Mae aloion twngsten yn bendant ar restr "deunyddiau hunllefus" peirianwyr. Mae eu dwysedd uchel a'u caledwch yn cyflwyno heriau prosesu sylweddol, gan wneud i bob cam deimlo fel brwydr galed. Sut y gellir trawsnewid y deunydd anodd hwn o ddeunydd crai yn gynnyrch gorffenedig gydag effeithlonrwydd uchel?
Peidiwch â phoeni, mae'r "arf cyfrinachol" amhrisiadwy hwn yma! Bydd yr erthygl hon yn dadansoddi'r broses o ddechrau paratoi deunydd crai, gan gymharu manteision ac anfanteision meteleg powdr ac argraffu 3D, gan fanylu ar dechnegau craidd torri, malu a thorri gwifrau, a chyflwyno technoleg ymyl torri a all eich helpu i gyflawni dwywaith y canlyniadau gyda hanner yr ymdrech - argraffu allwthio powdr (PEP), gan ddarparu sylfaen gadarn ar gyfer eich dylunio a gweithgynhyrchu.
RHAN.01
Rhagymadrodd
Mae aloion twngsten, fel deunydd aloi gyda thwngsten fel y brif gydran (mae cynnwys twngsten fel arfer yn cyfrif am 85% i 99%) ac elfennau ychwanegol megis nicel, haearn, copr, cobalt, molybdenwm a chromiwm, yn chwarae rhan anhepgor mewn llawer o feysydd technoleg uchel megis diwydiant niwclear, diwydiant milwrol a gofal meddygol oherwydd eu dwysedd toddi uchel iawn (16.0 cm) a dwysedd uchel iawn (16.0) cryfder mecanyddol[1]. Yn y maes meddygol, defnyddir aloion twngsten i gynhyrchu cydrannau allweddol o offer radiotherapi. Oherwydd eu nodweddion dwysedd uchel, gallant rwystro a siapio pelydrau yn gywir a nhw yw'r prif ddeunyddiau ar gyfer gwneud cyfunwyr a thariannau ymbelydredd[2]. Mae'r priodweddau rhagorol hyn hefyd yn dod â llawer o anawsterau i brosesu a gweithgynhyrchu aloion twngsten. Nod yr erthygl hon yw archwilio'r broses baratoi gwag a dulliau prosesu rhannau aloi twngsten yn systematig ac yn ddwfn, a darparu cyfeiriad gwerthfawr ar gyfer eu gweithgynhyrchu manwl gywir.
RHAN.02
Proses baratoi bylchau rhannau aloi twngsten
2.1 Technoleg meteleg powdwr
Mae aloion twngsten yn anodd eu cynhyrchu gan ddefnyddio prosesau mwyndoddi a pharatoi aloi confensiynol oherwydd eu dwysedd uchel, eu pwynt toddi uchel a'u caledwch uchel. Mae meteleg powdwr yn ddull traddodiadol a ddefnyddir yn eang ar gyfer paratoi bylchau aloi twngsten. Dangosir ei brosesau allweddol yn Ffigur 1, gan gynnwys paratoi powdr twngsten, cymysgu, ffurfio a sintering [3]. Yn y broses o baratoi powdr twngsten, er mwyn sicrhau purdeb powdr twngsten, defnyddir prosesau megis lleihau hydrogen a lleihau twngstate amonia yn aml. Ar yr un pryd, mae cynnwys ocsigen, maint gronynnau a siâp powdr twngsten yn cael effaith sylweddol ar berfformiad terfynol ac ansawdd yr aloi a rhaid eu rheoli'n llym. Bydd cynnwys ocsigen rhy uchel yn lleihau'r perfformiad aloi, tra bydd maint a siâp gronynnau yn effeithio ar effaith prosesau cymysgu a ffurfio dilynol. Er enghraifft, mae powdr twngsten gyda maint gronynnau unffurf yn helpu i gymysgu'n fwy cyfartal â phowdrau metel eraill wrth gymysgu, gan sicrhau cysondeb cyfansoddiad aloi. Yn ystod y broses gymysgu, mae angen sicrhau bod maint y gronynnau powdr metel amrywiol yn unffurf ac mae'r gyfran yn gywir. Defnyddir troi mecanyddol, melino pêl a dulliau eraill yn aml ar gyfer cymysgu'n fanwl gywir. Mae'r dulliau ffurfio yn cynnwys gwasgu isostatig oer, gwasgu marw, ffurfio allwthio powdr a ffurfio chwistrelliad powdr, ac ati Gall y dulliau hyn gynhyrchu rhannau â siapiau cymhleth.
Ffigur 1 Prosesau allweddol meteleg powdr ar gyfer bylchau aloi twngsten
Y broses sintering yw'r allwedd i sicrhau bod yr aloi twngsten yn cyflawni'r dwysedd, cryfder ac eiddo eraill gofynnol. Defnyddir sintro dau-gam [4] yn eang: mae'r cam cyn-sintro fel arfer yn rheoli'r tymheredd ar 1000-1200 gradd . O fewn yr ystod tymheredd hwn, bydd metelau pwynt toddi isel fel copr a haearn yn cyrraedd cyflwr hylifol ac yn cael eu tryledu fesul cam solet gyda'r gronynnau powdr twngsten o'u cwmpas, gan osod lleoliad y gronynnau powdr aloi twngsten a'u llenwi'n gyfartal, gan gyflawni siapio gwag. Nesaf yw'r cam sintro tymheredd uchel, lle mae adweithiau cyfnod solet a hylif yn digwydd rhwng y gronynnau powdr, gan ffurfio strwythur aloi twngsten trwchus yn y pen draw. Mae rheoli tymheredd ac amser sintro yn chwarae rhan bendant ym mherfformiad y cynnyrch. Os yw'r amser sintering yn rhy hir, bydd maint y grisial twngsten yn cynyddu, gan effeithio ar ddwysedd a pherfformiad cyffredinol yr aloi; os yw'r tymheredd yn rhy uchel, bydd yn achosi i fetelau pwynt toddi isel fel copr a haearn anweddoli, gan leihau dwysedd a chryfder mecanyddol yr aloi. Mae'r tymheredd sintro yn cael ei reoli'n gyffredinol tua 1400 gradd, ac mae sintro cyn sintro a thymheredd uchel fel arfer yn cael eu cynnal mewn amgylchedd gwactod neu nwy anadweithiol i leihau ocsidiad ac anweddolrwydd aloion pwynt toddi isel. Proses gyffredin yw cyn-tanio'r powdr twngsten ffurfiedig yn wag ar 1200 gradd am 1 awr mewn atmosffer hydrogen i roi cryfder a dargludedd penodol iddo, ac yna perfformio sintro hunan-ymwrthedd gan ddefnyddio'r gwres a gynhyrchir gan wrthwynebiad y gwag ei hun i hyrwyddo sintro ymhellach.
2.2 Proses Gweithgynhyrchu Ychwanegion
Dim ond bylchau â siapiau cymharol reolaidd y gall dulliau meteleg powdr traddodiadol eu cynhyrchu. Ar gyfer rhannau aloi twngsten â strwythurau cymhleth, yn enwedig y rhai â cheudodau cymhleth, mae angen prosesu cymhleth o hyd ar ôl ffurfio gwag i fodloni'r gofynion rhan o'r diwedd. Ar hyn o bryd, nid oes unrhyw ddulliau prosesu a ffurfio effeithiol ar gyfer ceudodau mewnol caeedig cymhleth, sy'n cyfyngu ar ddyluniad rhannau aloi twngsten. Mae technoleg gweithgynhyrchu ychwanegion yn darparu ateb newydd ar gyfer dylunio a gweithgynhyrchu rhannau aloi twngsten. Mae technolegau gweithgynhyrchu ychwanegion metel a ddefnyddir yn gyffredin yn cynnwys toddi laser dethol (SLM), stereoforming laser (LSF), gweithgynhyrchu ychwanegion arc trydan (WAAM), toddi laser dethol gwely powdr (L-PBF), a dyddodiad ynni cyfeiriadol laser (L{-DED) [5, 6]. Dangosir cymhariaeth o fanteision ac anfanteision gwahanol brosesau gweithgynhyrchu ychwanegion ar gyfer gweithgynhyrchu rhannau aloi twngsten yn Nhabl 1. Gall SLM gynhyrchu rhannau â geometreg gymhleth, ond mae ganddo broblemau megis arwyneb garw, straen gweddilliol interlayer mawr a maint rhan cyfyngedig, ac mae'n addas ar gyfer gweithgynhyrchu rhannau bach; Gall LSF gael strwythur dirwy, unffurf a thrwchus, gwella priodweddau mecanyddol a gwrthiant cyrydiad deunyddiau, ond pan nad yw paramedrau'r broses yn cyfateb, mae diffygion megis ymasiad gwael yn yr haen a adneuwyd yn hawdd i'w gweld; Mae WAAM yn addas ar gyfer gweithgynhyrchu rhannau strwythurol awyrofod integredig ar raddfa fawr, gyda chyfradd ffurfio uchel a dwysedd uchel, ond mae ansawdd wyneb y rhannau ffurfiedig yn wael. Dangosir rhan aloi twngsten nodweddiadol a weithgynhyrchir gan dechnoleg gweithgynhyrchu ychwanegion yn Ffigur 2. O'i gymharu â'r dull meteleg powdr traddodiadol, mae gan weithgynhyrchu ychwanegion fanteision amlwg wrth weithgynhyrchu rhannau aloi twngsten cymhleth. Gall nid yn unig baratoi rhannau â strwythurau a cheudodau cymhleth i gwrdd â gofynion dylunio arbennig, ond hefyd gwireddu'r haen -yn ôl-dyddodiad deunyddiau, gwella'r defnydd o ddeunyddiau a lleihau costau[7]. Tabl 1. Cymhariaeth o Fanteision ac Anfanteision Rhannau Alloy Twngsten a Gynhyrchir gan Brosesau Gweithgynhyrchu Gwahanol Ychwanegion
a) Grid gwrth{0}}gwasgaru
b) Rhannau mandyllog
Ffigur 2. Rhannau aloi twngsten nodweddiadol a weithgynhyrchir gan ddefnyddio technoleg gweithgynhyrchu ychwanegion
2.3 Cymharu Proses a Dethol
Ar hyn o bryd meteleg powdwr a gweithgynhyrchu ychwanegion yw'r ddau brif ddull ar gyfer gweithgynhyrchu bylchau rhan aloi twngsten, pob un â'i fanteision a'i anfanteision ei hun wrth baratoi'n wag. Dangosir cymhariaeth o brosesau paratoi gwag aloi twngsten yn Nhabl 2. Mae meteleg powdwr yn gymharol fwy aeddfed, yn cynhyrchu deunyddiau â dwysedd gwell ac yn cynnig manteision mewn cynhyrchu màs sefydlog. Mae gweithgynhyrchu ychwanegion yn broses newydd a ddatblygwyd yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gyda gwahanol lwybrau proses deilliadol, ac mae ganddo fanteision gweithgynhyrchu rhannau strwythurol gyda cheudodau cymhleth.
Tabl 2. Cymhariaeth o Brosesau Paratoi Gwag Aloi Twngsten
Er mwyn cyflawni perfformiad cynhwysfawr uwch, mae rhannau aloi twngsten mewn meysydd ymyl torri megis awyrofod, amddiffyn, diwydiant niwclear, offer meddygol, ac electroneg yn tueddu i fod â nodweddion strwythurol mwy cymhleth, gan gynnwys waliau tenau, arwynebau crwm, a strwythurau mandyllog, na all dulliau meteleg powdr traddodiadol eu trin. Mae cynhyrchu rhannau aloi twngsten pur, dwysedd uchel yn uniongyrchol gan ddefnyddio gweithgynhyrchu ychwanegion yn dal i wynebu sawl her dechnegol. Mae argraffu allwthio powdr (PEP), sef technoleg argraffu 3D anuniongyrchol metel sy'n cyfuno argraffu 3D a meteleg powdr, yn defnyddio powdr aloi twngsten gyda rhwymwr. Mae'r powdr yn cael ei siapio gan ddefnyddio offer argraffu 3D ac yna'n cael ei bostio trwy ddadrwymo a sintro meteleg powdwr, gan gynhyrchu rhannau strwythurol dwysedd uchel, perfformiad uchel yn y pen draw. Mae'r dechnoleg hon yn darparu ateb newydd i anawsterau peiriannu aloion twngsten a chynhyrchu strwythurau cymhleth. Mae ei-ffurfio tymheredd isel a-nodweddion gosod tymheredd uchel yn datrys problemau megis anffurfio, cracio, a gwagleoedd sy'n hawdd dod ar eu traws mewn prosesau argraffu 3D eraill o aloion twngsten yn effeithiol.
RHAN.03
Peiriannu Rhannau Aloi Twngsten
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) yn arwain at gyfradd gwisgo offer cyflym iawn yn ystod peiriannu, gan effeithio ar gywirdeb peiriannu a bywyd offer. Mae bywyd offer ac effeithlonrwydd peiriannu yn ffactorau allweddol i'w hystyried wrth beiriannu. Mae gan aloion twngsten ddargludedd thermol cymharol isel, ac mae'n anodd gwasgaru'r gwres a gynhyrchir wrth dorri'n gyflym. Mae'r ymyl flaen yn gweithio ar dymheredd uchel, sy'n cynhyrchu straen thermol yn hawdd, gan arwain at ddadffurfiad offer a mwy o draul [8]. Mae sglodion aloi twngsten yn ronynnog, gan wneud tynnu sglodion yn anodd. Maent yn tueddu i gronni yn yr ardal dorri, gan ffurfio ymylon sglodion, gan effeithio ar ansawdd wyneb y rhannau wedi'u peiriannu, a gallant hefyd niweidio'r offeryn a'r offeryn peiriant. Dangosir cymhariaeth o offer torri a pharamedrau proses ar gyfer rhannau aloi twngsten yn Nhabl 3. Mewn arfer peirianneg, offer PCBN yw un o'r dewisiadau gorau. Dangosir rhannau aloi twngsten nodweddiadol sy'n cael eu prosesu trwy dorri yn Ffigur 3. Tabl 3 Cymhariaeth offer torri a pharamedrau proses ar gyfer rhannau aloi twngsten Ffigur 3 Rhannau aloi twngsten nodweddiadol wedi'u prosesu trwy dorri RHAN.04 Malu rhannau aloi twngsten Mae malu, fel dull torri micro, yn addas ar gyfer prosesu deunyddiau aloi twngsten uchel megis caledwch. Dangosir malu olwyn malu yn Ffigur 4. Mae'r olwyn malu yn cynnwys grawn sgraffiniol, mandyllau a rhwymwyr yn bennaf mewn cymhareb benodol. Mae gan ei grawn sgraffiniol nodweddion ongl aflem, fel arfer yn yr ystod o 90 gradd i 120 gradd. Yn ystod y broses malu o aloion twngsten, mae'r deunydd malu canlyniadol yn ronynnog. Oherwydd ei gludedd a'i wydnwch cymharol isel, mae'r sglodion yn gymharol hawdd i'w tynnu ac nid ydynt yn rhwystro mandyllau'r olwyn malu yn hawdd [9]. Felly, wrth malu aloion twngsten, gellir defnyddio olwynion malu â mandyllau mwy i wella effeithlonrwydd malu ac ansawdd prosesu. Yn yr ardal malu, mae'n hawdd cronni gwres malu, a all arwain at losgiadau malu. Er mwyn delio'n effeithiol â'r broblem hon, mae angen mabwysiadu mesurau oeri gorfodi llif uchel a llif uchel i gael gwared ar y gwres a gynhyrchir yn ystod y broses malu mewn pryd a lleihau'r anffurfiad thermol a straen thermol yn yr ardal malu. Fel arfer, mae emylsiynau dŵr yn cael eu dewis fel hylifau torri i sicrhau bod yr effaith oeri yn cyrraedd y cyflwr gorau. Dangosir y detholiad o baramedrau proses malu ar gyfer rhannau aloi twngsten yn Nhabl 4. Ffigur 4 Diagram sgematig o olwyn malu Tabl 4 Dewis paramedrau proses malu ar gyfer rhannau aloi twngsten Twngsten pur neu twngsten-nicel-Mae gan rannau aloi copr fagnetedd isel. Ar gyfer rhannau waliau tenau, mae'n anodd eu trwsio'n ddibynadwy â chucks electromagnetig traddodiadol. Gellir ystyried gosodiadau arsugniad gwactod [10] ar gyfer clampio. Dangosir y gosodiad lleoli arsugniad gwactod ar gyfer rhannau aloi twngsten yn Ffigur 5. Ffigur 5. Diagram sgematig o osodiad lleoli arsugniad gwactod ar gyfer rhannau aloi twngsten
RHAN.05
Peiriannu EDM Wire o Rannau Alloy Twngsten
Mae gan aloion twngsten ymdoddbwyntiau uchel a chaledwch uchel, a gellir eu peiriannu gan ddefnyddio offer caledwch uchel megis offer gorchuddio, offer PVD, ac offer ceramig. Fodd bynnag, mae'r offer hyn yn profi traul sylweddol, gan ei gwneud hi'n anodd peiriannu nodweddion fel mandyllau, holltau cul, a thyllau siâp afreolaidd gan ddefnyddio'r offer traddodiadol hyn. Mae peiriannu rhyddhau trydan gwifren (EDM) yn broses beiriannu arbennig. Ei egwyddor sylfaenol yw defnyddio gwifren electrod metel mân sy'n symud yn barhaus (gwifren gopr neu folybdenwm fel arfer) i gynhyrchu gollyngiadau gwreichionen pwls rhwng y gweithle a'r darn gwaith. Mae'r tymereddau a gynhyrchir yn nodweddiadol mor uchel â 8000-12000 gradd, yn ddigon i doddi neu hyd yn oed anweddu deunydd wyneb yr aloi twngsten, a thrwy hynny gyflawni torri'r darn gwaith. Mae'r symudiad cymharol rhwng y wifren electrod a'r darn gwaith yn caniatáu i'r broses dorri gyfan ffurfio'r siâp a ddymunir ar wyneb y gweithle. Mae Ffigur 6 yn dangos peiriannu tyllau siâp afreolaidd ar aloi twngsten yn wag gan ddefnyddio gwifren EDM. Defnyddir Wire EDM i brosesu rhannau aloi twngsten. Mae'r tymheredd uchel yn achosi newid yng nghyfnod grisial yr arwyneb aloi twngsten wrth dorri, gan arwain at haen wedi'i addasu sy'n diraddio priodweddau unigryw'r aloi twngsten. Defnyddir dull "torri-un-trwsio-tri" yn ystod prosesu, gan leihau'n raddol y dyfnder torri a pharamedrau pŵer curiad y galon i atgyweirio'r haen wedi'i haddasu.
Ffigur 6: Peiriannu tyllau afreolaidd ar aloi twngsten yn wag gan ddefnyddio gwifren EDM
RHAN.06
Casgliad Mae'r papur hwn yn astudio ac yn crynhoi'r paratoi gwag, dulliau prosesu cyffredin, ac anawsterau prosesu rhannau aloi twngsten manwl. Wrth baratoi'n wag, mae meteleg powdr yn gymharol fwy aeddfed, yn cynhyrchu deunyddiau â dwysedd gwell ac yn cynnig manteision mewn cynhyrchu màs sefydlog. Mae gweithgynhyrchu ychwanegion, proses gymharol newydd a ddatblygwyd yn ystod y blynyddoedd diwethaf, wedi silio amrywiol lwybrau proses ac mae ganddo fanteision gweithgynhyrchu rhannau strwythurol gyda cheudodau cymhleth. Wrth dorri, mae gan offer PCBN fanteision, gan gyflawni bywyd offer uchel a lleihau effaith gwisgo offer ar gywirdeb peiriannu. Mae technoleg malu yn fanteisiol ar gyfer peiriannu arwynebau rheolaidd, gan gyflawni ansawdd wyneb uwch. Ar gyfer nodweddion twll a rhigol, mae gwifren EDM yn cynnig effeithlonrwydd prosesu uchel. Gall y broses baratoi gwag uchod, yn ogystal â dulliau torri, malu a thorri gwifren, wella ansawdd gweithgynhyrchu ac effeithlonrwydd cynhyrchu rhannau aloi twngsten manwl yn effeithiol, gan ddarparu cymorth technegol ar gyfer datblygu diwydiannau cysylltiedig.
