Tehnologie i echipament de fabricaie prin metalurgia pulberilor a pieselor din industria automotive

CAPITOLUL 1. Consideraii generale privind fabricaia prin metalurgia pulberilor

n seria procedeelor de prelucrare dimensional a metalelor au ptruns, din ce n ce mai mult tehnologiile de prelucrare prin agregare de pulberi metalice, care, n ultimele dou decenii, au dobndit largi aplicaii n toate ramurile industriei. Aceste tehnologii, spre deosebire de cele clasice - bazate pe procesele de topire, turnare i deformare plastic a metalelor- constau n obinerea i utilizarea pulberilor metalice, ca atare, sau sub forma produselor compactizate i sinterizate.

n esen, prelucrarea prin agregare de pulberi const din urmtoarele etape principale: a) obinerea pulberilor de metale (sau combinaii metalice i metaloide); b) amestecarea pulberilor de diferite tipuri; c) compactizarea (n general prin presare) a pulberilor omogenizate, n anumite forme i dimensiuni; d) tratamentul termic al semifabricatelor i pieselor rezultate prin compactizare; e) prelucrri mecanice de rectificare i superfinisare. Pulberea este materialul alctuit din particule (granule) de metale pure, aliaje, de compui intermetalici sau de amestecuri mecanice ale mai multor componeni i ale cror dimensiuni pot varia n limitele 0,1...1000 m. Mrimea granulelor utilizate n agregarea pulberilor, pe scar industrial, este ns cuprins n limite mai restrnse (1...400 m).

Cuvinte cheie: pulberi metalice, particule, comprimare, sinterizare, agregate,etc.

Sursa: Carte de Ingineria Materialelor Conf.dr.ing.Vasile Bratu PROPRIETI FIZICO-CHIMICE ALE PULBERILOR METALICE Pulberile metalice se caracterizeaz printr-o serie de proprieti fizico-mecanice i chimice care determin n mare msur proprietile finale ale produselor obinute prin agregarea de pulberi. Dintre aceste proprieti sunt mai importante urmtoarele :

a) Forma particulelor apreciat pe baza raportului dintre cele trei dimensiuni ale particulelor. Dup form, particulele de pulberi pot fi :

fibroase sau aciculare, a cror lungime depete cu mult celelalte dou dimensiuni (l b h);

lamelare (plate), la care lungimea i limea sunt de acelai ordin de mrime i depesc cu mult grosimea (l b h);

- echiaxiale (poliedrice sau sferoidale), la care toate cele trei dimensiuni sunt aproximativ egale (l b h ).

b) Calitatea suprafeei, care poate fi neted i regulat sau neregulat (rugoas). Majoritatea pulberilor au suprafa neregulat, ceea ce uureaz de altfel tendina de agregare (compactare).

c) Structura intern a particulelor se poate prezenta sub aspect spongios, dendritic sau compact; uneori, n interior, granulele de pulberi pot prezenta macropori nchii sau deschii. Mrimea, forma i structura intern a particulelor depind n cea mai mare msur de metodele de elaborare a pulberilor metalice. d)Repartiia granulometric. De regul, se obin prin diverse limite, neexistnd posibilitatea de obinere a unor pulberi monogranulare. d) Volumul de umplere Vu este volumul ocupat de 100 g de pulbere vrsat liber ntr-un vas de msurare.

e) Densitatea de umplere u, n g/cm3, calculat direct din volumul de umplere cu relaia u =100 [g / cm3 ](1.1)

Vu

g) Compactitatea de umplere Cu, n %, arat ct din volumul ocupat aparent de pulbere este ocupat efectiv de materialul solid, restul pn la 100% fiind porozitatea total Pu (de umplere).Cu= u 100;[%]; P = 100 Cu[%](1.2)

mu

unde m este densitatea materialului pulberii.

h) Densitatea de presare p , n g/cm3, i compactitatea de presare Cp, n %, pot fi calculate pentru o anumit presiune de compactizare p, n 104 N/cm3, din masa i volumul produsului astfel presat.

n stadiul actual al dezvoltrii metalurgiei pulberilor, principalele direcii de folosire a pulberilor metalice sunt :

a) folosirea pulberilor metalice pentru depuneri anticorozive, refractare sau rezistente la uzur, pe suport metalic din font, oel sau neferoase; b) utilizarea pulberilor metalice din oeluri rapide i aliaje dure n procesele de presare-sinterizare i de presare izostatic pentru obinerea de semifabricate destinate executrii de scule i matrie; c) aplicaiile pulberilor pe baz de cupru, fier i aluminiu pentru confecionarea materialelor antifriciune poroase cu autolubrifiere (lagre, plcue pentru discuri de frn etc.); d) diverse produse realizate prin sinterizare, de exemplu filtre pentru gaze i lichide, obinute din pulberi de oeluri anticorozive, nichel, bronz, alam etc., precum i magnei din pulberi de fier aliate cu pulberi de siliciu (FeSi), cu nichel (FeNi), cu cobalt (FeCo) i cu molibden (FeMo);

e) utilizarea pulberilor metalice n tehnica obinerii de cermei de tipul UO2-Al i UC-Al, pentru bare de combustie nuclear, de tipul B4C-Al, folosite ca bare de reglare pentru reactoarele nucleare sau de tipul Mo-ZrO2 pentru navete spaiale;

f) aplicaii foarte largi cu pulberi metalice pe baz de nichel (Ni-Cr-Si; Ni-Cr; Ni-Si; Ni-B-Si), carburi (WC-Co) i pe baz de crom-nichel pentru depuneri pe suprafee metalice, n vederea obinerii de piese metalice cu proprieti de rezisten la uzare, duritate, rezistene la oboseal, la coroziune, refractaritate etc. Prin utilizarea pulberilor de depunere devine posibil obinerea pieselor n construcia de maini din aliaje curente (font, oel-carbon sau slab aliat), care apoi sunt acoperite prin pulverizare cu depuneri metalice pentru obinerea unor structuri superficiale cu caracteristicile solicitate de funcionalitatea acestor piese. O asemenea tehnic prezint avantaje remarcabile n privina economisirii metalelor i aliajelor deficitare, ofer posibilitatea recondiionrii pieselor uzate, prin remprosptarea stratului superficial i remanierea unor defecte de turnare sau de prelucrare a pieselor suport. Principalele avantaje tehnico-economice ale obinerii pieselor prin presare-sinterizare sunt: economii mari de metal (pierderile prin prelucrare ulterioar sunt de numai 1-3%, pe cnd la metodele clasice de obinere a pieselor prin turnare sau deformare plastic variaz n limitele 20-80%);

se pot obine piese la dimensiunea dorit, fr s fie necesare

rectificri;

obinerea unor compoziii i structuri precise i uniforme n ntreaga mas a pieselor finite; productivitate foarte nalt, prin mecanizarea i automatizarea foarte avansat a proceselor tehnologice. Este de menionat, ns, c exist i unele dezavantaje, n stadiul actual, ale tehnologiilor de prelucrare prin agregare de pulberi, dintre care sunt de menionat: costul ridicat al pulberilor; limitele impuse de complexitatea formei geometrice a pieselor; nu se pot obine piese prea mari; costul ridicat al matrielor de presare (care se amortizeaz numai n cazul produciei de serie mare).

1.2 PROCEDEE DE ELABORARE A PULBERILOR METALICE

n stadiul actual al dezvoltrii metalurgiei pulberilor exist un numr apreciabil de procedee i tehnici de obinere a pulberilor metalice, care depind de natura materialelor metalice de pornire, de tehnicile de prelucrare ulterioar a pulberilor, de forma i caracteristicile pulberilor i de calitatea pieselor formate prin agregare de pulberi. Dintre aceste procedee i tehnici sunt de menionat urmtoarele:

1.2.1. Mcinarea n mori cu bile i vibratoare. Procedeul utilizeaz morile cu bile clasice, pentru obinerea unui numr restrns de pulberi, cum sunt pulberile de feroaliaje, de metale dure, de prealiaje casante, la mcinarea achiilor de font sau oel casante. Mcinarea n mori vibratoare cu bile se aplic n special la fabricarea pulberilor fine de aluminiu, a carburii de wolfram i de titan sau a pulberii fine de grafit.

1.2.2. Metoda carbonil se aplic pentru obinerea pulberilor metalice din faz gazoas (pulberi de Fe, Ni, Co, Cr, Mo, W, .a.). Prin tratarea metalului respectiv, n anumite condiii de temperatur i presiune cu CO, se obine carbonilul metalului dup reacia nM + m ( CO ) M n ( CO)mCarbonilul rezultat are proprietatea de a se vaporiza la temperaturi foarte sczute, descompunndu-se n pulbere de metal i CO, conform reaciei:M n ( CO ) m nM + m ( CO)Prin descompunerea unui amestec de carbonil se pot obine direct pulberi de aliaje (Fe-Co, Fe-Ni, Fe-Mo, Ni-Co). Pulberile rezultate prin aceast metod sunt foarte fine i deosebit de pure, fiind utilizate n special pentru obinerea materialelor magnetice sinterizate.

1.2.3. Metoda electrolitic permite, de asemenea, obinerea de pulberi de mare puritate, chiar i n cazul utilizrii de materii prime mai puin pure. Metoda se bazeaz pe elecroliza soluiilor de sruri metalice, rezultnd prin depunerea metalului un catod poros , care se transform n pulbere prin mcinare. Dezavantajul principal al metodei l constituie costul ridicat al pulberii.1.2.4. Pulverizarea din faz lichid n curent de gaz (procedeul atomizrii) const n pulverizarea unui jet de metal lichid n curent de aer sau gaz inert (argon) ntr-o incint nchis etan. Prin acest procedeu se obin, de regul, pulberi sferoidale, cu o productivitate mare (3-10 t/h). n cazul obinerii de pulberi sferoidale (fig. 4.1) de nalt puritate din oeluri anticorosive i refractare, rapide sau superaliaje pe baz de nichel, cobalt .a., se utilizeaz procedeul de pulverizare n jet de argon.

Procedeul const, n esen, n topirea aliajului ntr-un cuptor de inducie, n vid. Dup topirea aliajului, n recipientul de lucru vidat, n prealabil, se introduce argon, pn la presiunea atmosferic i aliajul topit se evacueaz , pe la fundul cuptorului de induc ie, printr-o plnie intermediar, confecionat din material refractar, nclzit cu o rezisten electric pn la 13000C, de unde se scurge apoi sub forma unui jet continuu n dispozitivul de pulverizare cu jeturi de argon. Aici, sub aciunea jeturilor de argon, jetul de metal topit este spart n picturi fine, care n cdere n recipientul de lucru, se solidific i se r cesc, rezultnd pulberea care se colecteaz n containerul de la baza instalaiei (fig. 1.2)

Instalaia este dotat cu sisteme de vidare, recirculare i purificare a argonului.ncrctura metalic a cuptorului cu induc-ie n vid este alctuit, de preferin, din bare sau lingouri de aliaje topite i turnate n vid, avnd compoziia chimic a pulberilor metalice. Schema de principiu a pulverizrii cu gaz inert este dat n fig. 1.3, din care rezult c procesul este determinat de un complex de factori :

a) Proprietile metalului lichid: compoziia chimic,

vscozitatea , tensiunea superficial , gradul de supranclzire, viteza de curgere a metalului lichid, diametrul jetului de lichid d i lungimea jetului F.b) Parametrii agentului de atomizare: presiu-nea p, viteza de curgere v, debitul Q al gazului, un-ghiul de nclinare al jetului de gaz , lungimea jetului de gaz E i diametrul ajuta-jului prin care iese jetul de gaz.

c) Parametrii incintei de pulverizare: nlimea spaiului de atomizare H, diametrul interior al incintei, mediul de rcire. Unul din elementele active ale instalaiei de atomizare este ajutajul de pulverizare. n practic, se utilizeaz o di-versitate de tipuri de ajutaje, alegerea acestora fiind de-terminat de propriet ile fizico-chimice ale aliajului lichid, de caracteristicile pulberii (form, finee) i de compoziia granulometric a acestora. Pentru atomiza-rea aliajului greu fuzibil (fonte, oeluri, aliaje pe baz de nichel i cobalt) sunt recomandate ajutajele cu jet turbionar convergent, la care introducerea gazului n camera de alimentare a jetului se face tangenial, iar jetul de metal lichid are forma unui con convergent, care atac jetul sub un unghi (fig. 1.3).Diametrul jetului de gaz poate fi reglat n limitele 0,25...1,0 mm.

Fineea particulelor de pulbere crete cu mrimea presiunii gazului, a unghiului , cu temperatura metalului lichid i cu scderea diametrului de metal lichid d, diametrul jetului de gaz i lungimii jetului de metal F. Unghiul , n cazul atomizriialiajelor greu fuzibile, variaz ntre 18 i 28o.

Pulverizarea centrifugal cu fascicul de electroni (procedeul EBDR = Electron Beam Rotating Disc). Instalaia (fig. 1.4) este alctuit dintr-o camer de topire 1, prevzut cu manta de rcire, n care se face vid naintat (10-4 mbar) i n care are loc topirea electrodului consumabil 2, n contact cu fasciculele de electroni, obinute cu ajutorul unor tunuri electronice

(electron guns) 3.

Fig. 1.3 Schema de principiu a pulverizrii cu gaz inert.

Fig. 1.2 Instalaie de pulverizare (atomizare) n jet de argon: 1 - pompe de vid; 2 - cuptor de inducie n vid cu evacuare prin vatr; 3 - pupitru de comand; 4 - dispozitiv de atomizare (ajutaj); 5 - alimentare cu argon; 6 - recipient de lucru; 7 - evacuarea argonului; 8 - container de colectare a pulberilor

Fig. 1.4 Schema instalaiei de pulverizare prin procedeul centrifugal cu fascicul de electroni (EBDR) : 1 - camer de topire; 2 - electrod consumabil; 3- racord la tunuri de electroni; 4 - disc rotativ; 5 - plac de deviere; 6 - camer de colectare; 7 - container;8 - instalaie de vidare; 9 - instalaie de for; 10 - circuit de ap de rcire

1.3 TEHNOLOGII DE OBINERE A PRODUSELOR PRIN AGREGARE DE PULBERI

Procesul tehnologic de fabricare a produselor prin agregare de pulberi comport urmtoarele operaii principale: a) pregtirea pulberii sau a amestecurilor de pulberi pentru formare; b) formarea semifabricatelor sau produselor; c) sinterizarea semifabricatelor; d) operaii suplimentare i e) controlul produselor sinterizate.

Din diversitatea de procedee de formare sunt de reinut :

1.3.1 Procedeul prin presare-sinterizare. n acest caz, pulberea sau amestecul de pulbere sunt presate n matrie, confecionate din oeluri speciale, carburi metalice sau materiale ceramice, aplicndu-se principiul presrii:

Fig. 1.5Principiul

presrii

unilaterale(a)i

bilaterale(b):1 -

manta; 2-poanson

superior;3-poanson

inferior;4-piesa

presat; 5 - arc.

unilaterale sau bilaterale (fig. 1.5). n cel de-al doilea caz, se obin piese cu omogenitate mai mare. Presiunea necesar pentru compactizare este de (2...10) 104 N/cm2.

Pentru a se reduce frecarea n timpul scoaterii pieselor formate din matri, pulberile se amestec cu lubrifiani (stearai de zinc, staniu, calciu, stron iu etc.) n proporie de 0,5-1%. Uneori, n amestecul de pulberi se folosesc i liani n proporie de 1...5%, care au rolul de a mri adeziunea ntre particulele de pulbere.

Pentru presarea pulberilor n matri se utilizeaz prese mecanice i hidraulice de mare putere. Cel mai frecvent se folosesc presele mecanice, cu fore de presare ce nu depesc 2500 kN i care au randamente ridicate (10...30 piese/ minut). Presele de formare a pulberilor se caracterizeaz prin automatizarea nalt a operaiilor de umplere cu pulbere a matriei, presarea i scoaterea piesei formate. Piesele formate prin presare se supun operaiei de sinterizare, care se realizeaz prin nclzire la o temperatur ega sau superioar temperaturii de recristalizare, practic la 0,75 ...0,80 din temperatura de topire a componentului principal. n urma sinterizrii, se mrete rezistena mecanic prin formarea unei legturi continue n masa produsului.

Durata de sinterizare se coreleaz cu dimensiunea pieselor, variind ntre 30 i 80 min. Mediul folosit poate fi reductor, oxidant, carburant, neutru i de nitrurare.

Pentru sinterizare, se utilizeaz cuptoare speciale i instalaii anexe pentru prepararea mediilor protectoare. Cuptoarele trebuie s ndeplineasc unele condiii: asigurarea unor temperaturi precise n diferite zone de lucru, siguran n exploatare, randamente nalte, consumuri reduse de energie.Dintre cuptoarele frecvent utilizate pentru sinterizarea pulberilor sunt

de reinut :

Fig.1.6. Cuptor tubular cu band transportoare sau role :1 - platform de nc rcare; 2 - perdea de flacr; 3 - hot de aspiraie; 4 - mecanism pentru ua intermediar; 5 - u de evacuare; 6 - band transportoare; 7 - tambur;

8 - rcitor; 9 - camera de lucru; 10 - elemente de nclzire; 11 - antecamer; 12 - elemente de nclzire n zona de prenclzire; 13 - mecanism de avans.

a) Cuptorul tubular cu band transportoare (fig. 1.6) are un regim

continuu de funcionare i randament productiv ridicat. Piesele presate sunt nclzite pn la sinterizare ntr-un cuptor tubular cu rezisten electric, de regul, n mediu de gaz protector (azot, argon), fiind deplasate, de pe o platform de ncrcare, n camera de lucru, cu ajutorul unei benzi transportoare. Dup procesul de sinterizare, piesele sunt evacuate din cuptor printr -o u amplasat n partea opus a zonei de ncrcare. Cuptorul este prevzut cu sisteme de reglare automat a temperaturii de lucru i a vitezei de deplasare a benzii transportoare.

b) Cuptorul tip clopot (fig. 1.7) se utilizeaz la sinterizarea pieselor mari i a discurilor de friciune. Pentru nclzire, se folosesc elemente rezistive din grafit, molibden sau tantal, cu care se pot obine temperaturi foarte nalte (1400...24000C). Dei sunt cuptoare discontinue, agregatele de acest tip au randamente productive foarte nalte datorit ciclurilor scurte de lucru i a gradelor ridicate de automatizare. Cuptorul este prevzut, de asemenea, cu sisteme de reglare automat a temperaturii i a ciclului de lucru. Cuptoarele de acest gen pot lucra n atmosfer controlat de gaz inert (Ar sau He) sau n vid, fiind utilizate, n afara proceselor de sinterizare a pulberilor, i la tratamente termice.

Fig.1.7 Cuptor de sinterizare tip clopot cu nclzire rezistiv : 1 - clopot interior din oel refractar; 2 - ncrctur; 3 - jgheab de nchidere cu ulei; 4 - plac de baz; 5 - jgheab de nchidere cu nisip fin; 6 - recipient (clopot) exterior; 7 - rezisten electric; 8 - inel de ridicare.

c) Cuptorul cu nclzire inductiv (fig. 1.8) asigur nc lzirea rapid, temperaturi nalte (max. 2200 0C) i posibilitate de lucru n aer, n vid sau n atmosfer de gaz inert. Frecvena de lucru pe circuitul de medie frecven este cuprins n gama 500...4000 Hz. Cuptoarele cu inducie pot fi folosite att pentru sinterizarea pulberilor ct i pentru tratamente termice.

1.3.2. Procedeul prin presare izostatic. Procesele de presare izostatic (HIP = Hot Isostatic Pressing) au gsit n ultimul deceniu largi aplicaii, depindu-se faza experimentrilor de laborator i de pilot, prin realizarea de uniti industriale, cu performane tehnice deosebite i productivitate nalt.n esen, presarea izostatic este un procedeu de prelucrare termomecanic, care const n aplicarea unor presiuni izostatice foarte ridicate (500...10000 bar), cu ajutorul unui mediu fluid (lichid sau gaz) pe fe ele unui corp metalic, n scopul compactrii acestuia. Procedeul se aplic att la compactarea pulberilor metalice sau nemetalice introduse capsule (containere) din tabl, ct i pieselor turnate, din oeluri i alte aliaje speciale. Presarea izostatic se aplic cu rezultate remarcabile la compactarea pulberilor din oeluri rapide, anticorozive i refractare, superaliaje pe baz de nichel, precum i a carburilor dure i a materialelor compozite. n privina compactrii pieselor turnate de precizie, este de reinut c acest procedeu a gsit, n prezent, largi aplicaii n tehnologiile de obinere a pieselor din superaliaje pe baz de nichel i aliaje de aluminiu i titan, destinate n special industriei aeronautice. Utilajul de baz - presa izostatic - este un recipient (fig. 1.9) de nalt presiune 1, nchis la ambele capete cu saboii de nchidere 2 i 3, n care se introduce mediulde presare izostatic, de regul un gaz inert (argon), la presiuni cuprinse ntre 500 i 10000 de bar. Piesele supuse compactrii (containerul cu pulberi sau piesele turnate), introduse n recipientul de presiune pe un suport-grtar 7, sunt nclzite la temperatura optim de compactare cu ajutorul unei rezistene electrice, protejat la exterior cu ecranul termic 4. Temperatura elementului de nclzire rezistiv este controlat cu ajutorul mai multor termoelemente 8, introduse radial, prin peretele recipientului de presiune, n scopul nregistrrii gradienilor de temperatur pe vertical. Presiunea izostatic din interiorul recipientului se transmite uniform pe toate feele piesei de compactat. Presarea izostatic se poate realiza la rece sau la cald. Ca fluid de presiune, n cazul presrii izostatice la rece, se utilizeaz apa, uleiul sau aerul. La presarea izostatic la cald, agregatul de presiune este un gaz inert (argon sau heliu). Fluidul de presiune este introdus n recipientul 1 cu ajutorul pompelor de mare presiune (pentru lichide) sau cu ajutorul compresoarelor (pentru gaze). Ca elemente de nclzire rezistiv se folosesc, n funcie de temperatura de nclzire i de fluidul de presiune, rezistene din aliaje Ni-Al-Fe, molibden, kanthal sau de grafit. Rezistenele din molibden i grafit se folosesc la temperaturi nalte (1400... 1800 0C) i n atmosfer de gaz inert., n special la compactarea pulberilor i pieselor turnate din superaliaje pe baz de nichel. Rezistenele din aliaje Ni- Al-Fe se utilizeaz la temperaturi de maximum 1000 0C, fiind destinate prelucrrii aliajelor de aluminiu i titan. Este de menionat c s-au realizat i prese cu nclzire inductiv care prezint avantajele unei fiabiliti ridicate i posibilitatea aducerii ntr-un timp foarte scurt la temperatura de regim.

Fig. 1.8. Cuptor cu inducie pentru sinterizri i tratamente termice :

1 - izolaie; 2 - inductor; 3 - creuzet; 4 - vizor; 5 - capac; 6 - racord electric

Capitolul 2 Proiectare unei matrie pentru formarea prin injecie n matri (MIM) a unei pieseTehnologia de injectare a pulberilor metalice s-a dezvoltat n baza metalurgiei pulberilor (PM powder metalurgy) i a turnrii de mare precizie.Avnd la baz cele dou procese i experiena injectrii materialelor plastice a fost posibil dezvoltarea procesului i obinerea unor rezultate superioare. Procesul standard de prelucrare a pulberilor (P.M.) const n compactarea unei mixturi ntr-o matri, cu o presiune uniaxil, evacuarea piesei din matri i sinterizarea acesteia.Diferenele existente ntre metalurgia pulberilor i procedeul de injectare a pulberilor metalice apar att n modul de concepie i proiectarea dispozitivelor utilizate pentru formarea geometric a piesei ct i n forma si compoziia mixturii utilizate n proces.Pulberea metalic utilizat n P.M.(metalurgia pulberilor) are urmtoarele proprieti:- granulaie grosolan, cu un diametru > 20100 m;- form neregulat a graunilor;- suprafee rugoase;- distribuie neregulat a grunilor n mixtur.

Fig.2.1 Pulbere metalic utilizata n P.M.(metalurgia pulberilor)Comparativ cu pulberea metalic utilizat n P.M., n procedeul M.I.M. se folosete o pulbere cu proprieti diferite:- granulaie foarte fin, cu un diametru < 20 m;- form sferic;- suprafee netede ale grunilor;- distribuie ordonat a particulelor.

Fig.2.2 Pulbere metalic utilizat n M.I.M.Complexitatea geometric a pieselor prelucrabile prin P.M. (metalurgia pulberilor) este ridicat, dar exist o anumit limitare datorat modului n care are loc eliminarea piesei din matri.Evacuarea piesei se face prin intermediul unui sistem de aruncare care acioneaz perpendicular pe planul de baz al matriei, ceea ce impune ca piesa s nu prezinte caviti sau guri cu suprafee paralele cu planul de baz, deoarece aruncarea acesteia nu ar mai fi posibil.Avnd n vedere aceste considerente este necesar proiectarea unor matrie de formare a pieselor care s elimine posibilitatea obinerii anumitor suprafee geometrice.Obinerea unor piese incomplete geometric conduce la mrirea timpului de prelucrare i a costurilor prin necesitatea unor operaii suplimentare pentru finalizarea pieselor.

a ) matri utilizat n metalurgia pulberilor

b) limitarea geometric a pieselor n metalurgia pulberilorFig.2.3. Metalurgia pulberilor-limitri geometrice ale pieselor

n fig.2.3 se observ c prelucrarea canalului n matri ar mpiedica evacuarea piesei, ceea ce determin ca prelucrarea acestuia s se realizeze printr-o alt operatie tehnologic. Injecia pulberilor metalice (MIM/PIM) este un proces de prelucrare la form finit a pieselor solide, care prezint o complexitate geometric ridicat, i se preteaz produciei de serie medie i mare.Procesul combin complexitatea geometric a pieselor injectate din materiale plastice cu proprietile mecanice ale pieselor realizate din materiale metalice sau nemetalice.Referatul i propune s determine principalele reguli de proiectare CAD a pieselor prelucrabile prin procedeul MIM, ct i s evalueze anumite grupe de piese tip i posibilitatea prelucrrii acestora prin injecie.Proiectarea pieselor injectabile din pulberi metalice implic aceleai condiii generale ca i proiectarea pieselor prelucrabile prin procedee clasice.

Fig.1.1 Soluia de proiectare i principalii factori de influe

Se impune respectarea anumitor orientri generale:- asigurarea fiabilitii produsului, adic ndeplinirea funciei impuse prin tema de proiectare, la un anumit nivel de calitate, un timp dat. De asemenea se impune asigurarea condiiilor de rezisten a produsului, cu aplicarea unor calcule de rezisten mecanic, la deformaii, uzur, temperatur etc., n care se consider solicitri i condiii funcionale i de mediu, caracteristici de materiale, dimensiuni i forme;- asigurarea celor mai avantajoase condiii tehnico-economice de realizare i exploatare, n ceea ce privete materialul utilizat, stabilirea formelor i dimensiunilor,gradul de tipizare, costurile de prelucrare i exploatare, randamentul, gabaritul, greutatea etc.;- respectarea regulilor tehnologice n proiectarea formei, n funcie de particularitile procesului MIM;- respectarea standardelor, normelor i a recomandrilor.Proiectarea formei produsului din punct de vedere tehnologic pleac de la funciile produsului i de la structura sa stabilit anterior, de la dimensiunile i cotele de relaie i poziie ale unor suprafee funcionale determinate prin calcul.Se poate afirma c o pies are o bun tehnologicitate sau a fost corespunztor proiectat tehnologic, dac uzinarea ei nu ridic probleme deosebite.Dup cum se tie, n fazele de proiectare, piesa (reperul, organul de main) primete forma impus de condiiile de funcionare. Din pcate, uneori, aspectul tehnologicitii formei este neglijat de proiectant, acesta nu totdeauna fiind n msur s aprecieze domeniul tehnologiei de fabricaie. Apare aici necesitatea consultrii dintre proiectant i tehnologul de fabricaie. Condiia dubl a preciziei funcionale alturi de minimizarea costului de fabricaie face necesar uneori chiar reproiectarea piesei. Nu trebuie uitat ideea corelrii celor dou principii amintite la condiiile concrete de fabricaie atelierul respectiv (secia sau ntreprinderea).Tehnologicitatea unui produs depinde n principal de:- forma produsului- precizia impus- rolul funcional.

Cap.2 Criterii generale de proiectare a pieselor prelucrabile prin procedeul MIM

2.1 Caracterizarea pieselor obinute prin M.I.M. Proprietile mecanice ale pieselor sinterizate sunt dependente de factori precum: compoziia chimic, microstructura, porozitatea, dimensiunea i forma pulberilor metalice utilizate. Proprieti tipice SinterizatDensitate relativ (%) 97-99+%Duritate, HRC 29-32, iar prin tratament termic 38-42Modul de elasticitate (105 MPa) 1,7-2,1Alungirea (%) 30.....60Rez. de rupere la traciune (MPa) 300.....600Limita de curgere (MPa) 290......400Rugozitatea suprafeei Ra 0,8.....3,2

Avantajele procesului M.I.M. sunt urmtoarele:

- o complexitate geometric mare a pieselor prelucrate;- densitatea mare a componentelor 95 % fa de aproximativ 85% a pieselor obinute prin metalurgia pulberilor;- proprieti mecanice i fizice superioare;- posibilitatea prelucrrii complete a pieselor fra operaii ulterioare necesare;- se obine o toleran precis;- suprafeele obinute prin MIM prezint un grad de finisare bun aproximativ Ra = 0,8 m; - posibilitatea prelucrrii pieselor cu perei subiri i a gurilor cu diametre mici;- prelucrarea filetelor, att interioare ct i exterioare;- se preteaz produciei de mas.2.2 Grosimea constant a pereilor, formarea miezului i reducerea masei piesei

Dac prelucrrile clasice implic ndeprtarea adaosului de material (achierea) dintr-un bloc solid pentru obinerea formei finite a piesei, prelucrarea prin injecie presupune construcia prin adugare de material ntr-o form geometric finit (cavitatea matriei) numai n zonele n care este necesar prezena materialului pentru funcionalitatea i rezistena la solicitri a piesei. Deoarece pulberea metalic fin utilizat n proces este foarte scump orice posibilitate de limitare a excesului de material are repercursiuni asupra costului final al piesei.Proiectarea i uzinarea pieselor cu perei a cror grosime se menine constant n toat seciunea piesei favorizeaz curgerea materialului n matri, mbuntind calitatea piesei, estetica i lanul de tolerane de poziie i de form care poate fi obinut prin MIM.

Fig.2.1 Tipuri de geometrii

n fig.2.1 se prezint cteva geometrii preferate n care se observ formarea miezului pentru a se creea perei cu grosime constant. De asemenea se observ spaiile unde materialul n exces a fost ndeprtat pentru a obine o grosime constant. Formarea miezului poate fi realizat paralel sau perpendicular cu/pe linia de separaie. n fig.2.2 sunt prezentate ambele posibiliti de formare a miezului piesei. sectiunea A-A

Fig.2.2 Formarea miezului piesei

Formarea miezului piesei perpendicular pe linia de separaie (seciunea A-A) poate fi realizat cu pastile de inserie, care pot fi fixate n oricare jumtate a matriei de injectat (matri sau poanson).Formarea miezului piesei paralel cu linia de separaie (seciunea B-B) poate fi realizat cu bacuri, care sunt componente de micare n matria de injecie. Bacurile sunt, plasate n general, pe planul de separaie i se deplaseaz paralel cu acesta. Bacurile aduc complexitate i costuri mrite pentru matria de injecie, iar din acest motiv, dac proiectarea CAD permite, este de preferat ca formarea miezului piesei s fie perpendicular pe planul de separaie.La proiectarea CAD a pieselor meninerea constant a grosimii pereilor este o prim regul. Pereii cu grosime constant implic o precizie mare, repetabilitatea injectarii pieselor cu aceleai dimensiuni, costuri de prelucrare sczute i estetic bun.Dac proiectarea piesei impune variaii de grosime a pereilor atunci se impune a se evita schimbrile brute de grosime (coluri drepte) fig.2.3 .

Fig.2.3 Variaii de grosime a pereilor

n practic se prefer varianta a) n care se observ meninerea constant a pereilor, dac acest lucru nu este posibil atunci se aplic varianta b) cu o poriune de tranziie, pe o lungime determinat prin calcul de proiectare, ntre cele dou grosimi de perete, cu respectarea indicaiilor din figur. Varianta c), coluri drepte, nu se aplic deoarece aceasta implic att probleme n prelucrarea acestora (electroeroziune), ct i probleme n procesul de injecie.

Grosimea minim/maxim a pereilorGrosimea minim sau maxim n seciune a pereilor pentru orice pies depinde de gabaritul piesei i de forma geometric acesteia.Se pot prelucra grosimi de perete de 0,25 mm pe o lungime determinat, dar nu este posibil meninerea acestei grosimi pe o lungime mai mare de 100 mm.n general grosimea optim a peretelui este cuprins ntre 1 mm 3 mm i depinde de dimensiunile exterioare ale piesei. Prin reducerea grosimilor de perete se utilizeaz o cantitatea mai mic de material brut la procesul de injecie cu implicare direct asupra costurilor procesului.Grosimile mari de perete care pot fi prelucrate pot ajunge i la 12,5 mm dar cu ct crete grosimea crete timpul de injecie al piesei, consumul de material i timpul necesar operaiilor de deliere i sinterizare. Toate aceste creteri se regsesc n costul piesei.n fig.2.4 este prezentat o pies care prezint o cavitate interioar (buzunar) cu perei subiri i cteva reguli de respectat la proiectarea pieselor prelucrate prin procedeul MIM. Se observ diferenele care apar n funcie de modificarea dimensional a cotelor locaului interior.

Fig.2.4 Seciuni diferite

.3 Unghiul de extracie al pieseiProcesul de injecie al pulberilor metalice (MIM) este un proces asemntor injeciei materialelor plastice. Piesele injectate din materiale plastice necesit proiectarea anumitor unghiuri de extracie (1- 5) necesare extragerii pieselor din matri. Dup injectarea plasticului, datorit temperaturilor mari din matri, are loc un proces de rcire n urma cruia piesa de plastic se contract i se strnge pe poanson. Aruncarea piesei din scul de ctre sistemul de aruncare nu ar fi posibil fr existena unghiurilor de extracie, producnd ruperea acesteia.Spre deosebire de proiectarea pieselor injectate din materiale plastice, proiectarea pieselor injectate din pulberi metalice se supune unor reguli diferite. n cea mai mare parte aceste piese nu necesit unghiuri de extracie, aceasta datorndu-se unui cuplu de factori:- materialul de injecie (mixtura) are n componen > 60 % pulberi metalice, care rein cldura mai mult timp dup ncheierea ciclului de injecie, ceea ce face ca contracia piesei s nu se produc n matri ci n mediul exterior, eliminnd strngerea piesei pe poanson;- liantul de aliere (polimerul) din mixtur acioneaz ca un lubrifiant ntre suprafeele piesei aflate n contact direct cu suprafeele omoloage din poanson.Se recomand ca la proiectarea pieselor, n funcie de particularitile fiecreia , s se in cont de urmtoarele reguli:- pereii laterali cu o nlime h < 15 mm nu necesit unghi de extracie;- pereii laterali cu o nlime h > 15 mm necesit un unghi de extracie = 0,5 ;- pereii interiori ai cavitilor cu o nlime h > 7 mm se recomand un unghi de extracie = 1 ;- pereii suprafeelor cilindrice (guri nfundate) a cror adncime h > 2,5 x D (diametrul) necesit un unghi de extracie = 0,5 .

Fig.2.5

2.4 Racordarea colurilor exterioare i interioare

Un avantaj direct al MIM l reprezint abilitatea procedeului de a realiza racordri interioare/exterioare ale muchiilor piesei direct n matri fr a mai fi necesare operaii secundare pentru realizarea acestora. Pentru o caliatate mai bun a piesei, proiectarea i realizarea acestor elemente geometrice are ca rezultat o cretere a rezistenei mecanice a piesei, elimin concentratorii de tensiune i de asemenea elimin colurile drepte, mbuntind estetica piesei i manevrabilitatea ei.De regul racordrile muchiilor interioare/exterioare sunt r > 0,15 mm, iar racordrile r < 0,15 mm induc stri de tensiune n pies, iar realizarea acestora n matri devine dificil.n fig. 2.6 se prezint o situaie de caz n care se prefer muchii drepte (coluri drepte) fa de muchii rotunjite. Piesa prezint la baz muchii drepte, iar acestea permit ca ntreaga geometrie a piesei s se situeze n totalitate ntr-o singur jumtate a matriei (de regul partea superioar). Acest considerent de proiectare simplific proiectarea matriei , reduce costurile de fabricaie i nu afecteaz rezistena piesei.Dac piesa necesit muchii rotunjite la baz proiectarea acesteia implic amplasarea geometriei n ambele subansambluri ale matriei.

Fig2.6

2.5 Guri i canale

Majoritatea pieselor proiectate au o serie de gauri si canale ce trebuiesc realizate. Gaurile si canalele pot fi produse usor prin procesul de injectare folosit de MIM, si in general se pot obtine fara costuri aditionale pretului unei bucati (piese), desi adaugand aceste caracteristici creste costul si complexitatea injectarii. De asemenea, trebuie avut in vedere ca in afara faptului ca reprezinta caracteristici functionale evidente, gaurile si canalele pot fi folosite folosite pentru a reduce masa pieselor si a uniformiza grosimea peretelui. Un factor de care trebuie tinut seama la proiectarea reperului, se refera la luarea in considerare a influentei pe care o are o gaura (tipul si directia sa) asupra costurilor si robustetea injectiei.In figura 2.7 se prezinta cateva tipuri de gauri, directia lor in concordanta cu linia de separatie si influenta lor asupra procesului de injectiei. Gaurile perpendiculare pe linia de separatie reprezinta cea mai usoara abordare a proiectului de injectie si cele mai scazute costuri pentru a incorpora injectia. Gaurile care sunt situate paralel cu linia de separatie se aplica rapid, dar prelucrarea costa mai mult decat la gaurile situate perpendicular pe linia de separatie, deoarece necesita realizarea unor bacuri mecanice si cilindri hidraulici care sa le puna in miscare in timpul injectiei partiale.

Fig.2.7

Sunt posibile si gauri care sunt inclinate fata de linia de separatie, dar constructia sculei si mecanismul de activare devin foarte scumpe si in multe cazuri caracteristicile sculei solicita o mentenanta mai frecventa, pierderi de timp si costuri de intretinere.Gurile strpunse sunt mai uor de injectat dect gurile nfundate deoarece miezul cilindric care formeaz gaura se sprijin la ambele capete.Miezurile si canalele care se intersecteaza pot creea de asemenea parti complexe. Totusi cand se folosesc partile care se intersecteaza, constructia sculei si robustetea trebuie luate in considerare. In fig. 2.8 se prezinta avantajele utilizarii unei gauri in forma de ca si o suprafata etansata ideala pentru o gaura intersectata, rezultand o scula usor de intretinut si putin probabil sa genereze bavuri in timpul procesului de injectare. Alternativa prezentata in figura arata cea mai putin atractiva varianta, care cere ca unul din miezuri sa aiba o fata conturata sau profilata, care sa se potriveasca cu miezul sau gaura cu care se va etansa in timpul injectarii. In astfel de cazuri, orientarea miezului este critica si marginile impanate se pot uza repede si sa afecteze forma si marimea piesei injectate. In aceste cazuri si bavura reprezinta o problema.

Fig.2.82.6 Degajri - externe / interne

Degajrile exterioare se pot realiza cu procedura MIM. Componenta din dreapta din fig.2.9 prezinta o subtaiere exterioara care realizeaza relief pentru bavuri pe o componenta stantata conjugata. Abilitatea lui MIM de a inzestra trasatura plasand-o in designul matritei, elimina nevoia si costurile raportate la inlaturarea bavurii in stanta. Esential, reperul MIM poate avea un nivel mai crescut de complexitate fara ca sa fie afectat costui reperului, in acelasi timp desenul MIM al reperului elimina nevoia unei a doua debavurari sau a unui process de rotunjire pe stanta. Cerintele ansamblului trebuiesc totdeauna luate in considerare cand designul componentei trebuie realizat prin procedura MIM.Subtaierile interioare sunt posibile cu MIM in totalitate.Subtaierile interioare care se pot realiza cu ajutorul bacurilor actionate mechanic sau hidraulic pot fi produse in totalitate. In dreapta sus reprezinta o subtaiere interioata "T- slot" care se poate realize cu un bac. In fig. 2.9 dreapta jos este de asemenea reprezentata o componenta similara, dar subtaierea interioara are nevoie de un miez articulat. Aceasta subtaiere are nevoie de o trasatura interioara suficient de lata pentru a adapta un miez articulate robust. In general, componentele MIM sunt mid si miezurile articulate sunt deseori impractice si uneori imposibil de realizat fiind destui de robuste pentru a prelua presiunea injectiei folosita de procedura MIM. Miezurile articulate sunt competitive intrucat produc bavuri minime.

Fig.2.92.7 Filete

Filetele executate pe piese pot fi de doua tipuri: filete interioare si filete exterioare, i n funcie de tipul filetului se realizeaza tehnologia de injectie n cazul procedeului MIM.Filetele interioare se pot realiza prin injectie in cazul procedeului MIM direct pe reper prin injectarea materialului intr-o cavitate in care este realizat profilul filetului. Proiectarea si executia acestor tipuri de matrite prezinta un dezavantaj legat de costuri ridicate, de aceea sunt folosite doar pentru productia de serie mare. In cazul unei productii de serie mica, convenabil din punct de vedere economic este de preferat filetarea ca si operatie externa injectarii.Filetele externe pot fi obinute direct pe reper prin injecie prin procedeul MIM eliminnd un proces secundar de realizare a filetului. Realizarea filetelor exterioare direct pe reper prin injectie MIM este aproape la fel din punct de vedere al costurilor ca si cum am realiza filetul exterior pe reper printr-o operatie secundara dupa injectia MIM. In general, o mica urma (plan), tipic 0,15 mm, reprezentand planul de separatie se vede pe reper. In fig.2.10 se prezint o modalitate de proiectare a reperului i a matriei de injecie prin care se reduce influenta planului de separatie asupra reperului atat din punct de vedere al functionalitatii cat si al esteticii (urme lasate pe reper).In afara de cele prezentate anterior (zona plana situata in lungul planului de separatie), trebuie luate in considerare problemele legate de posibilitatea intepenirii filetului in momentul asamblarii cu alte piese. Acest lucru conduce la cresterea costurilor legate de mentenanta sculelor si a timpului aferent.

Fig.2.102.8 Nervurile de ridigizareNervurile de ridigizare sunt o metod eficient de a crete rezistena mecanic a piesei si de diminua efectele variailor dimensionale cauzate de contracia substanial, care apar n urma operaiilor de deliere i sinterizare.Ca i n cazul injeciei materialelor plastice, nervurile mbuntesc procesul de injecie i ofer un control mai bun asupra dimensiunilor piesei.Figura 2.11 detaliaz influena nervurilor asupra designului mecanic i obinerea unei robustei mrite a piesei. O alt aplicaie a nervurilor este prezentat n figura 2.12. , unde acestea sunt utilizate pentru obinerea miezului piesei i reducerea masei fr a afecta n mod direct rezistena.

Fig.2.11

Fig.2.122.9 Reeaua de injecie tipuri i locaie

Ca si procesul de injectie a materialelor plastice, procedeul de realizare a pieselor prin procedeul MIM necesita anumite conditii legate de amplasarea sistemului de injectie (reteaua de injectie). Cu toate acestea, la procedeul MIM reteaua de injectie este in general mult mai usor de realizat decat in cazul realizarii pieselor din plastic (partea de proiectare) prin procedeul de injectie.In cele mai multe cazuri, reteaua de injectie este amplasata in planul de separatie al matritei. Impactul pe care il are pozitia retelei de injectie asupra reperului trebuie sa fie luat in considerare in timpul procesului de proiectare a reperului, si trebuie sa realizeze un echilibru intre mai multe conditii legate de: manufacturarea prelucrarea componentelor matritei; functionalitatea piesei; controlul dimensional; estetica piesei.Reteaua de injectie va lasa o mica urma, de aceea nu trebuie situata pe o suprafata tolerata dimensional sau pe o suprafata care trebuie realizata din punct de vedere estetic foarte bine (suprafete exterioare ale produsului) si importante ca estetica.In general, reteaua de injectie este plasata intr-o zona centrala in sectiunea transversala pentru a putea permite materialului sa curga de la centru spre partile reperului (pentru a umple cavitatea). Ca si concluzie, amplasarea retelei de injectie trebuie sa se faca cu conditia de a avea o curgere uniforma a materialului in cavitatea matritei.

In figurile urmatoare (figurile 2.13-2.15) sunt prezentate mai multe tipuri de retele de injectie, fiecare cu caracteristicile sale si amplasarea preferata.

Fig.2.13In figura 2.12 este prezentata o retea de injectie cu o culee de tip bordura (lama). Acest sistem de injectie are urmatoarele caracteristici: culeea se indeparteaza de obicei manual si acest tip de sistem de injectie nu este convenabil pentru productia de serie mare, unde se cere inlaturarea culeei printr-un sistem automat. Procesul de indepartare a culeei este un proces in plus, ceea ce inseamna costuri suplimentare. este de preferat pentru productia de serie mijlocie; culeea este de de preferat de a fi situata intr-o zona nefunctionala a reperului (piesa) si urma lasata dupa indepartarea ei sa fie cat mai mica pentru a nu afecta reperul din punct de vedere estetic si functional;

Fig. 2.14

In figura 2.13 se prezinta un sistem de injectie la care culeea este afundata (tunel). Aceasta retea de injectie are urmatoarele caracteristici: culeea se indeparteaza de automat dupa procesul de injectie, in momentul in care matrita se deschide si produsul este aruncat din cavitate de sistemul de aruncare al matritei de injectat. este de preferat pentru productia de serie mare. Costurile legate de realizarea matritei sunt mai mari deoarece matrita este mai complexa; acest tip de retea de injectie lasa urme mici pe suprafata pe care este realizat, dupa ruperea culeei; culeea este de de preferat de a fi situata intr-o zona nefunctionala a reperului (piesa) si urma lasata dupa indepartarea ei sa fie cat mai mica pentru a nu afecta reperul din punct de vedere estetic si functional;In figura 2.14 se prezinta un sistem de injectie la care culeea este afundata (tunel), fiind situata pe o suprafata (parte) realizata tehnologic care se indeparteaza dupa procesul de injectie. Aceasta retea de injectie are urmatoarele caracteristici: culeea se indeparteaza de automat dupa procesul de injectie, in momentul in care matrita se deschide si produsul este aruncat din cavitate de sistemul de aruncare al matritei de injectat. Partea in care se injecteaza se indeparteaza dupa procesul de injectie si se poate realiza nu neaparat automat; este de preferat pentru productia de serie mijlocie; acest tip de retea de injectie lasa urme mici pe suprafata pe care este realizat, dupa ruperea culeei; acest post de injectie este de preferat de a fi situat intr-o zona nefunctionala a reperului, de exemplu un locas buzunar si nu pe o suprafata importanta din punct de vedere estetic; acest post de injectie este de preferat de a fi situat intr-o zona nefunctionala a reperului, de exemplu un locas buzunar si nu pe o suprafata importanta din punct de vedere estetic. Amplasarea acestui sistem de injectie se face tinand cont de posibilitatea inlaturarii lui cu usurinta dupa terminarea procesului de injectie.

Fig. 2.15

Pe langa aceste tipuri de retele de injectie aratate mai sus, ca si in cazul injectarii produselor din plastic si in cazul procedeului MIM de realizare a reperelor se mai pot folosi si alte tipuri de retele de injectie. In general, toate tehnicile de injectie folosite in cazul injectarii pieselor din plastic se pot utiliza si in procedeul MIM.

2.10 Pastile de injecie interschimbabile

O varietate mare de piese difer ntre ele doar prin cteva elemente geometrice suplimentare i acestea pot fi uzinate folosind aceeai matri prin intermediul pastilelor de injecie interschimbabile.Toate elementele geometrice comune sunt realizate de ctre matria, iar elementele geometrice particulare fiecrei pies n parte se realizeaz cu pastilele de inserie care se introduc n matri, acestea putnd fi nlocuite cu alte pastile de nserie care conin elemente geometrice alternative.

Fig. 2.16

n figura 2.16 se prezint o matri cu pastile de inserie care injecteaz dou piese diferite . Utilizarea unei matrie comune cu pastile de injecie interschimbabile reduce timpul de fabricaie al matriei, micornd i costurile de fabricaie.Matriele de injecie cu pastile de inserie se preteaz produciei de serie mic i medie, dar pentru un volum mare de piese (producia de mas) este de preferat s se realizeze cte o matri pentru fiecare pies proiectat. Injecia unui volum mare de piese afecteaz pastilele de inserie prin uzur ceea ce duce n timp la deteriorarea cotelor dimensionale ale elementelor geometrice din matri afectnd n mod direct cotele dimensionale ale pieselor obinute n urma injeciei.

Cap.3 Procesul de sinterizare. Principii de proiectare a dispozitivelor de prindere

Un dezavantaj al procesului de sinterizare este de legat de faptul ca in timpul procesului de dispersare si de sinterizare (procesul de sinterizare se realizeaza la temperaturi inalte) pieselematritei (piesele verzi) sufera modificari din punct de vedere dimensional datorita procesului de contractie, circa 20%. In timpul in care se contracta si inainte de a fi complet sinterizate, fortele de gravitatie si de frictiune (din cauza contractiei) conduc la deformarea pieselor daca acestea nu au un suport de prindere adecvat.Rezolvarea acestor inconveniente se poate realiza prin mai multe cai. O cale de rezolvare se refera la modalitatea de proiectare a reperelor, iar o alta la proiecatarea si utilizarea unor dispozitive de prindere a acestor repere in timpul procesului de sinterizare. Ideal, componentele MIM trebuie sa fie proiectate cu o suprafata mare plana ori forma ei geometrica sa contina cat mai multe parti care sa fie plane si sa aiba un plan comun. Aceasta metoda de proiectare se apropie de metoda standard de proiectare a pieselor plane sau a celor de tip tavi, realizate prin dispersie si sinterizare, caz in care se poate elimina, de obicei, dispozitivul de sustinere placa suport. Acest dispozitiv de prindere sau placa specifica (placa suport) este de obicei foarte scump de realizat si reprezinta un cost suplimentar din punct de vedere al sculelor pentru client. In figura 3.1 este ilustrata o componenta MIM care este in totalitate prinsa si situata pe o placa standard fara a avea o nevoie de o prindere speciala.

Fig.3.1 Componenta MIM prinsa pe o placa standard

Totusi, in cazul unei singure piese cu o suprafata dreapta sau plana nu se poate realiza prinderea, de aceea este nevoie de o piesa (placa) suport pentru procesul de dispersie si sinterizare.Pentru aceasta metoda in practica industriala se folosesc se varietate mare de tipuri de dispozitive suport. Aceste dispozitive support pot fi de tipul: dipozitive suport de tipul unor placi plane simple; dispozitive suport de tipul unor placi plane prelucrate avand o serie de gauri sau caneluri pentru a realiza prinderea pieselor; dispozitive suport de tipul unor grinzi.

Fig.3.2 Suport strip

Ca si exemplu, un tip de dispozitiv simplu, pentru procesul de dispersie si sinterizare, este realizat din ceramica si poarta denumirea de strip in limba engleza. In figura 3.2 este reprezentata schema de utilizare pentru acest tip de dispozitiv, care este adesea folosit ca si suport de tip consola fixa de care sunt prinse piesele in timpul procesului de sinterizare (temperatura inalta). Acest tip de dispozitiv support poate fi realizat pe diferite inaltimi si grosimi (latimi) pentru a satisface conditiile legate de dimensiunile finale ale pieselor.Aceste dispozitive suport necesitand costuri suplimentare nu sunt de preferat. Daca conditiile de proiectare permit, aceste dispozitive suport realizate din ceramica pot fi anulate prin proiectarea reperelor cu o coada suplimentara de prindere (suport). Aceasta concept de proiectare poarta denumirea de proiectare molded-in, si consta in schimbarea formei geometrice a componentei MIM prin adaugarea unei parti suplimentare pentru a realiza suportul (prinderea) componentei. Aceasta tehnica de proiectare are avantajul de a elimina costurile suplimentare legate de sculele folosite si de dispozitivele support, dar are un dezavantaj legat de proiectarea si realizarea unor parti componente nefunctionale. In figura 3.3 se prezinta principiul de proiectare molded-in si modul cum se elimina folosirea dispozitivelor suport de prindere.O crestere mare din punct de vedere a complexitatii si a costurilor de prelucrare pentru dispozitivele suport ceramice o reprezinta a doua categorie de dispozitive, si anume dipozitivele suport dispozitive suport de tipul unor placi plane prelucrate avand o serie de gauri sau caneluri pentru a realiza prinderea pieselor. Aceste tipuri de dispozitive sunt mult mai scumpe decat placile ceramice simple, dar asigura un suport mult mai bun (o prindere mai buna) sau chiar singura solutie pentru reperele mult mai complexe. In figura 10 se prezinta o piesa cu o geometrie complexa pentru care se recomanda utilizarea acestor tipuri de dispozitive suport.

Figura 10.

Dupa cum am mentionat, aceste dispozitive suport sunt proiectate si prelucrate pentru o asezare a pieselor cu o geometrie foarte complexa. In figura 11 sunt prezentate componente MIM care sunt prinse (pozitionate) in locasele prelucrate ale dispozitivelor support. Daca reperul este plasat (asezat) simplu si are pereti subtiri, exista riscul ca acesti pereti sa se deschida cand piesa se contracta cu aproximativ 20 % in timpul procesului de sinterizare. Plasarea (asezarea) piesei rasturnata (cu susul in jos) nu reprezinta o solutie viabila, datorita zonei mici de deasupra. Scopul locaselor prelucrate in dispozitivele support este de obicei de a suspenda piesa in asa fel incat partea de jos a picioarelor (suporturi) sa nu realizeze un contact cu zona de baza a placii support. In acest exemplu, efectul de gravitatie ajuta prin faptul ca tine aceste picioare drepte.Aceste tipuri de dispozitive suport plane sunt printre cele mai scumpe tipuri de dispozitive de prindere utilizate in procesul MIM.

Figura 11

40