Při úpravě přesných keramických konstrukčních dílů, jaké jsou běžné konstrukční techniky, které zabrání praskání a deformaci?

V pokročilých výrobních a průmyslových aplikacích se přesná keramika (jako je oxid hlinitý, oxid zirkoničitý, nitrid křemíku, karbid křemíku) stala nepostradatelnými materiály jádra díky své vysoké tvrdosti, odolnosti proti opotřebení, odolnosti vůči vysokým teplotám a odolnosti proti korozi. Nicméně, vzhledem k vysoké křehkosti keramických materiálů a silnému objemovému smrštění, kterému čelí během vysokoteplotního slinování (rychlost smrštění je obvykle v rozmezí 15 % do 25 % ), návrh a výroba jeho konstrukčních částí jsou extrémně náročné. Iracionální konstrukční návrh často vede k praskání, deformaci a deformaci výrobků během slinování, obrábění nebo skutečného provozu.

Tato příručka systematicky shrnuje základní techniky návrhu proti praskání, strategie proti deformaci a specifikace procesu přizpůsobení v procesu přizpůsobení přesných keramických konstrukčních dílů s cílem pomoci konstruktérům optimalizovat strukturu produktu, zlepšit výtěžnost a snížit výrobní náklady.

1. Tři klíčové body vlastností keramického materiálu a přizpůsobení

Před zahájením jakéhokoli projektu přizpůsobení keramiky je třeba z globální perspektivy prozkoumat následující tři vzájemně se omezující základní prvky.

1. Výběr materiálu

Fyzikální a chemické vlastnosti materiálů určují horní mez výkonu konstrukčních dílů. Následující tabulka uvádí základní charakteristiky a typické aplikační scénáře čtyř běžných přesných keramických materiálů.

2. Rozměrová přesnost a přídavek na obrábění

• Tolerance slinování: Přímo slinuté " zelené tělo " stát se " Zralý sochor " Konečně, v důsledku nerovnoměrného smrštění může být tolerance obvykle kontrolována pouze uvnitř ±1 % nebo ±0,1 mm Kolem.
• Příspěvek na dokončení: Pro extrémně vysoké požadavky na přesnost shody (jako je úroveň mikronů μm ) rozhraní musí být při návrhu odloženo 15 mm-0,3mm přídavek na broušení diamantového brusného kotouče.

3. Přizpůsobení procesu lisování

Vyberte proces podle výrobní šarže a konstrukční složitosti: suché lisování je vhodné pro velká množství jednoduchých plochých dílů; izostatické lisování za studena (CIP) Vhodné pro velké rozměry, tyčové nebo trubkové polotovary; keramické vstřikování (CIM) Je vhodný pro trojrozměrné malé díly s extrémně složitými strukturami, ale náklady na otevření formy jsou vysoké.

2. Základní konstrukční dovednosti pro ochranu proti praskání a deformaci

1. Design tloušťky stěny: Pronásledování " naprosto uniformní "

Nerovnoměrná tloušťka stěny je nejčastější příčinou praskání keramických dílů během slinování a chlazení. Rychlosti tepelné roztažnosti a smršťování tlustých a tenkých dílů se liší, což způsobí obrovské vnitřní pnutí.

• Vyhněte se rozdílům v tloušťce: Snažte se udržet celkovou tloušťku stěny konzistentní. Pokud musí dojít ke změnám tloušťky v konstrukci, je třeba použít mírné přechody svahů a zcela se jim vyhnout 90° náhlých změn.
• Otvory pro snížení hmotnosti procesu: U těžkých pevných dílů by měly být slepé otvory, průchozí otvory nebo zadní vyhloubení (drážkování) navrženy tak, aby se snížila místní tloušťka a zároveň byla zajištěna mechanická pevnost.

2. Rohový design: plný kruh s ostrým úhlem ( R specifikace úhlu)

Keramika vyrobená na ostrých rozích " koncentrace stresu " Extrémně citlivý. Ostré vnitřní nebo vnější rohy se mohou snadno stát zdrojem trhlin, pokud jsou vystaveny tepelnému šoku nebo mechanickému namáhání.

• uvnitř / Poloměr vnějšího rohu: Všechny rohy a přechody stupňů musí být zaoblené. Doporučit interní R úhel je alespoň větší než 5mm (doporučeno R≥1,0 mm ). prostor dovolí, R Čím větší úhel, tím pevnější konstrukce.
• Sestavení drážky pro čištění rohů: Pokud musí být zachována kvůli nutnosti sladit kovové části 90° Pro vnější pravé úhly by měl být jeden navržen směrem dovnitř ve vnitřním rohu. " Podříznutí " nebo " slepá díra " , posuňte oblast odlehčení pnutí od vrcholu pravého úhlu.

3. Konstrukce otvoru a hran: Zabraňuje praskání při slinování a odlamování hran

Při otevírání otvorů (jako jsou otvory pro šrouby a otvory pro snížení hmotnosti) v keramických dílech má poloha a tvar otvorů velký vliv na kvalitu výlisku.

• Kritická vzdálenost od okraje: Vzdálenost od stěny otvoru k vnějšímu okraji keramického kusu, stejně jako čistá vzdálenost mezi dvěma otvory, musí být větší než průměr otvoru. 5 časy. Příliš malá vzdálenost způsobí odtržení slabé oblasti na obou koncích během smršťování slinováním.
• Zkosení otvoru: Okraje otvoru všech průchozích a slepých prokovů by měly být navrženy 45°×0,3mm-0,5mm Zkosení, aby se zabránilo vylamování hran při následném broušení nebo vlastní montáži.
• Vyvarujte se tvarových otvorů: Zkuste použít standardní kulaté otvory. Snažte se vyhnout navrhování dlouhých otvorů, čtvercových otvorů nebo speciálních otvorů s ostrými rohy. Takové otvory mají zjevnou anizotropii při smršťování a jsou náchylné k mikrotrhlinám kolem nich.

4. Odstraňte velké ploché povrchy: bojujte proti deformaci deformace

Vlivem gravitace, tření a malých rozdílů v teplotě pece při slinování jsou velké a tenké ploché díly snadno náchylné k deformaci deformací (běžně známé jako " Banánový ohyb " ).

• Sada výztuh: Návrh křížových, ticovitých nebo radiálních výztužných žeber na zadní straně plochého kusu může výrazně zlepšit tuhost a uzamknout směr smrštění.
• Design místního šéfa: Pokud je třeba použít určitou rovinu jako kontaktní plochu sestavy, nedělejte z celé velké roviny vysoce přesnou kontaktní plochu. Drobné místní nálitky by měly být navrženy kolem otvorů pro šrouby nebo klíčových upevňovacích bodů a pouze povrch nálitků by měl být broušen během následného dokončování. To nejen šetří náklady na zpracování, ale také účinně zabraňuje dopadu celkové deformace letadla.

5. Symetrické provedení: vyvážené slinovací napětí

Při slinování keramických dílů v peci je smršťovací síla ve všech směrech relativně vyrovnaná. Pokud je struktura silně asymetrická, povede to k nevyváženému napětí a celkovému zkreslení.

• Geometrická symetrie: Snažte se, aby konstrukční části zachovaly středovou symetrii, osovou symetrii nebo tvarovou symetrii na dvourozměrné nebo trojrozměrné úrovni.
• Řemeslná kravata (podpěrný nosník): Pro asymetrické tvary otvorů (např C tvar, U (tvarovaná struktura), jeden by měl být uměle přidán do otvoru během návrhu. " Dočasný procesní spojovací nosník " , takže si během slinování zachovává symetrickou strukturu s uzavřenou smyčkou. Po slinování a broušení se dočasný paprsek odřízne diamantovým plátkem.

Tři. Cheat Sheet pro konstrukční specifikace přesných keramických konstrukčních dílů

Následující tabulka shrnuje nesprávné postupy a správné specifikace při navrhování přesných keramických konstrukčních dílů pro rychlou orientaci inženýrů.

Poznámka: Během skutečného procesu vývoje projektu se důrazně doporučuje provést návrh zaměřený na výrobu s inženýrem keramického dopředného procesu co nejdříve po dokončení prvního návrhu konstrukčního návrhu ( DFM ) revize za účelem další optimalizace rozměrů na základě mechanických vlastností konkrétního materiálu.