3 вещи, которые делают прецизионные металлы точными

Что такое «прецизионные металлы»?

В мире металлообработки люди часто ищут то, что они называют прецизионными металлами. Но что именно это означает?

В зависимости от приложения термин точность может относиться к ряду характеристик:

• Точность размеров металла
• Точность его композиции
• Точность работы металла.

Что же важно учитывать при выборе прецизионных металлов для вашего продукта или производства с точки зрения этих важных характеристик?

Размеры прецизионных металлов

Для наших клиентов в первую очередь важны размеры, когда речь идет о прецизионных металлах. На самом деле в металлообработке, где наши очень жесткие допуски на резку могут привести к высоким значениям Cpk/Ppk, наши методы обеспечивают уровень точности размеров, который на самом деле может быть выше, чем требуется заказчику.

В общем, точные размеры и стоимость сильно коррелируют, поскольку большая точность означает более высокую цену. Это связано с тем, что для достижения точных размеров обычно требуется оборудование, которое само по себе имеет самые жесткие допуски и состоит из компонентов с самыми жесткими допусками

Кроме того, для получения максимальных результатов от этой техники требуется многолетний опыт и лучшие операторы. Поэтому стоимость оборудования и рабочей силы — и, в конечном счете, стоимость прецизионных металлов с размерами самых жестких допусков — высока.

Стоит ли точность лазера своих денег?

Отличным примером является лазерная обработка. Хотя лазерная резка может быть универсальной и точной, с жесткими допусками и небольшими пропилами, она, как правило, медленная и дорогая, особенно для двухосевой резки.

Хотя лазеры большой мощности могут выполнять более быструю резку, при этом они обеспечивают грубую отделку торцевой поверхности и широкие, глубокие зоны термического влияния — вероятно, не те результаты, которые вы ожидаете от размеров прецизионных металлов.

Для лазерной резки труб внутренняя часть трубы должна быть покрыта противоразбрызгивающей жидкостью, а материалы должны резаться лазером по одному, что увеличивает время производства и увеличивает стоимость.

Неужели 3D — это все, что нужно?

Еще одним примером компромисса между стоимостью и размерами является 3D-производство. Здесь процесс лазерного спекания зависит от ряда переменных, в том числе:

• Размер лазерного пятна
• Микронный размер металлического порошка.
• Интервалы высот ступеней «лифта», представляющих свежий порошок для лазерного спекания.

На заре лазерного спекания эти градации — особенно интервалы высоты ступеней лифта — были довольно большими по сравнению с современными токарными и фрезерными станками швейцарского типа той же эпохи.

Таким образом, хотя 3D-метод мог добавить свойства металла, которые нельзя было получить с помощью вычитания с помощью обычной механической обработки, конечный продукт выглядел на удивление грубым. Это произошло из-за сравнительно низкого разрешения ранней 3D-печати.

Несмотря на то, что точность интервалов, размера порошка и размера лазера значительно улучшилась в современном прямом лазерном спекании металлов, некоторые из этих основных компромиссов остаются.

Например, были достигнуты невероятные успехи в уменьшении размера лазерного пятна. Однако вместе с этим увеличивается время, необходимое для аддитивного построения детали.

Это приводит к более высоким ценам на детали — и это еще один пример того, как большая точность коррелирует с более высокой стоимостью.

Кроме того, из-за характера спекания и проблем, связанных с отжигом, лазерное спекание такого материала, как вольфрам, остается незавершенным.

Несмотря на то, что были достигнуты некоторые успехи — например, в тестировании свойств напечатанного на 3D-принтере вольфрама для использования в медицинской радиационной защите и ядерной визуализации — успех пока остается недостижимым.

Состав прецизионных металлов

Существует множество искусственных металлов и сплавов, состав которых делает их «точными».

Одним из известных примеров является никель-титановый сплав. NiTi (или нитинол), впервые широко использовавшийся в свое время для изготовления оправ для очков, обеспечивает оправам память формы и сверхэластичность, что позволяет прочным оправам выдерживать сгибание и снова принимать форму.

Сегодня никель-титановый сплав широко используется для изготовления трубок в производстве медицинских устройств. (Вы можете узнать больше о никель-титановых трубках и других материалах для медицинских устройств в нашем бесплатном техническом документе.)

Другим примером является вольфрамовый элемент, который требует точного состава для достижения желаемых и очень специфических рабочих характеристик

Например, для высокоскоростных автоматизированных сварочных работ, требующих высоких уровней тепло- и электропроводности и исключительной твердости, Metal Cutting предлагает высокопроизводительные электроды из чистого вольфрама.

Вольфрамовый элемент и NiTi четко иллюстрируют основную дихотомию в химическом составе прецизионных металлов:чистота и рецептура. Для некоторых применений прецизионный металл представляет собой чистый элемент, например вольфрамовый элемент. Но для других применений это смесь, требующая особого рецепта.

Рецепт может варьироваться, но результаты должны быть точными.

Проверка чистоты проводится как с чистыми прецизионными металлами, так и с металлами, полученными из рецепта, с определением количества десятичных знаков чистоты (например, от 99,95% до 99,99%) и точного процентного содержания ингредиентов (например, 55% никеля по весу).

Например, NiTi — это специальная смесь, которая варьируется в зависимости от производителя и никогда не является смесью никеля и титана в точном соотношении 50/50.

На самом деле, хотя спецификации ASTM должны быть для всех металлов, есть исключения, и NiTi является тому примером:для него нет спецификации ASTM. Даже «чистые» металлы, такие как чистый титан, могут иметь разный состав (в основном сплавы) и быть доступными в разных классах.

Другим хорошим примером является нержавеющая сталь, которую часто сплавляют с другими металлами. Различные производители производят свою уникальную марку нержавеющей стали, используя секретный рецепт, требующий точности.

Точно так же, как не все арахисовые масла одинаковы — даже если в них используются одни и те же ингредиенты — не все нержавеющие стали одинаковы. Каждый рецепт должен соответствовать требованиям проверки чистоты для определенного соотношения ингредиентов, последовательно и неоднократно соединяемых вместе для получения прецизионных металлов.

Чистота также может определять результаты.

В нашем бизнесе наш элемент из чистого вольфрама пользуется спросом для использования в лампах для проекторов. Они по-прежнему используются в таких приложениях, как небольшие портативные автономные проекторы, которые иногда используются деловыми людьми для отображения презентаций с ноутбука или ноутбука на экране.

Для этих небольших устройств требуется очень мощная лампа, а используемый вольфрамовый элемент должен быть очень чистым, чтобы достичь такого уровня производительности.

Metal Cutting содержит вольфрамовый порошок чистотой 99,999 %, который при продаже в виде стержней содержит вольфрамовый элемент чистотой 99,99 %. Эта слегка сниженная чистота (<100%) связана с небольшим количеством примесей из технологического оборудования.

Производительность Precision Metals

Производительность может быть тесно связана с составом металла. Например, может быть изобретен новый металл или сплав, специально разработанный для обеспечения определенных характеристик. Хорошим примером является NiTi, образец сверхэластичных сплавов с памятью формы.

Применение, требующее высокой температуры плавления вольфрама, например, лампа накаливания, требует самого чистого вольфрамового элемента. В противном случае материал не будет работать должным образом и преждевременно выйдет из строя.

На характеристики металлов также может влиять производственный процесс. Например, процесс придания металлу необходимой формы, такой как проволока, изменяет твердость материала.

Это означает, что если для конечной цели требуется определенная прочность на растяжение, способ производства проволоки необходимо будет соответствующим образом скорректировать — возможно, добавив процесс отжига для поддержания необходимой прочности на растяжение.

Другим прецизионным металлом, используемым для его работы, является магний, который наряду с железом, цинком и марганцем находит широкое применение в медицинских устройствах благодаря своим биорассасывающимся свойствам.

Хотя мы можем предположить, что производительность связана с космическими кораблями, спутниками и другими сложными, высокоэнергетическими процессами и оборудованием, вероятно, нет более важного применения, чем убедиться, что магний, используемый в биорассасывающихся стентах, изготовлен точно и безопасно разлагается в организме по мере того, как разработан.

Укажите, какая точность для вашего производственные нужды.

Самая важная характеристика прецизионных металлов — то, что делает конкретный металл точным, — будет варьироваться в зависимости от вашего применения и ваших производственных целей.

Независимо от того, делаете ли вы акцент на размерах (как здесь, в Metal Cutting), составе или производительности, вы можете помочь обеспечить наилучшие результаты и оптимизировать технологичность, тщательно разрабатывая спецификации своих деталей.