग से संसाधित करने की सभी विशेषताएं हैं। कई प्रकार के cermets प्रभावी होते हैं, जैसे टंगस्टन कार्बाइड sintered पुख्ता कार्बाइड, बाइंडर की सामग्री जितनी अधिक होगी, उतनी ही बेहतर क्रूरता होगी।

एक ज्ञात अपेक्षाकृत नया विकास यह है कि मध्यम तापमान रासायनिक वाष्प जमाव (mtcvd) भी P / M उद्योग के लिए एक लाभ प्रदान करता है। एमटीसीवीडी पारंपरिक रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) के सभी पहनने के प्रतिरोध और क्रेटर पहनने के प्रतिरोध को बरकरार रखता है, लेकिन निष्पक्ष रूप से कठोरता में भी सुधार करता है। कठोरता की वृद्धि मुख्य रूप से दरारों की कमी से आती है। कोटिंग को उच्च तापमान पर जमा किया जाता है और फिर भट्टी में ठंडा किया जाता है। असंगत थर्मल विस्तार के कारण उपकरण कमरे के तापमान तक पहुंचने पर कोटिंग में दरारें होती हैं। फ्लैट कांच पर खरोंच के समान, ये दरारें काटने वाले किनारे की ताकत को कम करती हैं। एमटीसीवीडी का कम जमाव तापमान कम दरार आवृत्ति और अत्याधुनिक की बेहतर क्रूरता की ओर जाता है।

जब सीवीडी कोटिंग और एमटीसीवीडी कोटिंग के सब्सट्रेट में समान विशेषताएं और एज ड्रेसिंग होती है, तो उनकी कठोरता का अंतर प्रदर्शित किया जा सकता है। जब उन अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है जहां किनारे की कठोरता की आवश्यकता होती है, तो एमटीसीवीडी कोटिंग का प्रदर्शन सीवीडी कोटिंग की तुलना में बेहतर होता है। विश्लेषण के माध्यम से, जब छिद्रपूर्ण संरचना वाले पी / एम भागों को मशीनिंग करते हैं, तो किनारे की कठोरता महत्वपूर्ण होती है। एमटीसीवीडी कोटिंग सीवीडी कोटिंग से बेहतर है।

भौतिक वाष्प जमाव (PVD) कोटिंग mtcvd या CVD कोटिंग की तुलना में पतली और कम पहनने वाली प्रतिरोधी है। हालांकि, पीवीडी कोटिंग आवेदन में महत्वपूर्ण प्रभाव का सामना कर सकती है। पीवीडी कोटिंग तब प्रभावी होती है जब कटिंग अपघर्षक पहनने वाली होती है, सीबीएन और सेरमेट बहुत भंगुर होते हैं और उत्कृष्ट सतह खत्म की आवश्यकता होती है।

उदाहरण के लिए, C-2 सीमेंटेड कार्बाइड की कटिंग एज को fc0205 180 मीटर / मिनट की लाइन स्पीड और 0.15 मिमी / रेवोल्यूशन की फीड रेट से मशीनीकृत किया जा सकता है। मशीनिंग 20 भागों के बाद, चिप बिल्ड-अप सूक्ष्म पतन का कारण बन सकता है। जब पीवीडी टाइटेनियम नाइट्राइड (टिन) कोटिंग का उपयोग किया जाता है, तो चिप बिल्ड-अप को रोक दिया जाता है और उपकरण का जीवन लंबा हो जाता है। जब इस परीक्षण के लिए टिन कोटिंग का उपयोग किया जाता है, तो पी / एम भागों के अपघर्षक पहनने की विशेषताओं के टीआईसीएन कोटिंग के साथ अधिक प्रभावी होने की उम्मीद है। TiCN में टिन के समान चिप बिल्ड-अप प्रतिरोध है, लेकिन यह टिन की तुलना में कठिन और अधिक पहनने के लिए प्रतिरोधी है।

झरझरा संरचना महत्वपूर्ण है और यह fc0208 मिश्र धातु की मशीनीयता को प्रभावित करती है। जब झरझरा संरचना और विशेषताओं में परिवर्तन होता है, तो विभिन्न उपकरण सामग्री संबंधित लाभ प्रदान करती है। जब घनत्व कम होता है (6.4g/cm3), तो मैक्रोहार्डनेस कम होता है। इस मामले में, mtcvd कोटेड सीमेंटेड कार्बाइड बेहतरीन टूल लाइफ प्रदान करता है। अत्याधुनिक की सूक्ष्म थकान बहुत महत्वपूर्ण है, और किनारे की कठोरता बहुत महत्वपूर्ण है। इस मामले में, एक अच्छा क्रूरता सिरमेट ब्लेड अधिकतम उपकरण जीवन प्रदान करता है।

6.8g/cm3 के घनत्व के साथ एक ही मिश्र धातु का उत्पादन करते समय, किनारे की दरार की तुलना में अपघर्षक पहनना अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है। इस मामले में, एमटीसीवीडी कोटिंग सर्वोत्तम उपकरण जीवन प्रदान करती है। पीवीडी लेपित सीमेंटेड कार्बाइड का उपयोग दो प्रकार के अत्यंत कठोर भागों का परीक्षण करने के लिए किया जाता है, और जब यह अत्याधुनिक को छूता है तो यह टूट जाता है।

जब गति बढ़ती है (रैखिक गति 300 मीटर प्रति मिनट से अधिक होती है), सेरमेट और यहां तक ​​कि लेपित सेरमेट भी क्रेटर वियर का उत्पादन करेंगे। लेपित सीमेंटेड कार्बाइड अधिक उपयुक्त है, खासकर जब लेपित सीमेंटेड कार्बाइड की अत्याधुनिक कठोरता अच्छी हो। Mtcvd कोटिंग कोबाल्ट समृद्ध क्षेत्र के साथ सीमेंटेड कार्बाइड के लिए विशेष रूप से प्रभावी है।

सेरमेट्स का इस्तेमाल आमतौर पर टर्निंग और बोरिंग में किया जाता है। पीवीडी कोटेड सीमेंटेड कार्बाइड थ्रेड मशीनिंग के लिए आदर्श हैं क्योंकि कम गति और बिल्ड-अप पर अधिक ध्यान देने की उम्मीद की जा सकती है।

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