DFM第2部分:粉末中的烧结软磁材料冶金

发布的ob体育比分——2021年7月13日

粉末冶金(PM)材料的不同分支有非常不同的设计考虑。对于PM制造商来说,这是一个不可避免的事实,但对于OEM买家/工程师来说,这是一个艰难的教训。

在粉末冶金中,磁性材料有两个分支。为了简单起见,我们说一个用于直流电磁应用,另一个用于交流。

软磁复合材料(SMC)是AC电磁应用的优异,节能的选择。然而,它们不适合DC组件,因为它们缺乏烧结材料的快速磁响应。出于同样的原因,烧结软磁材料不适合交流应用,因为它们产生显著的热量和核心损耗。

(如果您的项目呼叫AC机器,请参阅本系列的第1部分,我们探索设计可制造性用于软磁复合材料。)


我们的“为制造而设计”系列的第2部分将帮助工程师解决直流设置中粉末冶金的局限性,更重要的是,解决粉末冶金的优势。烧结粉末金属零件已证明自己在高性能直流应用,因为他们高渗透率,矫顽力和机械强度。

通过应用正确的材料,以及正确的可制造性设计原则,您可以释放您的部件的潜力。

粉末冶金烧结软磁材料的设计考虑因素

可制造性作为一种方法设计要求工程师认为从概念到最终组装的实际限制。在烧结软磁性部件的背景下,这意味着两侧必须了解软磁材料的性能如何影响:

  • 零件磁性粉末冶金制成
  • 生产流程您的特定应用程序所必需的
  • 零件力学性能粉末冶金制成

结合烧结粉末金属的优点和限制来评估您的需求,确保成品有效地生产,并且在该领域中表现良好。同样重要的是,DFM确保制造过程进行没有中断或者由于缺陷而损失了时间和金钱。

应用程序

烧结软磁电磁提供快速响应和可定制的性能,其中组合有益于许多直流应用:

  • 螺线管
  • 刷涂直流电机的磁定子(磁通回报路径)
  • 永磁同步电动机转子
  • 几乎任何直流电机,包括无刷直流电动机

无论具体的用途是什么,您的个人应用程序需求应该始终处于设计过程的前沿。举个例子,在选择粉末之前,您需要知道应用的频率,因为频率影响磁性性能烧结软磁材料。

一旦我们知道你想怎么做,我们就能帮你比较材料解锁更高的性能

形状

在设计可制造性时,组件形状是最重要的考虑因素之一。你们的粉末冶金制造商应该能够帮助你们充分实现粉末冶金固有的净成形能力。这样做,你可以增加价值,创造一个更紧凑的设计,甚至可以减少产品的重量。

粉末冶金是一种从始至终的高效工艺。为粉末冶金优化设计的产品可能不需要任何二次加工。然而,当压实不能捕获产品的精确几何形状时,机械加工提供了一种成本效益高的方法来复制精确的细节。压实后需要加工的一些特性包括:

  • 井间
  • 削弱了
  • 法兰
  • 凹槽

烧结软磁材料的强度足以承受加工,攻丝,钻孔时需要,所以客户可以实现几乎任何可能的产品几何形状。

与用于交流应用的SMC粉末相比,由于烧结软磁粉可以完成复杂的几何形状烧结钎焊和烧结.这些过程,粉末金属独特,允许您减少组装中的零件数量。例如,使用烧结钎焊,可以将非磁性部件连接到磁性部件,将部件的磁性特性限制在某些区域。

您还可以在AC磁性项目中使用的更脆弱的SMC进行压力拟合到轴上,这是不可能的。

性能与粉末冶金二次作业

粉末冶金,烧结零件的零件的机械性能将始终与来自杆股的加工/锻造材料不同。例如,用粉末冶金,最大助焊剂是密度的函数。但是,一些二次过程可以提高烧结软磁性的性能,而且它们更容易在烧结零件上执行而不是它们的非烧结的SMC表兄弟:

  • 加工在长期生产前进行原型设计的钻孔和挖掘 - 全部在烧结软磁元件上轻松执行。
  • 铁素体气体碳氮共渗将氮气和碳介绍到部件的表面,以提高表面硬度和耐磨性而不影响芯的磁性。
  • 蒸汽处理产生硬表面层以改善腐蚀和耐磨性。(该过程可能略微影响渗透性和诱导。)
  • 树脂和油浸渍在额外的涂料或处理之前创造自润滑性,密封孔隙度,保护部件。
  • 分级减少烧结过程中出现的尺寸变化,提高50%的公差限制。
  • 退火在加工或施胶组件后是一种重要的二级过程,因为它消除了应力并恢复软磁特性。

因此,影响性能的不仅仅是材料,还有所使用的制造工艺。你的粉末冶金公司应该从一开始就考虑这些因素,以改善结果和减少意外费用。


均匀化用于定制

烧结软磁材料电阻率图表

谢谢超高温烧结(UHTS)突破,我们现在可以烧结高达2500°F。

uhtts对软磁元件有什么影响?

UHTS促进更大的颗粒间扩散,相应地增加渗透性和矫顽力。此外,它有助于使用硅作为磁性合金元素,给予更强的磁响应。

这些品质使合金化过程更有效,为您的产品增加了更多价值。

机械性能如何?UHTS还产生了重大改进:

  • 抗拉强度
  • 抗疲劳强度
  • 冲击强度
  • 淬透性


烧结资源中心

DFM在粉末冶金领域具有挑战性,因为它需要彻底了解零件的要求,PM长期被低估的能力,以及烧结磁体的独特性能。为了获得最好(和最快)的结果,工程师应该在设计过程中尽早和供应商沟通,在生产开始之前很久就对他们的部分进行优化。

我们实际上写了粉末冶金设计手册当涉及到高级烧结时,所以有关改善烧结部分的更多指导,下载我们的免费指南:

烧结工程师指南下载

主题:粉末冶金材料设计流程


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