ساخت قالب متالورژی پودر

با افزایش فشار شکل دهی، به دلیل وجود اصطکاک دیواره قالب و پودر، بیرون اندازی توده پودر فشرده شده مشکل تر می شود. لذا برای کم کردن سایش قالب و سهولت بیرون اندازی قطعه از روان کاری استفاده می گردد. ساخت قالب متالورژی پودر باید به گونه ای انجام شود که ابزار متحمل حداقل سایش باشند.

روش های ساخت قالب متالورژی پودر به منظور فشرده سازی

ساخت قالب متالورژی پودر به منظور فشرده سازی بسته به نوع فرآیند، حجم تولید و هزینه موجود روش های گوناگونی دارد که در ادامه به اختصار شرح داده می شوند.

فشرده سازی در قالب صلب

این فرآیند به دلیل هزینه پایین یکی از پر استفاده ترین فرآیند های متالورژی پودر است. در ساخت قالب برای این فرآیند از یک قالب با حفره و دو سنبه، یکی در بالا و دیگری در پایین قالب استفاده می گردد. سنبه پایینی در هنگام ریختن پودر در موقعیتی قرار می گیرد که پودر بخش مرکزی محفظه قالب را پر نماید. به این منظور پس از پر شدن قالب، سنبه پایینی قدری پایینتر رفته و سنبه بالایی نیز به درون قالب وارد می شود.

شکل دهی در فشارهای بالا با سایش دیواره قالب همراه است و بمنظور افزایش عمر ابزارها، ساخت قالب متالورژی پودر برای این فرآیند معمولا با استفاده از ابزارهای ساخته شده از فولاد ابزار یا کاربید سمانته انجام می شود.اصلی ترین مساله در ساخت قالب به روش فشرده سازی در قالب صلب اصطکاک بین پودر و جداره قالب است که باعث میرا شدن فشار در عمق توده پودر و ناهمگنی ساختار قطعه می شود.

فرآیند پرس ایزواستاتیک

در ساخت قالب متالورژی پودر برای فرآیند پرس ایزواستاتیک از قالبی انعطاف پذیر با شکل معین استفاده می شود. انتقال فشار به پودر توسط جامدات، مایعات یا گازها می تواند انجام شود. این فرآیند با توجه به دما دو دسته بندی مجزا دارد:

1. پرس ایزواستاتیک سرد ( در دمای محیط)
2. پرس ایزواستاتیک گرم

در روش سرد پودر فقط فشرده می شود و به طور مجدد باید دوباره حرارت داده شود اما در روش گرم فشرده شدن به صورت همزمان با حرارت دادن انجام می شود. دو مزیت مهم فشار ایزواستاتیک که موجب همگن تر شدن ساختار پودر فشرده شده با این روش می شوند، نبود اصطکاک بین پودر و قالب و اعمال فشار یکنواخت حول پودر است. این دو مزیت موجب یکنواختی اعمال تنش به تمام حجم پودر و در نتیجه یکنواختی ساختار قطعه می شوند. محدودیت حجم و شکل قطعه در این روش کم تر از فرآیند های دیگر است و قطعه حاصل شده خواص مکانیکی بهتری دارد.

ساخت قالب متالورژی پودر برای فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد

در این فرآیند، در دمای محیط در تمام جهات فشارهای مساوی بر پودر فلز وارد می شود. ساخت قالب متالورژی پودر برای این فرآیند به این صورت است که قالب انعطاف پذیر از پودر پر شده و تحت تاثیر فشار ایزواستاتیک قرار می گیرد. فشار ایزواستاتیک فشاری است که به کمک ماده سیال مثل آب یا روغن احاطه کننده قالب تامین می شود.

پرس ایزو استاتیک سرد به روش کیسه تر

قالب های لاستیکی استفاده شده در ساخت قالب متالورژی پودر توان تولید طیف وسیعی از قطعات را دارند. جنس و ابعاد قالب باید به شکلی انتخاب گردد که انقباض و انبساط ابعادی ناشی از فشردن را تحمل کند. این فرآیند به دو روش کیسه تر و کیسه خشک انجام می شود. در فرآیند کیسه تر قالب آب بندی شده مملو از پودر در داخل سیالی که به وسیله یک سیستم هیدرولیک تحت فشار قرار می گیرد، فرو برده می شود. پس از فشرده شدن، قالب تر از محفظه فشار خارج شده و پودر فشرده شده از آن خارج می گردد.

پرس ایزو استاتیک سرد به روش کیسه خشک

روش کیسه خشک سریع تر از روش کیسه تر است. قالب در محفظه پر فشار قرار می گیرد و فشار توسط پلاستیک های پشتیبان به قالب وارد می شود. در این روش قالب با سیال تماسی ندارد. و به دلیل تمیزتر بودن استفاده چند باره از قالب ممکن است. بنابراین روش کیسه خشک در تولیدات انبوه تر به کار می رود. اما این روش توان فشرده کردن قطعات فشرده تر را ندارد. به دلیل امکان استفاده مجدد از قالب، هزینه ساخت قالب متالورژی پودر در روش کیسه خشک کمتر از روش کیسه تر است.

طراحی قالب متالورژی پودر در فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد اهمیت خاصی دارد، زیرا محفظه فشار تحت بارهای متناوب و زیاد قرار می گیرد و باید مقاومت لازم جهت جلوگیری از خستگی ناشی از بارها را داشته باشد.

ساخت قالب متالورژی پودر برای فرآیند پرس ایزواستاتیک گرم

پرس ایزواستاتیک گرم فرآیندی برای فشرده کردن پودر در فشار (۱۰۰ تا 200 مگاپاسکال) و دمای بالا (900 تا 1250 درجه سانتیگراد) در کوره است. گاز موجود در کوره پرس گرم از تمام جهات به قالب و پودر فشار وارد می کند و موجب فشرده شدن پودر می شود. اغلب از آرگون به این منظور استفاده می شود. انعطاف پذیری این فرآیند به قدری بالا است که از قطعات ظریف 100 گرمی با دقت ابعادی زیاد تا قطعاتی به وزن 30 تن توسط این فرآیند قابل تولید هستند.

جنس قالب برای پرس ایزواستاتیک گرم

مواد اولیه که به منظور ساخت قالب پرس گرم استفاده می شوند، بایستی خصوصیات زیر را داشته باشند:

1)       به اندازه ای مستحکم باشند که طی فرآیند شکل و ابعاد خود را از دست ندهند.

2)       در دمای انجام فرآیند نرم و انعطاف پذیر باشند.

3)      با پودر در حال فرآیند واکنش ندهند.

برای اغلب کاربرد ها، فولاد ساده کربنی یا فولاد زنگ نزن انتخاب مناسبی برای ساخت قالب متالورژی پودر به شمار می روند. به منظور فشرده سازی مواد نسوز، مواد اولیه ای مثل تیتانیوم و شیشه در ساخت قالب متالورژی پودر به کار می روند.

روشهای دیگر فشرده سازی

بسیاری از روشهای شکل دهی، تغییر شکل چندانی در دانه های پودر به وجود نمی آورند. از جمله این روش ها می توان فشرده سازی از طریق نورد، اکستروژن و قالب سازی تزریقی را نام برد. یکی از وجوه مشترک این تکنیک های ساخت قالب متالورژی پودر این است که به منظور کنترل شکل و استحکام خشته شکل گرفته، از چسب های آلی استفاده می کنند.

ساخت قالب متالورژی پودر برای فرآیند فشرده سازی پودر به وسیله نورد

در ساخت قالب متالورژي پودر برای این فرآیند از یک غلطک نورد استفاده می شود، به این صورت که جریان پیوسته ای از پودر با میزان معینی آب و چسب افزودنی به غلطک نورد تغذیه شده و به صورت ورق های کم چگالی درمی آید. این ورق های کم چگالی پس از حرارت دهی مجدد استحکام مناسب برای انجام کارهای ورق کاری را پیدا کرده و می توان آنرا به فراورده های با چگالی بالا تبدیل نمود. از این فرآیند که به دو صورت دما بالا و دما پایین انجام می شود به منظور تولید ورق هایی از جنس مس، کبالت، نیکل، آلومینیوم و آهن استفاده می شود.

ساخت قالب متالورژی پودر برای فرآیند فشرده سازی به وسیله اکستروژن

در روش اکستروژن در فشار پایین، چسب پلیمری آلی به پودر اضافه شده و آنرا به صورت توده های گرانرو و قابل عبور از قالب در می آورد. پودر شکل گرفته سپس با آهنگ گرمایش کم حرارت دیده، چسب آن حذف شده و پیوندهای بین دانه های پودر نیز مستحکم می شود. از این فرآیند به طور عمده به منظور تولید قطعات سرامیکی ماننده لوله های کوره، آجرها، عایق ها، خازن های لوله ای، آهنربا و غیره به کار می رود. تصویر زیر ساخت قالب متالورژی پودر برای فرآیند اکستروژن را ترسیم می کند.

ساخت قالب متالورژی پودر برای فرآیند فشرده سازی به وسیله قالب ریزی تزریقی

قالب ریزی تزریقی مشابه اکستروژن است، پودر مورد نظر با چسب پلیمری ترموپلاستیک مخلوط شده تا توده ها یا ساچمه هایی تشکیل شود که در اثر گرما دارای گرانروی گردیده و به درون قالب تزریق می گردند. بعد از ریخته گری در قالب، چسب در اثر گرمایش آرام و یا خروج به کمک حلال حذف می گردد. این فرآیند دارای پنج مزیت مهم است و به این دلیل اهمیت زیادی برای صنایع دارد: هزینه تولید پایین، پیچیدگی بالای قطعات تولیدی، دقت ابعادی بالا، طیف وسیع مواد قابل استفاده و خواص نهایی خوب. در تصویر زیر ساخت قالب متالورژی پودر برای فرآیند قالب ریزی تزریقی ترسیم شده است.

هزینه ساخت قالب متالورژی پودر

هزینه ساخت قالب متالورژی پودر با توجه به تنوع روش های متالورژی پودر ، بستگی به عوامل متنوعی دارد. برای مثال، ساخت قالب برای فرآیند قالب ریزی تزریقی به مراتب پر هزینه تر از ساخت قالب برای فرآیند فشرده سازی در قالب صلب است (هر چند در رابطه با هزینه های تولید، روش اول به صرفه تر می باشد). یا در طراحی قالب متالورژی پودر برای فرآیند فشرده سازی در قالب صلب می توان از پرس های مکانیکی و هیدرولیکی استفاده کرد که پرس های مکانیکی کم هزینه تر از پرس های هیدرولیکی هستند. مواد اولیه ساخت قالب ، پیچیدگی، وزن و ابعاد قطعه نهایی و خواص مکانیکی مدنظر نیز از عوامل موثر دیگر روی هزینه ساخت قالب متالورژی پودر هستند.