طراحی و ساخت قالب متالوژی پودر

کد محصول: me8

فرمت فایل word

تعداد صفحات :۹۲ صفحه

قیمت : ۲۵۰۰۰ تومان

فصل اول           ۶

۱-  ۱- مقدمه :   ۷

۱- ۲- تاریخچه متالوژی پودر :    ۹

۱-۳- متالوژی پودر چیست ؟       ۱۰

۱-۴- مزایای متالوژی پودر :        ۱۳

۱-۴- ۱ – به کارگیری عناصر آلیاژ نشدنی ۱۴

۱-۴-۲- به کارگیری مخلوط های فلزی و غیر فلزی            ۱۴

۱-۴-۳- ساخت قطعات خودروغنکار        ۱۴

۱-۴-۴- بهره برداری از فلزات دیر گداز   ۱۴

مزایای دیگرمتالورژی پودر :        ۱۵

۱-۵- محدودیت های متالورژی پودر :      ۱۶

۱-۶- مراحل تولید قطعه در P/M:           ۱۷

۱-۷- روشهای تولید پودر :          ۱۹

۱-۷- ۱- روش های فیزیکی تولید پودر های فلزی (اتمیزه کردن)     ۱۹

۱-۷-۱-۱- اتمیزه کردن با سیال (گاز یا مایع)        ۱۹

۱-۷-۱-۲-  اتمیزه کردن  با نیروی گریز از مرکز   ۲۰

۱-۷-۱-۲-۱- فرایند الکترود چرخنده       ۲۰

۱-۷-۱-۳- اتمیزه کردن در اثر تصادف مذاب با سطح جامد           ۲۱

۱-۷-۲- اتمیزه کردن مکانیکی:   ۲۲

۱-۷-۲-۱- اتمیزه کردن نوردی   ۲۲

۱-۷-۲-۲- اتمیزه شدن اولتراسونیگ        ۲۲

۱-۷-۳-۱- روش احیای اکسید های فلزی  ۲۳

۱-۷-۳-۲- روش تجزیه حرارتی کربنیل های فلزی            ۲۳

۱-۷-۳-۳- روش رسوب الکترولیتی از نمک ها یا محلول های فلزی ۲۴

۱-۷-۳-۴- روش تجزیه هیدرید های فلزی            ۲۴

۱-۷-۳-۵- روش تجزیه ترمیت    ۲۵

۱-۸- مخلوط کردن پودر :          ۲۵

۱-۹- عوامل موثر روی اندازه ذرات حین اتمیزه کردن :      ۲۶

۱-۱۰- آزمایش و ارزیابی پودر:   ۲۶

۱-۱۱- مخلوط کردن (امتزاج)  :  ۲۶

۱-۱۲- عملیات پیش از فشردن :   ۲۷

۱-۱۲-۱- همگن کردن و اختلاط            ۲۷

۱-۱۲-۲- روانسازی پودر            ۲۷

۱-۱۲-۳- خشک کردن پاششی   ۲۸

۱-۱۳- فشردن پودر :      ۲۸

۱-۱۴- فرایند فشردن دو طرفه (compaction with double acting pressure ):        ۳۲

۱-۱۵- فرایند فشردن ایزواستاتیک( isostatic press):    ۳۲

۱-۱۵-۱-  پرس های ایزواستاتیک سرد (cold isostatic press) 33

۱-۱۵-۲-  پرس ایزواستاتیک گرم (warm isostatic press)    ۳۳

۱-۱۵-۳- پرس های ایزواستاتیک داغ (hotisostatic press)     ۳۴

۱-۱۶- فرایند آهنگری پودر (powder forging) :        ۳۴

۱-۱۷- فرایند نورد  (powder rolling) :          ۳۵

۱-۱۸- فرایند تزریق پودر :          ۳۵

۱-۱۹- فرایند فشردن داغ (hot press) : 36

۱-۲۰- فرایند اکستروژن داغ (Hot Extrusion) :            ۳۶

۱-۲۱- تف جوشی (زینترینگ) : ۳۷

۱-۲۲- مراحل تف جوشی(زینترینگ) :    ۳۸

۱-۲۳- ویژگیهای پودر فلزی :     ۴۲

فصل دوم           ۴۵

۲-۱- مجتمع متالوژی پودر ایران   ۴۶

۲-۲- واحد تولید پودر آهن         ۴۶

۲-۲-۱- تجهیزات و امکانات واحد تولید پودر آهن            ۴۷

۲-۲-۲- کوره و تجهیزات خشک کن      ۴۸

۲-۳- واحد تولید قطعات آلیاژی   ۴۸

۲-۳-۱- تجهیزات و امکانات واحد تولید پودر       ۴۸

۲-۳-۲- واحد تولید پودر آلومینیوم           ۴۹

۲-۴- واحد کنترل کیفی و آزمایشگاه       ۴۹

۲-۵- واحد طراحی و قالب سازی ۵۰

۲-۶- فرآیند تولید پودر آهن       ۵۰

۲-۶-۱- مشخصات قراضه مصرفی            ۵۱

۲-۶-۲- شرایط بار دهی کوره     ۵۲

۲-۶-۳- اکسیژن ۵۳

۲-۶-۴- عملیات ذوب    ۵۳

۲-۶-۵- سرباره گیری از مذاب    ۵۴

۲-۶-۶- طریقه ذوب گیری         ۵۵

۲-۶-۷- بوته واسطه        ۵۵

۲-۶-۸- افشانک            ۵۷

۲-۶-۹- حلقه شستشوی افشانک   ۵۹

۲-۶-۱۰- مشعل طوقه ای            ۵۹

۲-۶-۱۱- اتمایزینگ      ۶۰

۲-۶-۱۲- آبگیری از پودر           ۶۱

۲-۶-۱۳- هیدروسیکلون ۶۲

۲-۶-۱۴- دستگاه فیلتر خلا         ۶۳

۲-۶-۱۵- انتقال پودر تر  ۶۴

۲-۶-۱۶- خشک کردن پودر      ۶۴

۲-۶-۱۷- احیا پودر        ۶۵

۲-۶-۱۸- پرس صاف کنده سینی ها        ۶۸

۲-۶-۱۹- سکوی دوده زنی         ۶۹

۲-۶-۲۰- دستگاه پر کردن سینی ها         ۶۹

۲-۶-۲۱- خرد آسیاب کردن      ۷۰

۲-۶-۲۲- غربال کردن پودر        ۷۱

۲-۶-۲۳- انواع پودرهای تولیدی در مجتمع           ۷۲

۲-۷- تولید قطعه ۷۳

۲-۸- نقش عناصر آلیاژی و سایر مواد افزودنی به پودر آهن ۷۴

۲-۹- پرس کردن پودر و تولید قطعه         ۷۷

۲-۱۰- زینترینگ           ۷۷

۲-۱۱- عملیات تکمیلی  ۸۱

۲-۱۲- عملیات سخت کاری       ۸۱

۲-۱۳- کوره تمپرینگ   ۸۲

۲-۱۴- تزریق روغن       ۸۲

۲-۱۵- پلیسه گیری        ۸۳

۲-۱۶- کوره کبود کاری            ۸۳

۲-۱۷- عملیات سایزینگ           ۸۴

فصل سوم          ۸۵

۳-۱- محاسبات مربوط به تناژ اولیه پرس : ۸۶

۳-۲- محاسبات مربوط به مرکز ثقل قالب :            ۸۶

۳-۳- ارتفاع پر کردن پودر :        ۸۶

۳-۴- جنس ماتریس :     ۸۷

۳-۶- اندازه واقعی سنبه ها :         ۸۸

۳-۷- کورس پرس :       ۸۸

۳-۸- محاسبات سنبه ها : ۹۰

۳-۹- طراحی ماهیچه :    ۹۰

۳-۱۰- مکانیزم حرکتی اجزای قالب :       ۹۰

منابع:     ۹۲

۱-  ۱- مقدمه :

با گذشت زمان ، کشف روشهای جدید استخراج و تصفیه فلزات ، شناسایی مشخصات ساختاری و فیزیکی مواد و فنون جدید شکل دادن و کاربر روی فلزات ، صنعت متالوژی به‌عنوان شاخه ای از علم جایگاهی مستقل یافت. امروزه علم متالوژی را به دو بخش کلی شامل متالوژی استخراجی و متالوژی صنعتی تقسیم می‌کنند که این دو بخش ، اخیرا در دانشگاهها نیز به‌عنوان گرایشهای رشته مهندسی متالوژی انتخاب شده‌اند.

متالوژی استخراجی و شیمیایی ، شامل جداکردن فلزات از سنگ معدن و تصفیه آنها (تولید فلزات) ، شناخت انواع کوره‌ها ، سوخت‌ها و فعل و انفعالات شیمیایی می‌باشد. این گرایش ، انواع متعددی از روشها را در برمی‌گیرد که از جمله می‌توان به کانه‌آرایی ، پر عیار کردن مواد معدنی ، تشویه ، ذوب کردن ، تصفیه فلز مذاب و تولید شمش اشاره نمود.

متالوژی صنعتی ، شامل کاربر روی فلزات و مواد و تهیه محصول نهایی می‌باشد. در این گرایش همچنین خواص و مشخصات فیزیکی ، ساختاری و مکانیکی مواد نیز بررسی می‌شوند. منظور از کار کردن روی فلزات ، روشهای مختلف تولید مصنوعات فلزی است که مهمترین شیوه‌های تولید عبارتند از: متالوژی پودر ، شکل دادن ، جوشکاری و ماشینکاری.

انتخاب نوع روش تولید عمدتا به مسائل اقتصادی ، خواص فلزات ، زمان تولید ، اندازه ، شکل و تعداد قطعات مورد نیاز بستگی دارد. به‌عنوان مثال ، فلزاتی که خاصیت پلاستیک کمی دارند یا قطعاتی که دارای اشکال پیچیده هستند، به روش ریخته‌گری شکل داده می‌شوند..

با آنکه از نظر تاریخی ، متالوژی پودر از قدیمی‌ترین روشهای شکل دادن فلزات می‌باشد، اما تولید در مقیاس تجارتی با این روش ، از جدیدترین راههای تولید قطعات فلزی است. در دوران باستان ، از روشهای متالوژی پودر برای شکل دادن فلزاتی با نقطه ذوب بالاتر از آنچه در آن زمان می‌توانستند بوجود آورند، استفاده می‌کردند. اولین بار در اوایل قرن نوزدهم بود که پودر فلزات با روشی مشابه آنچه امروزه بکار می‌رود، با متراکم نمودن به‌صورت یکپارچه در آورده شد.

متالوژی پودر (متالوژی گرد) ، فرآیند قالب‌گیری قطعات فلزی از پودر در فلز (یا مخلوط پودر فلزات) توسط اعمال فشارهای بالا می‌باشد. پس از عمل فشردن و تراکم پودرهای فلزی ، عمل تف جوشی (سینتر کردن) در دمای بالا در یک اتمسفر کنترل شده ( گاز هیدروژن ، ازت ، هلیم ) انجام می‌گیرد که در آن ، فلز متراکم ، جوش خورده ، به‌صورت ساختمان همگن محکمی پیوند می‌خورد.

از جمله قطعاتی که بوسیله متالوژی پودر تولید می‌شوند، می‌توان به ابزار برش ، قطعات اتومبیل و قطعاتی در وسایل خانگی نظیر ماشین لباسشویی ، کمپرسور یخچال و کولر ، تلویزیون ، ضبط وصوت و غیره اشاره نمود. امروزه موارد استمعال اصلی متالوژی پودر را به پنج قسمت تقسیم می‌کنند:

آلیاژ کردن فلزهای غیر قابل آلیاژ ، مثلا ساخت نقاط اتصال و جاروبک‌های موتور از پودرهای مس و گرافیت در صنعت برق

ترکیب کردن فلزها و غیر فلزها ، نظیر مواد اصطکاکی ساخته شده از مس ، آهن و آزبست

ترکیب کردن فلزهای دارای نقطه ذوب بالا با یکدیگر برای ریخته گری ، نظیر تنگستن ، تانتالیم و مولیبدن

ساخت قطعات فلزی با خواص عالی ، نظیر یاتاقانهای خود روانکار که به‌علت وجود شبکه ای از خلل و فرج پیوسته (توسط روغن پر شده در آنها) به خودی خود روغنکاری می‌شوند

تولید قطعات ظریف و دقیق ، نظیر بوش‌ها ، بادامک‌ها و چرخ دنده ها

۱- ۲- تاریخچه متالوژی پودر :

تولید قطعات با پودربه بیش از پنج هزار سال پیش می رسد ، هم اکنون ستون آهنی با وزنی حدود شش تن در شهر دهلی هندوستان وجود دارد که  در هزار و ششصد سال پیش به همین طریقه (متالورژی پودر)  تهیه شده است .

در اواخر قرن هیجدهم ولاستون کشف کرد که می توان پودر فلز پلاتین را (که در طبیعت به صورت آزاد شناخته شده بود) پس از تراکم و حرارت دادن ، در حالت گرم با چکش کاری به بلوک تبدیل کرد . ولاستون جزییات متد خود رادر سال ۱۸۲۹ ، منتشر کرد و اهمیت فاکتورهایی نظیر اندازه دانه ها ، متراکم کردن پودر باوزن مخصوص بالا و اکتیویته سطحی و غیره … را توضیح داد.

همزمان با ولاستون و به طور جداگانه متالورژیست برجسته روسی پیوتر زابولفسکی در سال ۱۸۲۶ ، از این روش برای ساختن سکه ها و نشان ها از جنس پلاتین ، استفاده کرد.

در نیمه قرن نوزدهم ، متخصصین متالورژی به روش های ذوب فلزات با نقطه ذوب بالا دست یافتند و همین مساله باعث شد که مجددا استفاده از متالورژی پودر محدود شود هر چند تقاضا برای تولید قطعاتی مانند تنگستن از طریق متالورژی پودر ادامه یافت .

یکی از دلایل توسعه متالوژی پودر این است که در روش متالورژی پودرفلز تلف شده به مراتب کمتر از سایر روش ها است و حتی می توان  گفت وجود ندارد . در این مورد هر یک کیلوگرم محصول ساخته شده با متالورژی پودر ، معادل است با   سایر روشهای شکل دادن نظیر برش و تراشکاری ، چون در روش هایی نظیر تراشکاری مقادیر متنابهی از فلز به صورت براده در می آید که تقریبا غیر قابل استفاده است . به علاوه یک کیلو گرم از بعضی از مواد ساخته شده با روش های متالورژی پودر می تواند کار ده ها کیلو گرم فولاد آلیاژی ابزار را انجام دهد.

۱-۳- متالوژی پودر چیست ؟

در حال حاضر ، متالورژی پودر بیشتر در مواردی مورد استفاده قرارمی گیرد که در ساختن محصولاتی با کیفیت عالی از مواد مناسب ، تقریبا کلیه روشهای دیگر غیر ممکن باشند .البته در مواردی مثل ساختن رشته های مقاومت خیلی کوچک لامپ که باید از تنگستن خیلی سخت (نقطه ذوب ۳۴۰۰ درجه سانتیگراد) درست شوند روشهایی نظیر تراشکاری ، کشیدن سیم و یا نورد غیر قابل استفاده اند و منحصرا باید از روش متالورژی پودر استفاده کرد . به علاوه ، برای تهیه آلیاژ هایی از دو فلز که نقطه ذوبشان با  یکدیگر تفاوت زیاد دارند (مثل مس و تنگستن) ، بهترین راه عملی روش متالورژی پودر است. همین طور از این روش زیاد برای موادی که از یک فلز و یک غیر فلزنظیر الماس تهیه می شوند استفاده می شود . به طورکلی با توجه به موارد فوق بر حسب هزینه و سختی کار ، تکنیک متالورژی پودر به طور موفقیت آمیزی با روش  های دیگر تولید ، می تواند رقابت کند . مثلا ، برای ساختن یک چرخ دنده فولادی از طریق تراشکاری ، یک کارگر ماهر باید در حدود ۳۰ ساعت کار کند در صورتی که یک کارگر نیمه ماهر می تواند این چرخ دنده را باروش متالورژی پودر ، در کمتر از ۱۰ ساعت تهیه کند . همچنین دقت ابعاد و سطح قطعات ساخته شده  با این روش آن قدر عالی و بدون نقص است که هیچ گونه کار اضافی دیگر روی قطعه ضرورت پیدا نمی کند و بالاخره ، سرمایه گذاری برای صنعت متالورژی پود ر به مراتب کمتر از سرمایه گذاری برای روشهای کلاسیک ساخت قطعات است زیرا برای درهم جوشی درجه حرارت لازم بسیار کمتر از درجه حرارت ذوب فلزا ت است و در نتیجه کوره های مورد احتیاج به مراتب ارزانتراند.

متالورژی پودر رابطه نزدیکی با مهندسی برق نیز دارد ، مثلا ، رشته های نازک مقاومت و الکترودهایی که در لامپ دیده می شوند و نیز لوله های تولید اشعه X  که تماما از جنس فلزاتی نظیر تنگستن ، مولیبدن و یا تانتال اند با این تکنیک تولید می شوند . در سالهای اخیر ، ابزارهای ساخته شده از سرمت (فلز- سرامیک)   هم توسعه زیادی پیدا کرده اند و در کارهای ماشینی تغییرات اساسی داده اند به طوری که سرعت برش ده  برابر قبل افزایش یافته است و همچنین مته ها و ابزارهای حفاری که از جنس فلزات سخت اند و به طریق متالورژی پودر تهیه می شوند میزان حفاری چاهها را در معادن فوق العاده افزایش داده اند . البته باید توجه داشت که بدون این تکنیک تقریبا جدید ، امکان ندارد که ابزار هایی را که از جنس سرمت ویا فلزات سخت ( از کاربیدهایی با نقطه ذوب بالا) ساخت ، چون کاربید تیتانیوم که جزء تشکیل دهنده معمول در اغلب ابزار های برشی است ، نقطه ذوبی حدود ۳۱۵۰ درجه سانتی گراد دارد و اجزای تشکیل دهنده دیگر هم ، نظیر کاربید زیر کونیم و نیوبیوم در ۳۵۰۰ درجه سانتیگراد و بالاخره کاربید تانتا در ۳۳۸۰ درجه سانتیگراد ذوب می شوند .

علاوه بر ابزارهای برش ، تکنیک متالوژی پودر قادر است ابزارهای سوراخ کننده ، حدیده های کشش سیم و وسایل مشابه دیگر را نیز تولید کند . و در کلیه این موارد هم ، این گونه ابزارها کار خود را به خوبی انجام  می دهند . به عنوان مثال یک قالب از جنس سرمت که برای ساختن تیغ به کار می رود در حدود دو هزار میلیون دفعه مورد استفاده قرار می گیرد ، در حالی که برای همین منظور یک قالب فولادی معمولی بعد از پانزده میلیون دفعه پرس باید تعویض شود. به همین ترتیب عمر غلطک های نوردی که از فلزات سخت ساخته می شوند ، در حدود صد مرتبه بیش از غلطک ایی است که از فولادهای نرم ساخته می شوند . بالاخره ، با یک حدیده کشش سیم از جنس فولاد، تا فرسودگی کامل ، به طور متوسط می توان هشتاد کیلو گرم  سیم آهن تولید کرد ٬ در حالی که همین حدیده اگر از جنس کاربید های  زینتر شده ٬ باشد قدرت تولیدی را معادل با ۵۰ تن سیم می یابد که در حدود شش صد مرتبه بیش ازاول است .

باز برای مثال یک موتور جت را (که  حال حاضر رکن اصل هواپیماهای مدرن است)در نظر بگیریم ٬ اولین چیزی که جلب توجه می کند این است که باظهور آن ٬ سرعت هوانوردی به دو برابر افزایش  یافته است . نحوه کار این موتورها  بر اساس مکش هوا از جلو و احتراق آ ن با سوخت در محفظه احتراق و خروج سریع محصولات احتراق از عقب است . درجه حرارت سوخت کامل گازها درحدود ۱۵۰۰الی ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد است که فلزات و آلیاژهای معمولی نمی توانند درجه حرارت مزبور را تحمل کنند . در حال حاضر ٬  آلیاژهای ریختگی بااضافاتی نظیر کرم ٬  نیکل و یا کبالت ساخته می شوند که درجه حرارت های بیش از ۸۵۰-۹۰۰ درجه سانتیگراد را نمی توانند تحمل کنند ٬ به طور کلی بالاتر ازاین درجه حرارت  را قلمروی فلزات بانقطه ذوب بالا کاربید ها و نیترید هایشان می دانند که باستفاده از تکنیک ها ی متالورژی پودر تولید می شوند .

در این مرحله ٬ یکی از مطلوب ترین مواد کاربید تیتان است که به خوبی قادراست در مقابل ضربه های حرارتی (در حین سریع سرد شدن و سریع گرم شدن ) مقاومت کند . با افزودن ۲۰ درصد کبالت به این ماده ٬ قدرتش در ۹۰۰ درجه سانتیگراد دو برابر بیش از بهترین فولاد مقاوم گرما میشود یکی از راه های مطلوب دیگر دستیابی به روش هاو وسایلی است که به نحوی درجه حرارت شیپوره جلوبرنده موتورهای جت را پایین بیاورند . یکی از این روشها تعرق و یاپس دادن بخار به سطح دیواره دهانه خروجی است بهمین ترتیب که مواد بخصوصی را در میان منافذ دیواره دهانه خروجی جت که از جنس مواد خلل و فرج دار است تزریق می کنند. این مواد به صورت بخار به سطح دیواره ٬ پس داده می شوند و به شکل دانه های عرق در می آیند و همین مساله درجه حرارت را در دهانه خروجی پایین می آورد .در این جا ٬ باید متذکر شد که این گونه مواد خلل و فرجدار نیز از طریق تکنیک های متالورژی پودر ساخته می شوند.

روش های مشابه دیگری هم برای ساختن یاتاقانهای بدون روغن ( یاتاقانهایی که خوشان عمل روغنکاری رانیز انجام می دهند) به کار می روند . در این روش ها نیز پودر فلزات و گرافیت را با فشار زیاد فشرده کرده و مجموعه فشرده شده  را زینتر می کنند و معمولا چنین مجموعه ای میتواند تا حدود ۳۵% از حجم خود ٬ ماده روغنی جذب کند و داشته باشد . وقتی در حین کار ٬  این گونه یاتاقان ها گرم می شوند ٬ روغن موجود درآن  انبساط می یابد و به سطح یاتاقان پس داده می شود که به صورت فیلمی روغن د رسطح یاتاقان  شکل می گیرد ٬ ولی مجددا درحین سرد شدن ٬  مواد مزبور مانند اسفنجی ٬ روغن راجذب می کند.

علی رغم مثالهای مذکور در فوق ٬ کلا با دیدی وسیع تر می توان دریافت که تکنیک متالورژی پودرروشی کاملا جدید نیست ٬ بلکه به طرق دیگر ٬ از زمان های خیلی قدیم وجود داشته است و به طوری که در مقبره های شاهان قدیم مصر نظیر توتاناخامن که د ر۱۴ قرن قبل از میلاد می زیسته شواهدی دیده شده است . در حفاریهایی که در سال ۱۹۲۲ درکارنک انجام شد ٬ باستان شناسان ذخایر قابل ملاحظه ای در انجا به دست آوردند که حاکی از تمایل شدید این پادشاه به انواع فنون و هنر ها بوده است  زیرا مقبره وی مملو از شاهکار های فنی بود و درمیان این شاهکار ها خنجر هایی مزین با پودرطلا مشاهده می شد که در واقع می توان گفت این نشانه ای از ابتدایی ترین طریقه استفاده از تکنیک متالورژی  پودر است .

همچنین از روش مزبور قبایل قدیمی اینکاها در پرو استفاده می کرده اند چون آنها می دانستند که چگونه جواهرات را از زینتر کردن پودر فلزات گرانبها به دست آورند. ولی بعد از اضمحلال این قبایل این روش هم به بوته فراموشی سپرده شد و علم متالورژی پودر برای توسعه خود راههای دیگری در پیش گرفت .