هنگام سفارشی سازی قطعات ساختاری سرامیکی دقیق، تکنیک های طراحی رایج برای جلوگیری از ترک خوردن و تغییر شکل چیست؟

در ساخت و کاربردهای صنعتی پیشرفته، سرامیک های دقیق (مانند آلومینا، زیرکونیا، نیترید سیلیکون، کاربید سیلیکون) به دلیل سختی بالا، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و مقاومت در برابر خوردگی، به مواد اصلی ضروری تبدیل شده اند. با این حال، به دلیل شکنندگی بالای ذاتی مواد سرامیکی و انقباض حجمی شدیدی که در حین تف جوشی در دمای بالا با آن مواجه می شود (نرخ انقباض معمولاً در محدوده 15% به 25% ، طراحی و ساخت قطعات ساختاری آن بسیار چالش برانگیز است. طراحی ساختاری غیرمنطقی اغلب منجر به ترک خوردن، تاب برداشتن و تغییر شکل محصولات در حین پخت، ماشینکاری یا سرویس واقعی می شود.

این راهنما به طور سیستماتیک تکنیک های ضد ترک خوردگی طراحی هسته، استراتژی های ضد تغییر شکل و مشخصات تطبیق فرآیند را در فرآیند سفارشی سازی قطعات ساختاری سرامیکی دقیق، با هدف کمک به مهندسان طراح در بهینه سازی ساختار محصول، بهبود عملکرد و کاهش هزینه های تولید، خلاصه می کند.

1. سه نکته کلیدی خواص مواد سرامیکی و سفارشی سازی

قبل از شروع هر پروژه سفارشی سازی سرامیک، سه عنصر اصلی محدود کننده متقابل زیر باید از منظر جهانی بررسی شوند.

1. انتخاب مواد

خواص فیزیکی و شیمیایی مواد، حد بالایی عملکرد قطعات ساختاری را تعیین می کند. جدول زیر ویژگی های اصلی و سناریوهای کاربردی معمولی چهار ماده اصلی سرامیکی دقیق را فهرست می کند.

2. دقت ابعادی و اجازه ماشینکاری

• تحمل پخت: به طور مستقیم زینتر شده است " بدن سبز " تبدیل شدن " بیلت رسیده " در نهایت، به دلیل انقباض ناهموار، تحمل معمولاً فقط در داخل قابل کنترل است ± 1٪ یا ± 0.1 میلی متر در اطراف.
• کمک هزینه پایانی: برای الزامات دقت تطبیق بسیار بالا (مانند سطح میکرون میکرومتر ) رابط باید در طول طراحی کنار گذاشته شود 15 میلی متر-0.3mm کمک هزینه سنگ زنی چرخ سنگ زنی الماس.

3. تطبیق فرآیند قالب گیری

فرآیند را با توجه به دسته تولید و پیچیدگی ساختاری انتخاب کنید: پرس خشک برای مقادیر زیادی از قطعات صاف ساده مناسب است. پرس ایزواستاتیک سرد (سیIP) مناسب برای اندازه های بزرگ، نوار یا لوله خالی. قالب گیری تزریقی سرامیک (CIM) برای قطعات کوچک سه بعدی با ساختار بسیار پیچیده مناسب است، اما هزینه باز کردن قالب بالا است.

2. مهارت های اصلی طراحی برای ضد ترک خوردگی و ضد تغییر شکل

1. طراحی ضخامت دیوار: تعقیب " کاملا یکنواخت "

ضخامت ناهموار دیواره علت شماره یک ترک خوردن قطعات سرامیکی در حین پخت و سرد شدن است. نرخ انبساط و انقباض حرارتی قطعات ضخیم و قطعات نازک متفاوت است که باعث ایجاد استرس داخلی می شود.

• از اختلاف ضخامت خودداری کنید: سعی کنید ضخامت کلی دیوار را ثابت نگه دارید. اگر باید تغییرات ضخامت در سازه وجود داشته باشد، باید از انتقال شیب ملایم استفاده کرد و کاملاً اجتناب کرد. 90 درجه از تغییرات ناگهانی
• سوراخ های کاهش وزن فرآیند: برای قطعات جامد سنگین، سوراخ‌های کور، از طریق سوراخ‌ها یا حفره‌های پشتی (شیار کردن) باید به گونه‌ای طراحی شوند که ضخامت موضعی را کاهش دهند و در عین حال استحکام مکانیکی را تضمین کنند.

2. طراحی گوشه: دایره کامل زاویه حاد ( آر مشخصات زاویه)

سرامیک تولید شده در گوشه های تیز " تمرکز استرس " فوق العاده حساس گوشه های تیز داخلی یا خارجی می توانند به راحتی منشأ ترک ها در اثر شوک حرارتی یا استرس مکانیکی شوند.

• در داخل / شعاع گوشه خارجی: تمام گوشه ها و مراحل انتقال باید گرد شوند. داخلی را توصیه کنید آر زاویه حداقل بیشتر از 5mm (توصیه می شود آر ≥ 1.0mm ). اجازه فضا، آر هرچه زاویه بزرگتر باشد، ساختار سفت تر است.
• مونتاژ شکاف خالی کردن گوشه: در صورتی که به دلیل نیاز به هماهنگی با قطعات فلزی باید حفظ شود 90 درجه برای زوایای قائم خارجی، باید در گوشه داخلی به سمت داخل طراحی شود. " آندرکات " یا " سوراخ کور " ، ناحیه تنش زدایی را از راس زاویه سمت راست دور کنید.

3. طراحی سوراخ و لبه: از ترک خوردگی و بریدگی لبه ها جلوگیری می کند

هنگام باز کردن سوراخ‌ها (مانند سوراخ‌های پیچ و سوراخ‌های کاهش وزن) در قطعات سرامیکی، موقعیت و شکل سوراخ‌ها تأثیر زیادی بر کیفیت قالب‌گیری دارد.

• فاصله لبه بحرانی: فاصله دیوار سوراخ تا لبه بیرونی قطعه سرامیکی و همچنین فاصله خالص بین دو سوراخ باید بیشتر از قطر سوراخ باشد. 5 بارها فاصله خیلی نزدیک باعث می شود که ناحیه ضعیف در هر دو انتها در حین انقباض تف جوشی از هم جدا شود.
• پخ دهانه: لبه‌های باز تمام ویاهای کور باید طراحی شوند 45 درجه×0.3mm-0.5mm پخ برای جلوگیری از خرد شدن لبه در حین آسیاب بعدی یا مونتاژ واقعی.
• از سوراخ های شکل دار اجتناب کنید: سعی کنید از سوراخ های گرد استاندارد استفاده کنید. سعی کنید از طراحی سوراخ های بلند، سوراخ های مربعی یا سوراخ های خاص با گوشه های تیز خودداری کنید. چنین حفره هایی هنگام جمع شدن ناهمسانگردی آشکاری دارند و مستعد ایجاد ریزترک در اطراف آنها هستند.

4. سطوح مسطح بزرگ را حذف کنید: با تغییر شکل تاب خوردگی مبارزه کنید

به دلیل تأثیر گرانش، اصطکاک و تفاوت های کوچک در دمای کوره در حین پخت، قطعات تخت بزرگ و نازک به راحتی مستعد تغییر شکل تاب خوردگی هستند (که معمولاً به عنوان شناخته می شود. " خم موز " ).

• سفت کننده ها را تنظیم کنید: طراحی دنده های تقویت کننده ضربدری، تیک شکل یا شعاعی در پشت قطعه صاف می تواند به طور قابل توجهی استحکام را بهبود بخشد و جهت انقباض را قفل کند.
• طراحی رئیس محلی: اگر از صفحه خاصی به عنوان سطح تماس مونتاژ استفاده شود، کل صفحه بزرگ را به یک سطح تماس با دقت بالا تبدیل نکنید. باس‌های محلی کوچک باید در اطراف سوراخ‌های پیچ یا نقاط اتصال کلیدی طراحی شوند و فقط سطح باس‌ها باید در مرحله تکمیل بعدی آسیاب شود. این نه تنها باعث صرفه جویی در هزینه های پردازش می شود، بلکه به طور موثری از تأثیر انحراف کلی هواپیما جلوگیری می کند.

5. طراحی متقارن: کشش تف جوشی متعادل

هنگامی که قطعات سرامیکی در کوره پخت می شوند، نیروی انقباض در تمام جهات نسبتا متعادل است. اگر ساختار به شدت نامتقارن باشد، منجر به کشش نامتعادل و اعوجاج کلی می شود.

• تقارن هندسی: سعی کنید قطعات ساختاری تقارن مرکزی، تقارن محور یا تقارن شکل را در سطح دو بعدی یا سه بعدی حفظ کنند.
• کراوات کاردستی (تیر پشتیبانی صنایع دستی): برای اشکال بازشوی نامتقارن (مانند C شکل، U (ساختار شکل)، در حین طراحی باید به طور مصنوعی به دهانه اضافه شود. " پرتو اتصال موقت فرآیند " ، به طوری که ساختار متقارن حلقه بسته را در حین تف جوشی حفظ می کند. پس از پخت و آسیاب، پرتو موقت با یک قطعه الماس قطع می شود.

سه ورق تقلب برای مشخصات طراحی قطعات ساختاری سرامیکی دقیق

جدول زیر روش های اشتباه و مشخصات صحیح را در هنگام طراحی قطعات ساختاری سرامیکی دقیق برای ارجاع سریع مهندسان خلاصه می کند.

توجه: در طول فرآیند توسعه واقعی پروژه، اکیداً توصیه می شود که پس از اتمام اولین پیش نویس طراحی سازه، طراحی مبتنی بر تولید را با مهندس فرآیند پیشرو سرامیک در اسرع وقت انجام دهید. DFM ) بررسی برای بهینه سازی بیشتر ابعاد بر اساس خواص مکانیکی ماده خاص.