Saat menyesuaikan bagian struktur keramik presisi, apa saja teknik desain umum untuk mencegah retak dan deformasi?

Dalam aplikasi manufaktur dan industri tingkat lanjut, keramik presisi (seperti alumina, zirkonia, silikon nitrida, silikon karbida) telah menjadi bahan inti yang sangat diperlukan karena kekerasannya yang tinggi, ketahanan aus, ketahanan suhu tinggi, dan ketahanan terhadap korosi. Namun, karena sifat rapuh yang tinggi pada bahan keramik dan penyusutan volume parah yang terjadi selama sintering suhu tinggi (laju penyusutan biasanya berada dalam kisaran 15% untuk 25% ), desain dan pembuatan bagian strukturalnya sangatlah menantang. Desain struktur yang tidak rasional sering kali menyebabkan retak, melengkung, dan berubah bentuk pada produk selama sintering, pemesinan, atau servis aktual.

Panduan ini secara sistematis merangkum teknik anti-retak desain inti, strategi anti-deformasi, dan spesifikasi pencocokan proses dalam proses penyesuaian bagian struktur keramik presisi, yang bertujuan untuk membantu insinyur desain mengoptimalkan struktur produk, meningkatkan hasil, dan mengurangi biaya produksi.

1. Tiga poin penting dari sifat dan penyesuaian material keramik

Sebelum memulai proyek kustomisasi keramik apa pun, tiga elemen inti yang saling membatasi berikut ini harus diperiksa dari perspektif global.

1. Pemilihan bahan

Sifat fisik dan kimia bahan menentukan batas kinerja atas bagian struktural. Tabel berikut mencantumkan karakteristik inti dan skenario aplikasi umum dari empat bahan keramik presisi utama.

2. Akurasi dimensi dan tunjangan pemesinan

• Toleransi sintering: Disinter langsung " tubuh hijau " menjadi " Billet matang " Terakhir, karena penyusutan yang tidak merata, toleransi biasanya hanya dapat dikontrol di dalam ±1% atau ±0,1mm Sekitar.
• Tunjangan penyelesaian: kamuntuk persyaratan akurasi pencocokan yang sangat tinggi (seperti tingkat mikron m ) antarmuka harus dikesampingkan selama desain 15mm-0.3mm tunjangan penggilingan roda gerinda berlian.

3. Pencocokan proses pencetakan

Pilih proses sesuai dengan batch produksi dan kompleksitas struktural: pengepresan kering cocok untuk komponen datar sederhana dalam jumlah besar; pengepresan isostatik dingin (CIP) Cocok untuk blanko batangan atau tabung ukuran besar; cetakan injeksi keramik (CIM) Sangat cocok untuk bagian kecil tiga dimensi dengan struktur yang sangat kompleks, tetapi biaya pembukaan cetakannya tinggi.

2. Keterampilan desain inti untuk anti-retak dan anti-deformasi

1. Desain Ketebalan Dinding: Pengejaran " benar-benar seragam "

Ketebalan dinding yang tidak rata merupakan penyebab nomor satu terjadinya keretakan pada bagian keramik selama sintering dan pendinginan. Laju muai dan kontraksi termal antara bagian tebal dan bagian tipis berbeda, yang akan menghasilkan tegangan internal yang sangat besar.

• Hindari perbedaan ketebalan: Usahakan untuk menjaga ketebalan dinding secara keseluruhan tetap konsisten. Jika harus ada perubahan ketebalan pada struktur, transisi kemiringan yang landai harus digunakan dan benar-benar dihindari 90° perubahan mendadak.
• Proses lubang pengurangan berat: Untuk bagian padat yang berat, lubang buta, lubang tembus atau lekukan belakang (alur) harus dirancang untuk mengurangi ketebalan lokal sekaligus memastikan kekuatan mekanis.

2. Desain sudut: lingkaran sudut lancip penuh ( R spesifikasi sudut)

Keramik diproduksi pada sudut yang tajam " konsentrasi stres " Sangat sensitif. Sudut dalam atau luar yang tajam dapat dengan mudah menjadi sumber retakan jika terkena guncangan termal atau tekanan mekanis.

• di dalam / Jari-jari sudut luar: Semua sudut dan transisi langkah harus dibulatkan. Merekomendasikan internal R sudut setidaknya lebih besar dari 5mm (disarankan R≥1.0mm ). Izin ruang, R Semakin besar sudutnya, semakin kaku strukturnya.
• Merakit slot pembersih sudut: Jika harus dipertahankan karena harus mencocokkan bagian logam 90° Untuk sudut siku-siku luar, sudut dalam harus dirancang ke dalam. " Melemahkan " atau " lubang buta " , pindahkan area pelepas tegangan menjauh dari titik sudut kanan.

3. Desain lubang dan tepi: Mencegah retak sintering dan chipping tepi

Saat membuka lubang (seperti lubang sekrup dan lubang pengurang berat) pada bagian keramik, posisi dan bentuk lubang mempunyai pengaruh yang besar terhadap kualitas cetakan.

• Jarak tepi kritis: Jarak dinding lubang ke tepi luar potongan keramik serta jarak bersih kedua lubang harus lebih besar dari diameter lubang. 5 kali. Jarak yang terlalu dekat akan menyebabkan area lemah terkoyak di kedua ujungnya selama penyusutan sintering.
• Talang lubang: Tepi bukaan dari semua via tembus dan tembus harus dirancang 45°×0,3mm-0,5mm Talang untuk mencegah tepi terkelupas selama penggilingan berikutnya atau perakitan sebenarnya.
• Hindari lubang berbentuk: Coba gunakan lubang bundar standar. Usahakan untuk menghindari mendesain lubang panjang, lubang persegi atau lubang khusus dengan sudut tajam. Lubang-lubang tersebut memiliki anisotropi yang jelas ketika menyusut dan rentan terhadap retakan mikro di sekitarnya.

4. Hilangkan permukaan datar yang besar: lawan deformasi yang melengkung

Karena pengaruh gravitasi, gesekan, dan perbedaan kecil suhu tungku selama sintering, bagian datar yang besar dan tipis mudah mengalami deformasi bengkok (umumnya dikenal sebagai " Tikungan Pisang " ).

• Setel pengaku: Merancang tulang rusuk berbentuk salib, berbentuk tic atau radial di bagian belakang potongan datar dapat secara signifikan meningkatkan kekakuan dan mengunci arah penyusutan.
• Desain bos lokal: Jika bidang tertentu perlu digunakan sebagai permukaan kontak rakitan, jangan jadikan seluruh bidang besar menjadi permukaan kontak presisi tinggi. Bos lokal yang kecil harus dirancang di sekitar lubang sekrup atau titik pemasangan utama, dan hanya permukaan bos yang harus digiling selama penyelesaian berikutnya. Hal ini tidak hanya menghemat biaya pemrosesan, namun juga secara efektif menghindari dampak lengkungan pesawat secara keseluruhan.

5. Desain simetris: tegangan sintering seimbang

Ketika bagian keramik disinter di dalam tungku, gaya susutnya relatif seimbang ke segala arah. Jika strukturnya sangat asimetris, hal ini akan menyebabkan tegangan yang tidak seimbang dan distorsi secara keseluruhan.

• Simetri geometris: Cobalah untuk membuat bagian struktural mempertahankan simetri pusat, simetri sumbu, atau simetri bentuk pada tingkat dua dimensi atau tiga dimensi.
• Dasi kerajinan (balok penyangga kerajinan): Untuk bentuk bukaan asimetris (seperti C bentuk, U (struktur berbentuk), seseorang harus ditambahkan secara artifisial ke bukaan selama desain. " Balok koneksi proses sementara " , sehingga mempertahankan struktur simetris loop tertutup selama sintering. Setelah disinter dan digiling, balok sementara dipotong dengan potongan berlian.

Tiga. Lembar Cheat untuk Spesifikasi Desain Bagian Struktur Keramik Presisi

Tabel berikut merangkum praktik yang salah dan spesifikasi yang benar saat merancang komponen struktur keramik presisi untuk referensi cepat oleh para insinyur.

Catatan: Selama proses pengembangan proyek yang sebenarnya, sangat disarankan untuk melakukan desain berorientasi manufaktur dengan insinyur proses maju keramik sesegera mungkin setelah rancangan pertama desain struktur selesai ( DFM ) peninjauan untuk lebih mengoptimalkan dimensi berdasarkan sifat mekanik material tertentu.