기어 제조에서 형상 정확도를 달성하는 것은 밀도 분포 제어에서 시작됩니다. 이중 작용 기능을 갖춘 고정밀 실험실 프레스가 필요한 이유는 상하부 펀치를 동시에 힘을 가하기 때문입니다. 이 특정 기계적 작용은 금속 분말 덩어리 내부의 마찰을 효과적으로 극복하여 펀치에서 멀어질수록 밀도가 저하되는 것이 아니라 전체적으로 균일한 밀도를 보장합니다.
핵심 통찰: 이중 작용 프레스의 주요 가치는 밀도 구배를 제거하는 것입니다. 압력 분포를 균등화함으로써 후속 소결 공정 중 불균일한 수축을 방지할 수 있으며, 이는 기어와 같은 복잡한 부품의 치수 실패의 주요 원인입니다.
분말 압축 물리학 극복
내부 마찰의 과제
기어와 같은 복잡한 모양으로 금속 분말을 압축할 때 마찰은 장벽 역할을 합니다. 마찰은 분말 입자 자체 사이와 분말과 다이 벽 사이 모두에서 발생합니다.
단일 작용 프레스에서는 이 마찰로 인해 펀치에서 멀어질수록 압력이 크게 떨어집니다. 이는 기어의 한쪽은 밀도가 높고 단단하며 다른 쪽은 다공성이며 약한 "밀도 구배"를 초래합니다.
이중 작용 솔루션
이중 작용 프레스는 독립적인 상하부 펀치를 사용하여 분말을 동시에 압축합니다.
이 기술은 양쪽 끝에서 동일한 힘(종종 약 400MPa)을 가하여 마찰 손실을 상쇄합니다. 그 결과, 부품의 기하학적 중심이 바닥이 아닌 "중립 축"을 형성하여 훨씬 더 균일한 전체 구조를 만듭니다.
압축과 소결의 중요한 연결
불균일 수축 방지
"그린"(소결되지 않은) 단계에서 달성된 균일성은 "소결된"(소결된) 단계에서 부품의 거동을 결정합니다.
기어의 밀도가 불균일하면 소결 중 저밀도 영역이 고밀도 영역보다 더 많이 수축합니다. 이러한 차등 수축은 기계적 기능에 필요한 정밀한 기어 형상의 왜곡, 변형 및 손실로 이어집니다.
원자 확산 강화
고정밀 압축은 분말의 모양을 만드는 것 이상으로 결합을 위한 물리적 기초를 설정합니다.
강력한 압력을 가하면 입자 간의 간격이 크게 줄어듭니다. 이 짧은 거리는 더 낮은 온도에서 재료의 밀집화 및 원자 확산을 촉진하여 기어가 과열되거나 변형되지 않고 필요한 기계적 강도를 개발하도록 보장합니다.
구조적 무결성 보장
기계적 결합 및 그린 강도
기어를 소결하기 전에 취급 및 용광로 적재를 견뎌야 합니다.
고정밀 프레스는 입자를 재배열하고 소성 변형시켜 기계적 결합을 생성합니다. 이 "그린 강도"는 섬세한 기어 이빨이 프레스에서 소결로로 옮기는 동안 부서지거나 부러지는 것을 방지합니다.
응력 집중 관리
기어는 복잡한 응력 부하를 받으며 내부 결함은 치명적일 수 있습니다.
분말에 단단한 입자나 합금이 포함된 경우, 미세 균열로 이어지는 응력 집중을 방지하기 위해 정밀한 압력 제어가 필요합니다. 안정적이고 고정밀 프레스는 금속 매트릭스가 이러한 입자를 완전히 둘러싸도록 하여 하중 하에서 전파될 공동이나 균열의 형성을 방지합니다.
절충점 이해
복잡성의 비용
이중 작용 공구 및 고정밀 유압 시스템은 단일 작용 대안보다 훨씬 복잡하고 비용이 많이 듭니다. 상하부 펀치의 동기화가 정확하게 유지되도록 엄격한 유지 관리가 필요합니다.
갇힌 가스의 위험
고밀도가 목표이지만, 과도한 압축은 제대로 관리되지 않으면 매트릭스 내에 공기가 갇힐 수 있습니다.
압력이 너무 빨리 가해지거나 적절한 유지 시간(압력 유지) 없이 가해지면 공기 주머니가 기어 내부에 밀봉될 수 있습니다. 이러한 주머니는 소결 중 팽창하여 부품을 손상시키는 물집이나 내부 다공성을 유발할 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
기어 준비를 위한 실험실 프레스를 선택할 때 장비 기능을 특정 품질 지표와 일치시키십시오.
- 주요 초점이 치수 정확도인 경우: 이중 작용 기능은 협상할 수 없습니다. 대칭 수축 및 치형 충실도를 보장하는 유일한 방법입니다.
- 주요 초점이 재료 강도인 경우: 입자 소성 변형을 최대화하고 확산 거리를 최소화하기 위해 고 톤수(MPa) 기능을 우선시하십시오.
- 주요 초점이 결함 방지인 경우: 응력 완화 및 가스 배출을 위해 프로그래밍 가능한 압력 유지(유지) 사이클을 제공하는 프레스를 확인하십시오.
궁극적으로 그린 컴팩트의 정밀도가 최종 소결 기어의 성능 한계를 결정합니다.
요약 표:
| 기능 | 단일 작용 프레스 | 이중 작용 프레스 |
|---|---|---|
| 힘 적용 | 단일 펀치(상부 또는 하부) | 동시 상하부 펀치 |
| 밀도 분포 | 구배(펀치 근처 높음, 바닥 낮음) | 균일(기하학적 중심에 중립 축) |
| 내부 마찰 | 다이 벽 마찰로 인한 손실 높음 | 이중 끝 압축으로 상쇄됨 |
| 소결 결과 | 뒤틀림 및 변형 발생 가능성 높음 | 높은 치수 정확도 및 최소 수축 |
| 응용 분야 적합성 | 단순하고 얇은 펠릿 | 복잡한 형상(기어, 부싱) |
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참고문헌
- Ali Rajaei, Christoph Broeckmann. Numerical Modelling of the Powder Metallurgical Manufacturing Chain of High Strength Sintered Gears. DOI: 10.1186/s10033-021-00646-4
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