Дефекты керамического литья под давлением и как найти их причину

Дефекты керамического литья под давлением и как найти их причину

Дефекты керамического литья под давлением после спекания почти необратимы. Содержание твёрдой фазы в фидстоке 55% до 65%, линейная усадка при спекании 15% до 25%. Трещина, газовая пора или градиент плотности в заготовке под действием этой усадки растут и превращаются в брак.

Проблема структурная, а не случайная. Каждый этап цепочки, от подготовки фидстока до впрыска, удаления связующего и спекания, может внести дефект, и у каждого этапа узкое окно допуска. Фидсток, впрыск, удаление связующего, спекание и контроль идут на одном заводе через шесть ключевых технологий Yujiaxin Tech.

Почему керамическое литьё даёт больше дефектов, чем литьё пластика

Пластиковый фидсток состоит из расплава полимера. Керамический фидсток представляет собой порошок в связующем. Объёмная доля порошка достигает 55% до 65%, вязкость высокая, текучесть низкая, и расплав чувствителен к сдвигу. Даже слегка несбалансированное заполнение оставляет линии спая и разницу плотности.

Второе отличие находится дальше по потоку. Пластиковая деталь готова после извлечения. Керамическая деталь после извлечения лишь заготовка, и размеры задают удаление связующего и спекание. Быстрый нагрев даёт вздутия, неравномерная усадка даёт коробление.

Дефекты керамического литья под давлением, краткая таблица

Речь идёт прежде всего о пористости, расслоении, трещинах, чёрных точках и включениях, а также о дрейфе размеров; чаще всего они берут начало на этапе фидстока, заполнения, удаления связующего или спекания.

Эта таблица дефектов керамического литья под давлением лишь отправная точка, а не ответ. За одним симптомом обычно стоят две или три причины, и сузить их можно только по данным измерений.

Трещины и деформация, остаточные напряжения и неравномерная усадка

Трещины и деформация труднее всего среди дефектов керамического литья под давлением, потому что часто проявляются только после удаления связующего. Трещины от извлечения идут от неравномерного усилия и малого уклона. Заготовка слабая, лёгкое натяжение её рвёт, и трещина скрыта до спекания.

Трещины при спекании связаны с неравномерной усадкой. Если соседние зоны имеют разную долю твёрдой фазы, они усаживаются по-разному и тянут друг друга на границе. Плохое смешение, разница ориентации у литника и резкие изменения толщины создают этот градиент. Решение таково: ровный фидсток, плавные переходы толщин и направленная компенсация усадки, как в контроле удаления связующего и спекания.

Пористость, расслоение и неоднородная плотность, давление и реология

У таких дефектов общий корень. Пористость идёт от газа в фидстоке или слабой выдержки. Если смешение не дегазирует фидсток, впрыск несёт газ в полость, и спекание запирает его как поры. Если выдержка короткая, литник рано застывает, конец не подпитывается, и остаётся усадочная раковина.

Расслоение связано со сдвиговой ориентацией. Керамический фидсток высоковязкий, поэтому у литника порошок и связующее могут локально разделиться и дать слоистую структуру. Знания о проектировании пресс-формы и литниковой системы стоит закладывать на этапе DFM. Неоднородная плотность заметнее всего в многогнёздных формах: когда разница времени заполнения превышает 0,2 секунды, усадка по гнёздам расходится.

Дефекты керамического литья под давлением: чёрные точки и включения

Чёрные точки и включения самые заметные среди дефектов керамического литья под давлением, и по сути это проблема чистоты. Источников обычно три.

Износ мелющих тел вносит металл или оксиды. Пыль попадает в полость при извлечении и переносе. Грязная печь осаждает углерод от сгоревшей органики.

Источники закрывают по одному. Перейти на износостойкие мелющие тела. Впрыск и перенос вести в чистых помещениях.

Печь регулярно чистить и следить за точкой росы и остаточным кислородом. Входящий фидсток проверяют на чистоту, а долю возврата ограничивают сверху.

Отклонение размеров, компенсация усадки и онлайн-контроль

Дрейф размеров часто становится источником дефектов керамического литья под давлением, и корень в усадке. Усадка не одно число. Она меняется с размером частиц, составом связующего, параметрами впрыска и кривой спекания.

Диоксид циркония часто даёт 18% до 25% линейной усадки, оксид алюминия 15% до 20%. Неверный коэффициент сдвигает деталь системно.

Компенсация идёт в три шага:

1. Сначала замер усадки по партиям, тест-бруски и обратный расчёт размера полости.
2. Затем в многогнёздной форме калибруют каждое гнездо, а не среднее.
3. Затем онлайн-контроль, а в серию выходят при Cpk 1,33 и выше.

Методику описывает усадка при спекании и увеличение полости.

Контроль и приёмка, как работают вместе КТ, рентген, плотность и КИМ

Ни один метод не ловит все дефекты керамического литья под давлением, поэтому их сочетают:

• КТ даёт внутренние поры, трещины и расслоение с микронным разрешением.
• Рентген быстро читает разницу плотности и включения и подходит для серийного отбора.
• Метод Архимеда показывает общую плотность.
• КИМ отвечает за внешние размеры и геометрические допуски.

КТ выявляет внутренние поры и раковины, ход трещин, границы расслоения, положение включений и градиенты плотности. Плотность даёт среднее, КТ даёт распределение, и они дополняют друг друга. О механизмах дефектов см. обзор технологии CIM от Fraunhofer IKTS.

О критериях приёмки см. стандарты MPIF по порошковой инжекции.

От борьбы с дефектами к стабильной серии, DFM и оценка поставщика

Управлять такими дефектами нужно ради стабильной серии, а не ради одной хорошей детали. Для этого DFM-ревью ставят в начало. Согласовать положение литника, толщину стенки, уклон и компенсацию усадки до изготовления формы дешевле, чем многократно доводить форму.

При сравнении поставщиков важна не цена, а три вещи. Есть ли данные по усадке для каждой партии. Есть ли у них КТ или контроль плотности. Долго ли держится низкая доля брака.

Yujiaxin Tech работает в прецизионном производстве с 1998 года и сертифицирована по ISO 9001. Шесть технологий, MIM, PM, точное литьё, зубофрезерование, CNC и CIM, замыкают цикл в одном предприятии. Для серийных керамических деталей деталь можно сверить с контролем и приёмкой на всех этапах. Пришлите чертёж с критичными допусками, и технологическая команда вернёт план предотвращения дефектов на этапе DFM.

В итоге дефекты керамического литья под давлением рождаются на этапах процесса, а не по воле случая. Проработайте окно допуска на каждом этапе, и доля брака снизится сама.