3 ключевых фактора, обеспечивающих точность в производстве металлов

Что такое «точные металлы»?

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

В зависимости от применения, термин точность может относиться к ряду характеристик:

• Точность размеров металла
• Точность его состава
• Точность производительности металла.

Что, тогда, важно учитывать о точных металлах для вашего продукта или производственной необходимости в терминах этих важных характеристик?

Размеры точных металлов

Для наших клиентов размеры — первичный фокус, когда речь идет о точных металлах. Фактически в Metal Cutting, где наши очень жесткие допуски резки могут приводить к высоким значениям Cpk/Ppk, наши методы доставляют уровень размерной точности, который может фактически быть больше, чем то, что нужно клиенту.

В общем, точные размеры и стоимость высоко коррелированы, в том смысле, что большая точность приходит с более высокой ценой. Это потому, что достижение точных размеров обычно требует машин, которые сами имеют самые жесткие допуски, сделанных из компонентов с самыми жесткими допусками.

Более того, для получения окончательных результатов от этих машин требуются годы опыта и лучшие операторы. Поэтому стоимость машин и труда — и в конечном счете стоимость точных металлов с размерами самых жестких допусков — высока.

Стоит ли точность лазера затрат?

Один отличный пример — лазерная обработка. Хотя она может быть универсальной и точной, производя жесткие допуски и узкие зауски, лазерная резка обычно медленная и дорогая, особенно для 2-осевой резки.

Пока большие мощности лазеров могут делать более быстрые разрезы, делая это они производят шероховатые конечные поверхности и широкие, глубокие теплозадетые зоны — вероятно, не те результаты, которые вы ищете в размерах точных металлов.

Для лазерной резки трубки, внутренняя часть трубки должна быть покрыта антисплетенной жидкостью и материалы должны быть лазерно разрезаны по одной за раз, оба из которых увеличивают производственное время и добавляют к стоимости.

3D все то, чем хвалят?

Другой пример компромисса между стоимостью и размерами — 3D-производство. Здесь процесс лазерного спекания опирается на ряд переменных, включая:

• Размер лазерного пятна
• Микрон размер металлической пудры
• Интервалы высоты «лифта», представляющего свежую пудру для лазерного спекания

В ранние дни лазерного спекания эти градации — особенно интервалы высоты шагов лифта — были довольно большими по сравнению с передовой швейцарской токарной и фрезерной техникой того же времени.

Так что, хотя 3D-метод мог добавлять металлические особенности, которые не могли быть достигнуты через вычитание с использованием конвенциональной обработки, конечный продукт был удивительно грубым. Это было из-за сравнительно плохого разрешения ранней 3D-печати.

Пока точность интервалов, размера пудры и размера лазера значительно улучшилась в сегодняшнем прямом металлическом лазерном спекании, некоторые из тех базовых компромиссов остаются.

Например, были некоторые необычные достижения в уменьшении размера лазерного пятна. Однако вместе с этим приходит увеличение времени, необходимого для аддитивного построения детали.

Это делает более высокие цены деталей — и еще один пример того, где большая точность коррелирует с более высокой стоимостью.

Кроме того, с природой спекания и вызовами отжига, лазерное спекание материала, такого как вольфрам, остается работой в прогрессе.

Пока некоторые достижения были сделаны — например, в тестировании свойств 3D-печатного вольфрама для использования в медицинской рентгенозащите и ядерной визуализации — успех остается недостижимым пока.

Состав точных металлов

Существует много инженерированных металлов и сплавов, чей состав делает их «точными».

Один известный пример — сплав никель-титан. Первоначально популярно используемый в старые времена для изготовления оправ очков, NiTi (или Нити놀) — это то, что обеспечивало оправам память формы и суперэластичность — позволяя жестким оправам выдерживать гнутие и выпрямляться обратно в форму.

Сегодня NiTi широко используется для трубки в медицинской приборостроительной промышленности. (Вы можете узнать больше о NiTi и других материалах медицинской трубки в нашей бесплатной белой книге.)

Другой пример — элемент вольфрам, который требует точного состава для достижения его желаемых и очень специфических целей производительности.

Например, для высокоскоростных автоматизированных сварочных операций, требующих высоких уровней тепловой и электрической проводимости и превосходной твердости, Metal Cutting предлагает высокопроизводительные электроды из чистого вольфрама.

Элемент вольфрам и NiTi аккуратно иллюстрируют базовую дихотомию в химическом составе точных металлов: а именно, чистота против рецепта. Для некоторых применений точный металл — чистый элемент, такой как элемент вольфрам. Но для других применений это смесь, требующая специфического рецепта.

Рецепт будет варьироваться, но результаты должны быть точными.

Тестирование чистоты делается как с чистыми точными металлами, так и с теми, что приходят из рецепта, определяя количество десятичных знаков чистоты (например, 99,95% до 99,99%) и точные проценты ингредиентов (например, 55% никеля по весу).

Например, NiTi — это индивидуальная смесь, варьирующаяся по производителю и никогда не бывающая точно 50/50 смесью никеля и титана.

Фактически, пока должны быть АСТМ спецификации для всех металлов, есть исключения, и NiTi — пример: нет АСТМ спецификации для него. Даже «чистые» металлы, такие как чистый титан, могут иметь различные рецепты (в основном сплавы) и быть доступны в разных сортах.

Еще один хороший пример — нержавеющая сталь, которая часто легируется другими металлами. Разные производители производят свой уникальный бренд нержавеющей стали, используя секретный рецепт, требующий точности.

Тот же способ, что не все арахисовые масла одинаковы — даже когда они используют те же ингредиенты — не все нержавеющие стали одинаковы. Каждый рецепт должен соответствовать требованиям тестирования чистоты для определенного соотношения ингредиентов, собранных последовательно и повторяемо, для производства точных металлов.

Чистота также может определять результаты.

В нашем бизнесе наш чистый элемент вольфрам востребован для использования в проекционных лампах. Эти все еще используются в применениях, таких как малые, портативные, самодостаточные проекторы, иногда используемые бизнеслюдьми для отображения презентаций с ноутбука или нетбука на экран.

Эти малые блоки требуют очень интенсивной лампы, и элемент вольфрам, используемый, должен быть очень чистым для достижения того уровня производительности.

Metal Cutting имеет 99,999% чистую вольфрам пудру, которая, когда продается в виде стержня, доставляет 99,99% чистый элемент вольфрам. Эта слегка сниженная чистота (<100%) обусловлена некоторым крошечным количеством примесей от производственного оборудования.

Производительность точных металлов

Производительность может быть тесно связана с составом металла. Например, новый металл может быть изобретен или сплав специально спроектирован для доставки определенной производительности. Хороший пример — NiTi, постер-ребенок для памяти формы, суперэластичных сплавов.

Применение, требующее высокоплавкой производительности вольфрама — например, знаменитая лампа накаливания — требует чистейшего элемента вольфрама. Иначе материал не будет выполняться правильно и будет проваливаться преждевременно.

Производительность металлов также может быть затронута производственным процессом. Например, процесс формовки металла в требуемую форму, такую как проволока, меняет твердость материала.

Это значит, если специфическая предельная прочность на разрыв требуется для конечной цели, способ, которым проволока производится, должен быть скорректирован соответствующим образом — возможно, добавление процесса отжига для поддержания необходимой предельной производительности.

Другой точный металл, используемый для его производительности — магний, который вместе с железом, цинком и марганцем находит широкое применение в медицинских приборах из-за его биоусвояемых свойств.

Пока мы можем представить, что производительность относится к космическим кораблям, спутникам и другим сложным, высокоэнергетическим процессам и оборудованию, вероятно, нет более важного применения, чем убедиться, что магний, используемый в биоусвояемых стентах, сделан точно и будет безопасно деградировать внутри тела как спроектировано.

Укажите, что точность для ваших производственных потребностей.

Самая важная характеристика точных металлов — вещь, которая делает конкретный металл точным — будет варьироваться в зависимости от вашего применения и ваших производственных целей.

Будь то ваш акцент на размерах (как это здесь в Metal Cutting), составе или производительности, вы можете помочь обеспечить лучшие результаты и оптимизировать технологичность, тщательно создавая спецификации ваших деталей.