Khi tùy chỉnh các bộ phận kết cấu gốm chính xác, các kỹ thuật thiết kế phổ biến để ngăn ngừa nứt và biến dạng là gì?

Trong các ứng dụng công nghiệp và sản xuất tiên tiến, gốm sứ chính xác (như alumina, zirconia, silicon nitride, silicon Carbide) đã trở thành vật liệu cốt lõi không thể thiếu do độ cứng cao, chống mài mòn, chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn. Tuy nhiên, do tính giòn vốn có của vật liệu gốm và độ co rút thể tích nghiêm trọng phải đối mặt trong quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao (tốc độ co ngót thường nằm trong khoảng 15% để 25% ), việc thiết kế và sản xuất các bộ phận kết cấu của nó là vô cùng khó khăn. Thiết kế kết cấu không hợp lý thường dẫn đến nứt, cong vênh và biến dạng của sản phẩm trong quá trình thiêu kết, gia công hoặc sử dụng thực tế.

Hướng dẫn này tóm tắt một cách có hệ thống các kỹ thuật chống nứt thiết kế cốt lõi, chiến lược chống biến dạng và các thông số kỹ thuật phù hợp với quy trình trong quy trình tùy chỉnh các bộ phận kết cấu gốm chính xác, nhằm giúp các kỹ sư thiết kế tối ưu hóa cấu trúc sản phẩm, nâng cao năng suất và giảm chi phí sản xuất.

1. Ba điểm chính của đặc tính và khả năng tùy biến của vật liệu gốm

Trước khi bắt đầu bất kỳ dự án tùy chỉnh gốm nào, ba yếu tố cốt lõi hạn chế lẫn nhau sau đây phải được xem xét từ góc độ toàn cầu.

1. Lựa chọn vật liệu

Các tính chất vật lý và hóa học của vật liệu xác định giới hạn hiệu suất trên của các bộ phận kết cấu. Bảng sau liệt kê các đặc điểm cốt lõi và các kịch bản ứng dụng điển hình của bốn vật liệu gốm chính xác chính xác.

2. Độ chính xác kích thước và phụ cấp gia công

• Dung sai thiêu kết: Thiêu kết trực tiếp " thân xanh " trở thành " Phôi chín " Cuối cùng, do độ co ngót không đồng đều nên dung sai thường chỉ có thể được kiểm soát trong phạm vi ±1% hoặc ± 0,1mm Xung quanh.
• Phụ cấp hoàn thiện: Đối với các yêu cầu về độ chính xác phù hợp cực cao (chẳng hạn như mức micron mm ) giao diện phải được đặt sang một bên trong quá trình thiết kế 15mm-0,3mm trợ cấp mài bánh mài kim cương.

3. Quá trình đúc phù hợp

Chọn quy trình theo lô sản xuất và độ phức tạp của cấu trúc: ép khô phù hợp với số lượng lớn các bộ phận phẳng đơn giản; ép đẳng tĩnh lạnh (CIP) Thích hợp cho các phôi có kích thước lớn, thanh hoặc ống; ép phun gốm (CIM) Nó phù hợp cho các bộ phận nhỏ ba chiều có cấu trúc cực kỳ phức tạp, nhưng chi phí mở khuôn cao.

2. Kỹ năng thiết kế cốt lõi chống nứt và chống biến dạng

1. Thiết kế độ dày của tường: Theo đuổi " hoàn toàn đồng nhất "

Độ dày thành không đồng đều là nguyên nhân số một gây ra vết nứt ở các bộ phận gốm trong quá trình thiêu kết và làm mát. Tốc độ giãn nở và co lại nhiệt của các bộ phận dày và các bộ phận mỏng là khác nhau, điều này sẽ tạo ra ứng suất bên trong rất lớn.

• Tránh sự chênh lệch về độ dày: Cố gắng giữ độ dày thành tổng thể nhất quán. Nếu phải thay đổi độ dày trong kết cấu thì nên sử dụng các chuyển tiếp độ dốc nhẹ nhàng và tuyệt đối tránh. 90° của những thay đổi đột ngột.
• Xử lý lỗ giảm trọng lượng: Đối với các bộ phận đặc nặng, các lỗ mù, lỗ xuyên hoặc khoét rãnh phía sau (rãnh) cần được thiết kế để giảm độ dày cục bộ mà vẫn đảm bảo độ bền cơ học.

2. Thiết kế góc: hình tròn góc nhọn đầy đủ ( R đặc điểm kỹ thuật góc)

Gốm sứ được sản xuất ở các góc nhọn " sự tập trung căng thẳng " Cực kỳ nhạy cảm. Các góc nhọn bên trong hoặc bên ngoài có thể dễ dàng trở thành nguồn gốc của các vết nứt khi chịu tác động nhiệt hoặc ứng suất cơ học.

• bên trong / Bán kính góc ngoài: Tất cả các góc và chuyển tiếp bước phải được làm tròn. Đề xuất nội bộ R góc ít nhất lớn hơn 5mm (đề nghị R ≥1.0mm ). Cho phép không gian, R Góc càng lớn thì cấu trúc càng cứng.
• Lắp ráp khe dọn góc: Nếu phải giữ lại do cần phải ghép các bộ phận kim loại 90° Đối với góc vuông bên ngoài nên thiết kế góc trong hướng vào trong. " Cắt xén " hoặc " lỗ mù " , di chuyển vùng giảm căng thẳng ra khỏi đỉnh góc vuông.

3. Thiết kế lỗ và cạnh: Ngăn ngừa nứt thiêu kết và sứt mẻ cạnh

Khi mở các lỗ (như lỗ vít và lỗ giảm trọng lượng) trên các bộ phận gốm, vị trí và hình dạng của các lỗ có ảnh hưởng lớn đến chất lượng đúc.

• Khoảng cách cạnh tới hạn: Khoảng cách từ thành lỗ đến mép ngoài của miếng gốm cũng như khoảng cách thực giữa hai lỗ phải lớn hơn đường kính lỗ. 5 lần. Khoảng cách quá gần sẽ khiến vùng yếu bị kéo ra ở cả hai đầu trong quá trình co ngót thiêu kết.
• Vát lỗ: Các cạnh mở của tất cả các vias xuyên suốt và mù nên được thiết kế 45°×0.3mm-0.5mm Vát mép để tránh hiện tượng sứt mẻ cạnh trong quá trình mài hoặc lắp ráp thực tế tiếp theo.
• Tránh các lỗ có hình dạng: Cố gắng sử dụng các lỗ tròn tiêu chuẩn. Cố gắng tránh thiết kế các lỗ dài, lỗ vuông hoặc các lỗ đặc biệt có góc nhọn. Những lỗ như vậy có tính dị hướng rõ ràng khi co lại và dễ xuất hiện các vết nứt nhỏ xung quanh.

4. Loại bỏ các bề mặt phẳng lớn: chống biến dạng cong vênh

Do ảnh hưởng của trọng lực, ma sát và sự chênh lệch nhỏ về nhiệt độ lò trong quá trình thiêu kết, các chi tiết phẳng lớn và mỏng rất dễ bị biến dạng cong vênh (thường được gọi là " uốn cong quả chuối " ).

• Đặt chất tăng cứng: Thiết kế các gân gia cố hình chữ thập, hình tic hoặc hướng tâm ở mặt sau của tấm phẳng có thể cải thiện đáng kể độ cứng và khóa hướng co ngót.
• Thiết kế ông chủ địa phương: Nếu một mặt phẳng nhất định cần được sử dụng làm bề mặt tiếp xúc lắp ráp, đừng biến toàn bộ mặt phẳng lớn thành bề mặt tiếp xúc có độ chính xác cao. Các vấu cục bộ nhỏ phải được thiết kế xung quanh các lỗ vít hoặc các điểm lắp then chốt và chỉ nên mài bề mặt của các vấu trong quá trình hoàn thiện tiếp theo. Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí xử lý mà còn tránh được hiệu quả tác động của cong vênh mặt phẳng tổng thể.

5. Thiết kế đối xứng: độ căng thiêu kết cân bằng

Khi các bộ phận gốm được nung kết trong lò, lực co ngót tương đối cân bằng theo mọi hướng. Nếu cấu trúc không đối xứng nghiêm trọng, nó sẽ dẫn đến lực căng không cân bằng và biến dạng tổng thể.

• Đối xứng hình học: Cố gắng làm cho các bộ phận kết cấu duy trì tính đối xứng trung tâm, đối xứng trục hoặc đối xứng hình dạng ở cấp độ hai chiều hoặc ba chiều.
• Cà vạt thủ công (dầm đỡ thủ công): Đối với hình dạng mở không đối xứng (chẳng hạn như C hình dạng, bạn (cấu trúc hình dạng), một lỗ nên được thêm vào một cách nhân tạo trong quá trình thiết kế. " Chùm kết nối quá trình tạm thời " , để nó duy trì cấu trúc đối xứng vòng kín trong quá trình thiêu kết. Sau khi thiêu kết và mài, chùm tia tạm thời được cắt bằng một lát kim cương.

Ba. Bảng cheat cho thông số kỹ thuật thiết kế của các bộ phận kết cấu gốm chính xác

Bảng dưới đây tóm tắt những thực hành sai và thông số kỹ thuật đúng khi thiết kế các bộ phận kết cấu gốm chính xác để các kỹ sư tham khảo nhanh.

Lưu ý: Trong quá trình phát triển dự án thực tế, bạn nên tiến hành thiết kế theo định hướng sản xuất với kỹ sư xử lý chuyển tiếp gốm càng sớm càng tốt sau khi hoàn thành bản thảo đầu tiên của thiết kế kết cấu ( DFM ) xem xét để tối ưu hóa hơn nữa các kích thước dựa trên các tính chất cơ học của vật liệu cụ thể.