La metalurgia de polvos mejora engranajes sinterizados y bujes autolubricantes
Resumen de engranajes y bujes autolubricantes sinterizados
Los engranajes, bujes y cojinetes autolubricantes sinterizados se refieren a componentes de metalurgia de polvos con porosidad e impregnados con lubricantes que proporcionan lubricación continua durante la operación sin necesidad de recarga externa de lubricante. En comparación con los engranajes, bujes y cojinetes sólidos, son ligeros, porosos, autolubricantes y de alta resistencia. Normalmente usamos dos métodos de fabricación de metal en polvo para producir engranajes sinterizados y bujes autolubricantes, a saber, moldeo por inyección metálica y moldeo por compresión de polvo, que pertenecen al proceso de metalurgia de polvos.
Métodos de fabricación de engranajes y bujes metálicos sólidos
Los principales procesos de fabricación para engranajes y bujes metálicos sólidos ofrecen ventajas distintas. El mecanizado de engranajes permite un perfilado y acabado de alta precisión, pero la fundición proporciona capacidad de forma casi neta. El forjado mejora la resistencia mediante el flujo de grano. El mecanizado de bujes permite tolerancias estrictas y calidad de acabado superficial, mientras que el brochado facilita características internas complejas. Los bujes fundidos pueden producirse rápidamente en formas complejas, requiriendo un acabado mínimo.
Mecanizado CNC – Los procesos de corte de engranajes como el roscado, conformado y fresado permiten mecanizar con precisión engranajes a partir de piezas metálicas en bruto. Método más común.
Fundición – La fundición metálica puede usarse para producir piezas en bruto gruesas que requieren mecanizado adicional. Ahorra material en comparación con el mecanizado de piezas en bruto.
Forjado – Las piezas en bruto pueden forjarse a partir de metal para obtener formas básicas antes del mecanizado. Proporciona fortalecimiento por flujo de grano.
Extrusión – La extrusión en caliente de ciertos metales puede producir bujes sin costuras con tolerancia ajustada.
Mejora de la resistencia al desgaste
Los engranajes y bujes moldeados por polvo aprovechan capacidades como la impregnación de lubricantes, carburos finos y aleaciones personalizadas para mejorar significativamente las propiedades de desgaste y la vida útil de las piezas en comparación con los métodos tradicionales de fabricación.
- Impregnación de lubricante – La porosidad en las piezas sinterizadas permite retener lubricantes como aceite y grafito. Esto proporciona lubricación continua a las superficies de contacto, minimizando el desgaste.
- Carburos más finos – El enfriamiento rápido inherente al sinterizado de polvo resulta en carburos muy finos y uniformemente dispersos en la microestructura. Esto mejora la resistencia al desgaste.
- Endurecimiento por trabajo – Las fuerzas de compresión durante la compactación endurecen el material. Esto mejora aún más la resistencia a la abrasión.
- Flexibilidad del material – Se puede usar una gama más amplia de aleaciones adaptadas para resistencia al desgaste en el sinterizado que en las aleaciones trabajadas. Se pueden añadir elementos como cromo, níquel y molibdeno.
- Control de composición – La metalurgia de polvos permite un control preciso de la composición en comparación con la variabilidad de las aleaciones fundidas. Esto optimiza las propiedades.
- Gradiente de densidad – Se puede mantener cierta porosidad cerca de la superficie para retener la lubricación mientras el núcleo permanece completamente denso para la resistencia. Reduce el desgaste superficial.
Amortiguación de ruido
Los engranajes y bujes comprimidos en polvo aprovechan atributos únicos como la porosidad, los gradientes de material y las formas moldeadas no disponibles en metales sólidos para proporcionar una amortiguación acústica inigualable y operación silenciosa.
- Estructura porosa – La porosidad y los vacíos inherentes en las piezas sinterizadas absorben y disipan la energía de vibración y las ondas sonoras, reduciendo el ruido.
- Fricción interpartículas – La fricción entre las partículas de polvo metálico y en los límites de las partículas también amortigua la transmisión de vibraciones a través de la estructura sinterizada.
- Ajuste mejorado – La porosidad permite un mejor ajuste entre componentes acoplados. Minimiza la generación de vibraciones por holguras o mal ajuste.
- Efecto de lubricación – Los lubricantes impregnados en los poros minimizan el contacto metal con metal, una fuente de ruido. Las películas de lubricante amortiguan las vibraciones.
- Rigidez reducida – Una cierta reducción del módulo de elasticidad con el sinterizado en comparación con metales sólidos contribuye a la amortiguación de vibraciones.
- Capacidad de amortiguación mejorada – La metalurgia de polvos permite composiciones y propiedades a medida para mejorar la capacidad de amortiguación.
- Optimización de forma – El sinterizado permite formas moldeadas, patrones superficiales o aletas para optimizar la amortiguación mediante efectos geométricos.
Geometrías complejas
La combinación de moldeo cercano a la forma neta, procesamiento automatizado y flexibilidad de composición proporcionada por la metalurgia de polvos otorga capacidades geométricas excepcionales para el diseño de engranajes y bujes moldeados.
- Forma casi neta – Las piezas sinterizadas se forman moldeando polvo metálico muy cerca de la forma y dimensiones deseadas. Minimiza la necesidad de mecanizado de formas complejas.
- Flexibilidad de diseño – Los moldes permiten una tremenda libertad en el diseño de geometrías internas y externas intrincadas y no uniformes que no pueden producirse mediante mecanizado.
- Consolidación de piezas – Los ensamblajes complejos pueden simplificarse consolidando componentes en una sola pieza sinterizada con características integradas.
- Sin requisitos de ángulo de desmoldeo – Se pueden lograr paredes verticales, rebajes y características de ángulo negativo ya que el moldeo por polvo no requiere los ángulos de desmoldeo necesarios en la fundición.
- Densidad personalizada – Secciones de diferentes densidades pueden incorporarse en una sola pieza variando la compactación en regiones específicas. Permite una mayor optimización de la forma.
- Postprocesamiento – Operaciones secundarias como estampado, forjado o laminado tras el sinterizado pueden mejorar las formas detalladas.
- Automatización – El moldeo y procesamiento automatizado de materiales en polvo permite la producción en volumen alto de geometrías complejas repetibles.
Fricción reducida
La combinación de opciones de composición, precisión de forma neta y retención de lubricante proporcionada por el moldeo por polvo ofrece a los componentes moldeados de engranajes y bujes una capacidad de baja fricción inigualable.
- Lubricantes impregnados – La porosidad permite retener lubricantes como aceite o grafito en el material, proporcionando lubricación continua en las superficies de contacto y reduciendo la fricción.
- Acabado superficial más fino – El sinterizado puede producir acabados superficiales lisos, reduciendo la fricción debido a un menor contacto entre asperezas. Las operaciones post-sinterizado mejoran aún más el acabado.
- Control dimensional – La capacidad de forma neta del sinterizado da lugar a un control dimensional preciso, permitiendo mejores ajustes y menor excentricidad, lo que reduce la fricción.
- Flexibilidad de composición – La adición de elementos de aleación como carbono, cobre y estaño optimiza las propiedades del material como la conductividad térmica, el amortiguamiento y la química de la superficie de contacto para minimizar la fricción.
- Gradiente de densidad – Una mayor porosidad y menor densidad en la superficie retienen más lubricante en la interfaz crítica, lo que lleva a menos fricción.
- Lubricación con grafito – La estructura estratificada del grafito impregnado permite que se deslice fácilmente en las zonas de contacto, proporcionando lubricación de baja fricción.
- Módulo elástico más bajo – Una reducción del módulo respecto a las aleaciones completamente densas disminuye las tensiones superficiales y la fricción.
Potencial de reducción de peso
Los engranajes y bujes moldeados por polvo aprovechan composiciones de baja densidad, geometrías optimizadas y ensamblajes integrados no disponibles en metales forjados para permitir capacidades de reducción de peso sin precedentes.
- Porosidad – La porosidad controlada incorporada en la estructura sinterizada reduce intrínsecamente la masa y la densidad, proporcionando una reducción de peso inherente.
- Materiales de baja densidad – Se pueden usar polvos elementales de baja densidad, como titanio o aluminio, en el sinterizado para fabricar componentes ligeros.
- Secciones más delgadas – La alta resistencia específica de las piezas sinterizadas permite diseños con secciones y paredes más delgadas manteniendo la resistencia, lo que reduce el peso.
- Reducción de material – Las capas superficiales porosas en las piezas sinterizadas retienen lubricantes, permitiendo usar menos material para el mismo rendimiento.
- Consolidación de piezas – Los ensamblajes complejos pueden consolidarse en piezas sinterizadas únicas, eliminando sujetadores y uniones separadas que añaden peso.
- Optimización topológica – Las formas orgánicas y estructuras vaciadas diseñadas para condiciones de carga pueden moldearse para aportar resistencia sólo donde es necesaria.
- Precisión dimensional – El control consistente de tolerancias permite espesores de pared muy delgados y precisos e intersecciones imposibles con otros métodos.
- Relación resistencia-peso – Los carburos finamente dispersos y los efectos de endurecimiento por trabajo proporcionan a las piezas sinterizadas una buena resistencia específica para su peso.
Cojinetes de bronce autolubricantes sinterizados
Los cojinetes de bronce sinterizado proporcionan propiedades de rendimiento óptimas, lo que los hace superiores a muchos otros materiales para cojinetes. La estructura porosa permite la impregnación de lubricantes para autolubricación y reducción de fricción sin necesidad de reaplicación frecuente. También amortiguan el ruido y las vibraciones. Al mismo tiempo, la composición de bronce ofrece alta capacidad de carga y buena resistencia al desgaste, manteniendo la estabilidad dimensional a lo largo de las temperaturas de operación. El bronce sinterizado puede personalizarse para mejorar propiedades específicas, como maximizar el rendimiento de desgaste con adiciones de aleación únicas. Los cojinetes tienen buena maquinabilidad para fabricación adicional. En general, la autolubricación, resistencia, estabilidad y capacidad de personalización del bronce sinterizado lo convierten en una solución de cojinetes excelente y rentable para aplicaciones mecánicas exigentes. El método de producción por metalurgia de polvos permite fabricar cojinetes de alta calidad con forma neta y tolerancias estrictas de manera eficiente y asequible.
Estas propiedades permiten que los cojinetes de bronce sinterizado se utilicen en diversas aplicaciones mecánicas y tribológicas exigentes en varias industrias. Los usos típicos incluyen bujes y cojinetes automotrices, sistemas de manejo de materiales como cintas transportadoras o robótica, sistemas de bombeo de fluidos de alta presión, instrumentos de precisión, válvulas, motores eléctricos y equipos de conmutación, maquinaria de construcción/minería y más. La capacidad de autolubricación, alta capacidad de carga, estabilidad térmica y fabricación rentable brindan versatilidad a los cojinetes de bronce sinterizado en aplicaciones de cojinetes críticas para el rendimiento. El método de producción por metalurgia de polvos permite fabricar cojinetes de bronce de alta calidad con forma neta evitando costosos procesos de mecanizado.
Cuándo usar el moldeo por compresión de polvo
Para aplicaciones de engranajes y bujes donde la complejidad, productividad y rendimiento son esenciales, el moldeo por polvo ofrece ventajas incomparables sobre los métodos tradicionales de fabricación sustractiva.
- Complejidad del diseño – El sinterizado permite geometrías internas y externas intrincadas y no uniformes que son difíciles o imposibles de producir mediante mecanizado u otros métodos.
- Productividad – La compactación y sinterizado automatizados permiten una producción de gran volumen con forma neta a costos inferiores a los de la fabricación sustractiva.
- Autolubricación – La impregnación de lubricantes en la estructura porosa proporciona a los componentes sinterizados propiedades autolubricantes inherentes que no se pueden lograr con metales sólidos.
- Combinación de propiedades – Propiedades únicas y personalizadas como gradientes de densidad, porosidad controlada y adiciones de aleaciones pueden diseñarse en las piezas sinterizadas.
- Consolidación de piezas – Ensamblajes complejos con múltiples componentes pueden consolidarse fácilmente en piezas sinterizadas únicas.
- Materiales no ferrosos – El sinterizado permite metales no ferrosos como bronce, cobre y aleaciones de titanio, que normalmente no se usan para engranajes/bujes mecanizados.
- Mejora del rendimiento – Las microestructuras finas y las propiedades isotrópicas derivadas del procesamiento en polvo mejoran la resistencia, tenacidad y funcionalidad.
- Piezas cerca de la forma neta – El sinterizado produce componentes próximos a las dimensiones finales, minimizando el mecanizado y los costos asociados.
En general, para aplicaciones de engranajes y bujes que requieren geometrías únicas, propiedades específicas o producción a escala, la flexibilidad de diseño y fabricación que ofrece el sinterizado en polvo proporciona ventajas significativas sobre los métodos sustractivos y la fabricación convencional.
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