Volfram málmblöndur eru örugglega á lista verkfræðinga yfir „martröð efni“. Hár þéttleiki þeirra og hörku felur í sér verulegar vinnsluáskoranir, sem gerir hvert skref eins og erfið barátta. Hvernig er hægt að breyta þessu erfiða efni úr hráefni í fullunna vöru með mikilli skilvirkni?
Ekki hafa áhyggjur, þetta ómetanlega „leynivopn“ er hér! Þessi grein mun greina ferlið frá upphafi hráefnisgerðar, bera saman kosti og galla duftmálmvinnslu og þrívíddarprentunar, útlista kjarnatækni við klippingu, slípun og víraklippingu, og kynna háþróaða-tækni sem getur hjálpað þér að ná tvöföldum árangri með helmingi áreynslunnar{{2}, sem gerir þér kleift að prenta og prenta betur (extrus) framleiðslu.
HLUTI.01
Inngangur
Volfram málmblöndur, sem málmblöndur með wolfram sem aðalþátt (volframinnihald er venjulega 85% til 99%) og viðbættir þættir eins og nikkel, járn, kopar, kóbalt, mólýbden og króm, gegna ómissandi hlutverki á mörgum hátæknisviðum eins og kjarnorkuframleiðslu, hernaðariðnaði og afar háum hernaðariðnaði (16.5). 19,0 g/cm3), hátt bræðslumark og framúrskarandi vélrænni styrkur[1]. Á læknisfræðilegu sviði eru wolfram málmblöndur notaðar til að framleiða lykilhluta geislameðferðarbúnaðar. Vegna mikillar þéttleikaeiginleika þeirra, geta þeir blokkað og mótað geisla nákvæmlega og eru aðalefnin til að búa til kollímara og geislahlífar[2]. Þessir frábæru eiginleikar valda einnig mörgum erfiðleikum við vinnslu og framleiðslu á wolframblendi. Þessi grein miðar að því að kanna kerfisbundið og djúpt eyðuundirbúningsferlið og algengar vinnsluaðferðir á wolframblendihlutum og veita dýrmæta tilvísun fyrir nákvæmni framleiðslu þeirra.
HLUTI.02
Undirbúningsferli fyrir eyðurnar hlutar úr wolframblendi
2.1 Duftmálmvinnslutækni
Volfram málmblöndur eru erfiðar í framleiðslu með hefðbundnum málmbræðslu- og undirbúningsferlum vegna mikillar þéttleika þeirra, hás bræðslumarks og mikillar hörku. Duftmálmvinnsla er hefðbundin og mikið notuð aðferð til að útbúa wolframblendiefni. Lykilferlar þess eru sýndir á mynd 1, þar á meðal undirbúningur fyrir wolframduft, blöndun, mótun og sintun [3]. Í undirbúningsferlinu fyrir wolframduft, til að tryggja hreinleika wolframdufts, eru oft notuð ferli eins og vetnisminnkun og ammoníakwolframatminnkun. Á sama tíma hefur súrefnisinnihald, kornastærð og lögun wolframdufts veruleg áhrif á endanlega frammistöðu og gæði málmblöndunnar og verður að vera strangt stjórnað. Of hátt súrefnisinnihald mun draga úr frammistöðu málmblöndunnar, en kornastærð og lögun mun hafa áhrif á áhrif síðari blöndunar- og myndunarferla. Til dæmis hjálpar wolframduft með samræmdri kornastærð við að blanda jafnari við önnur málmduft meðan á blöndun stendur, sem tryggir samkvæmni álblöndunnar. Í blöndunarferlinu er nauðsynlegt að tryggja að stærð ýmissa málmduftsagna sé einsleit og hlutfallið sé nákvæmt. Vélræn hræring, kúlumölun og aðrar aðferðir eru oft notaðar við nákvæma blöndun. Mótunaraðferðirnar fela í sér kalda jafnstöðupressu, deyjapressun, duftpressumyndun og duftsprautun osfrv. Þessar aðferðir geta framleitt hluta með flóknum lögun.
Mynd 1 Lykilferli duftmálmvinnslu fyrir wolframblendiefni
Hertuferlið er lykillinn að því að tryggja að wolframblendi nái nauðsynlegum þéttleika, styrk og öðrum eiginleikum. Tveggja-þrepa sintun [4] er mikið notuð: for-sintuþrepið stjórnar venjulega hitastigi við 1000-1200 gráður. Innan þessa hitastigs mun lág-bræðslumark-málmar eins og kopar og járn ná fljótandi ástandi og verða fyrir föstum-fasadreifingu með nærliggjandi wolframduftagnum, festa stöðu wolframblendiduftsagnanna og fylla þær jafnt, þannig að auðmótun verður náð. Næst er há-hitunarstigið, þar sem fast-fasa og fljótandi-fasahvörf eiga sér stað á milli duftagnanna, sem að lokum mynda þétta wolframblendibyggingu. Stjórnun á sintunarhitastigi og tíma gegnir afgerandi hlutverki í frammistöðu vörunnar. Ef hertutíminn er of langur mun wolframkristallastærðin aukast, sem hefur áhrif á þéttleika og heildarframmistöðu málmblöndunnar; ef hitastigið er of hátt mun það valda-bræðslu-málmum eins og kopar og járni til að rokka upp, sem dregur úr þéttleika og vélrænni styrkleika málmblöndunnar. Hertuhitastiginu er almennt stýrt við um 1400 gráður og for-sintun og há-hitasintun eru venjulega framkvæmd í lofttæmi eða óvirku gasumhverfi til að draga úr oxun og rokgjörn lág-bræðslu-bræðslumarkblöndur. Algengt ferli er að fyrst-forkveikja á myndaða wolframduftinu við 1200 gráður í 1 klukkustund í vetnislofti til að gefa því ákveðna styrk og leiðni, og framkvæma síðan sjálfþolna sintrun með því að nota hita sem myndast af eigin viðnám blanksins til að stuðla enn frekar að sintun.
2.2 Aukaframleiðsluferli
Hefðbundnar duftmálmvinnsluaðferðir geta aðeins framleitt eyðurnar með tiltölulega reglulegum lögun. Fyrir wolframblendihlutar með flókna uppbyggingu, sérstaklega þá sem eru með flókið holrúm, er enn þörf á flókinni vinnslu eftir eyðumyndun til að uppfylla loks kröfur hluta. Eins og er, eru engar árangursríkar vinnslu- og myndunaraðferðir fyrir flókin lokuð innri holrúm, sem takmarkar hönnun wolframblendihluta. Aukaframleiðslutækni veitir nýja lausn fyrir hönnun og framleiðslu á wolframblendihlutum. Algengt er að nota málmaaukefnaframleiðslutækni felur í sér sértæka leysibræðslu (SLM), leysisteríómyndun (LSF), rafbogaaukefnisframleiðslu (WAAM), sértæka leysibræðslu í duftbekkjum (L-PBF) og stefnubundna orkuútfellingu leysis (L-DED) [5, 6]. Samanburður á kostum og göllum mismunandi framleiðsluferla aukefna til framleiðslu á wolframblendihlutum er sýndur í töflu 1. SLM getur framleitt hluta með flóknum rúmfræði, en það hefur vandamál eins og gróft yfirborð, stórt millilagsleifarálag og takmarkað hlutastærð, og er hentugur til að framleiða smáhluti; LSF getur fengið fína, einsleita og þétta uppbyggingu, bætt vélrænni eiginleika og tæringarþol efna, en þegar ferli breytur eru ekki samræmdar eru gallar eins og léleg samruni í laginu sem sett er út auðveldlega fram; WAAM er hentugur til að framleiða stóra-samþætta burðarhluti í loftrými, með miklum mótunarhraða og miklum þéttleika, en yfirborðsgæði myndaðra hluta eru léleg. Dæmigerður wolframblendihluti framleiddur með aukefnaframleiðslutækni er sýndur á mynd 2. Í samanburði við hefðbundna duftmálmvinnsluaðferð hefur aukefnaframleiðsla augljósa kosti við framleiðslu á flóknum wolframblendihlutum. Það getur ekki aðeins undirbúið hluta með flóknum byggingum og holrúmum til að uppfylla sérstakar hönnunarkröfur, heldur einnig gert sér grein fyrir laginu-með-lagsútfellingu efna, bætt efnisnýtingu og dregið úr kostnaði[7]. Tafla 1. Samanburður á kostum og göllum volframblendihluta sem framleiddir eru með mismunandi aukefnaframleiðsluferlum
a) Anti-dreifingarnet
b) Holóttir hlutar
Mynd 2. Dæmigert wolframblendihlutar framleiddir með aukefnaframleiðslutækni
2.3 Ferlasamanburður og val
Duftmálmvinnsla og aukefnaframleiðsla eru nú tvær meginaðferðirnar til að framleiða eyðublöð úr wolframblendi, hver með sína kosti og galla við undirbúning eyðublaða. Samanburður á eyðuvinnsluferlum wolframblendi er sýndur í töflu 2. Duftmálmvinnsla er tiltölulega þroskaðri, gefur af sér efni með betri þéttleika og býður upp á kosti í stöðugri fjöldaframleiðslu. Aukaframleiðsla er nýtt ferli sem þróað hefur verið á undanförnum árum, með ýmsum afleiddum ferlileiðum, og það hefur kosti í framleiðslu á burðarhlutum með flóknum holrúmum.
Tafla 2. Samanburður á undirbúningsferlum fyrir volframblendiefni
Til að sækjast eftir meiri alhliða frammistöðu hafa wolframblendihlutar á fremstu sviðum -á borð við flug, varnarmál, kjarnorkuiðnað, lækningatæki og rafeindatækni, tilhneigingu til að hafa flóknari byggingareiginleika, þar á meðal þunna veggi, bogna yfirborð og gljúpa uppbyggingu, sem hefðbundnar duftmálmvinnsluaðferðir ráða ekki við. Að framleiða háan-þéttleika, gallaða-frjálsa, hreina wolframblendihluta beint með því að nota aukefnaframleiðslu, stendur enn frammi fyrir nokkrum tæknilegum áskorunum. Powder extrusion printing (PEP), óbein 3D prentunartækni úr málmi sem sameinar 3D prentun og duftmálmvinnslu, notar wolframblendiduft með bindiefni. Duftið er mótað með þrívíddarprentunarbúnaði og síðan eftir-meðhöndlað með duftmálmvinnsluafbindingu og sintrun, sem skilar að lokum há-þéttleika og-afkastamiklum burðarhlutum. Þessi tækni veitir nýja lausn á erfiðleikum við að vinna wolfram málmblöndur og framleiða flóknar mannvirki. Lág-hitamyndun og há-hitastillingareiginleikar leysa á áhrifaríkan hátt vandamál eins og aflögun, sprungur og tómarúm sem auðvelt er að koma upp í öðrum þrívíddarprentunarferlum á wolframblendi.
HLUTI.03
Vinnsla á íhlutum úr wolframblendi
The high density of tungsten alloys results in enormous cutting forces on the cutting tool during machining, requiring the tool material to have high hardness and wear resistance. The tool design also needs to fully consider the distribution and balance of cutting forces. The high hardness of tungsten alloys (typically >40 HRC) leiðir til verulega aukins slits á verkfærum við vinnslu, sem hefur áhrif á vinnslunákvæmni og endingu verkfæra. Líftími verkfæra og skilvirkni vinnslu eru lykilatriði sem þarf að hafa í huga við vinnslu. Volfram málmblöndur hafa tiltölulega lága hitaleiðni og hita sem myndast við skurð er erfitt að dreifa fljótt. Skurðbrúnin vinnur við háan hita, sem veldur auðveldlega hitauppstreymi, sem leiðir til aflögunar verkfæra og aukins slits [8]. Volfram álflísar eru kornóttar, sem gerir það erfitt að fjarlægja flís. Þeir hafa tilhneigingu til að safnast fyrir á skurðarsvæðinu, mynda flísbrúnir, hafa áhrif á yfirborðsgæði vélrænna hlutanna og geta einnig skemmt verkfærið og vélbúnaðinn. Samanburður á skurðarverkfærum og ferlibreytum fyrir wolframblendihluti er sýndur í töflu 3. Í verkfræðistarfi eru PCBN verkfæri einn besti kosturinn. Dæmigert wolframblendihlutar sem unnir eru með skurði eru sýndir á mynd 3. Tafla 3 Samanburður á skurðarverkfærum og vinnslubreytum fyrir wolframblendihlutar Mynd 3 Dæmigerðir wolframblendihlutar unnir með því að skera. HLUTI.04 Malun á wolframblendihlutum Mala, sem ör-skurðaraðferð, hentar til að vinna úr há{{.5}} wolframharð efnum eins og Slípihjólslípun er sýnd á mynd 4. Slípihjólið er aðallega samsett úr slípikornum, svitaholum og bindiefnum í ákveðnu hlutfalli. Slípiefni hennar hafa truflaða horn eiginleika, venjulega á bilinu 90 gráður til 120 gráður. Við malaferli wolframblendis er malaefnið sem myndast kornótt. Vegna tiltölulega lítillar seigju og seigju er tiltölulega auðvelt að fjarlægja flögurnar og stífla ekki auðveldlega svitaholur malahjólsins [9]. Þess vegna, þegar málmblöndur eru mala, er hægt að nota malahjól með stærri svitahola til að bæta mala skilvirkni og vinnslugæði. Á malasvæðinu er auðvelt að safna hita í mala sem getur leitt til bruna í mala. Til að takast á við þetta vandamál á áhrifaríkan hátt er nauðsynlegt að nota háan-þrýsting og há-flæði þvingaða kæliráðstafanir til að fjarlægja hitann sem myndast við mölunarferlið í tíma og draga úr hitauppstreymi og hitaálagi á malasvæðinu. Venjulega eru vatns-undirstaða fleyti valin sem skurðvökvi til að tryggja að kæliáhrifin nái sem bestum árangri. Val á færibreytum malaferlis fyrir wolframblendihluti er sýnt í töflu 4. Mynd 4 Skýringarmynd af malahjóli Tafla 4 Val á malaferlisbreytum fyrir wolframblendihluta Hreint wolfram eða wolfram-nikkel-koparblendihlutar hafa litla segulmagn. Fyrir þunna-veggða hluta er erfitt að festa þá á áreiðanlegan hátt með hefðbundnum rafsegulspennum. Tómarúmaðsogsfestingar [10] koma til greina til að klemma. Tómarúmaðsogsstaðsetningarfestingin fyrir wolframblendihluti er sýnd á mynd 5. Mynd 5. Skýringarmynd af lofttæmiaðsogsstaðsetningarbúnaði fyrir wolframblendihluti.
HLUTI.05
Vír EDM vinnsla á wolframblendihlutum
Volfram málmblöndur hafa hátt bræðslumark og mikla hörku og hægt er að vinna þær með því að nota há-hörkuverkfæri eins og húðuð verkfæri, PVD verkfæri og keramikverkfæri. Hins vegar verða þessi verkfæri fyrir verulegu sliti, sem gerir það erfitt að vinna eiginleika eins og svitaholur, mjóar raufar og óreglulega löguð göt með því að nota þessi hefðbundnu verkfæri. Vír raflosunarvinnsla (EDM) er sérstakt vinnsluferli. Grundvallarregla þess er að nota stöðugt hreyfanlegur fínn málm rafskautsvír (venjulega kopar- eða mólýbdenvír) til að búa til púlsandi neistaflæði milli vinnustykkisins og vinnustykkisins. Hitastigið sem myndast er venjulega allt að 8000–12000 gráður, nægjanlegt til að bræða eða jafnvel gufa upp yfirborðsefni wolframblendisins og ná þannig að klippa vinnustykkið. Hlutfallsleg hreyfing milli rafskautsvírsins og vinnustykkisins gerir öllu skurðarferlinu kleift að mynda æskilega lögun á yfirborði vinnustykkisins. Mynd 6 sýnir vinnslu óreglulega lagaðra hola á wolframblendi með vír EDM. Wire EDM er notað til að vinna úr wolframblendihlutum. Hátt hitastig veldur breytingu á kristalfasa á yfirborði wolframblendisins við klippingu, sem leiðir til breytts lags sem rýrir einstaka eiginleika wolframblendisins. „Klippa-eina-viðgerð-þrjár“ aðferð er notuð við vinnslu, sem minnkar smám saman skurðardýpt og púlsaflbreytur til að gera við breytta lagið.
Mynd 6: Vinnsla á óreglulegum holum á wolframblendiefni með því að nota vír EDM
HLUTI.06
Ályktun Þessi grein rannsakar og dregur saman eyðuframleiðslu, algengar vinnsluaðferðir og vinnsluerfiðleika nákvæmni wolframblendihluta. Í eyðuframleiðslu er duftmálmvinnsla tiltölulega þroskaðri, gefur af sér efni með betri þéttleika og býður upp á kosti í stöðugri fjöldaframleiðslu. Aukaframleiðsla, tiltölulega nýtt ferli sem þróað hefur verið á undanförnum árum, hefur skapað ýmsar vinnsluleiðir og hefur kosti í framleiðslu á burðarhlutum með flóknum holrúmum. Við klippingu hafa PCBN verkfæri kosti, ná háum líftíma verkfæra og draga úr áhrifum slits verkfæra á nákvæmni vinnslunnar. Slípunartækni er hagstæð til að vinna venjulega yfirborð, til að ná meiri yfirborðsgæði. Fyrir holu og gróp eiginleika býður vír EDM upp á mikla vinnslu skilvirkni. Ofangreint eyðuundirbúningsferlið, svo og skurðar-, mala- og vírskurðaraðferðir, geta í raun bætt framleiðslugæði og framleiðslu skilvirkni nákvæmra wolframblendihluta, sem veitir tæknilega aðstoð við þróun tengdra atvinnugreina.
