Creșterea MMC: Avantaje, provocări și soluții în utilizarea compozitelor Matrix Metal
Cu proprietățile lor ușoare, dar robuste, Metal Matrix Composites încep să transforme industriile, în special în aplicațiile aerospațiale și componente auto. Iată câteva plusuri și minusuri de utilizare a MMC-urilor și modul cel mai bun de a le procesa.
Dacă există un sfânt Graal pentru producătorii de inginerie de astăzi din industria aerospațială și auto, este modul de a crea produse care sunt ușoare, dar durabile.
Este o preocupare atât de mare pentru aceste două industrii, deoarece acestea se confruntă cu două presiuni duble de sustenabilitate (prin reglementare și creșterea cerințelor clienților) și eficiența costurilor.
„Trebuie să proiectați un material și o componentă care nu este prea grea, astfel încât să reduceți consumul total de combustibil al unui avion sau al unei mașini, dar să aveți în continuare o cantitate mare de rezistență, rezistență la uzură și durabilitate”, explică Rachid M’Saoubi, Senior Expert, Machining Research la Seco Tools.
MMC-urile sunt o clasă de materiale care realizează un act dificil de echilibrare între reducerea greutății și rezistența mecanică. Ele sunt, în esență, o amalgamare de materiale mai moi cu elemente mai dure, întărite. Exemplele comune includ aliajele de aluminiu mai moi care sunt infuzate cu carbură de siliciu mai robustă sau carbură de siliciu de titan.
Mai degrabă ca un bucătar care lucrează la o rețetă, producătorii caută să obțină un amestec delicat care reușește să sporească rezistența la uzură, rezistența mecanică și termică, reducând în același timp greutatea, un factor crucial în designul modern al componentelor auto și aerospațiale.
„În industria aerospațială, creșterea temperaturilor de funcționare și a eficienței de funcționare în motoarele avioanelor înseamnă că materialele utilizate în acestea trebuie să reziste la solicitări și mai mari”, spune M’Saoubi.
Compozite din aluminiu, cum ar fi al-Silicon Carbide și al-Al2O3, se găsesc în industria auto, unde rezistența excelentă la uzură și stabilitatea termică le fac potrivite pentru motoare, sisteme de frânare și sisteme de suspensie.
Carbură de siliciu de titan utilizată în aplicații la temperaturi ridicate în motoare. Aceste compozite prezintă titanul ca material matriceal armat cu particule sau fibre ceramice. Acestea oferă un raport excelent rezistență-greutate, rezistență la temperaturi ridicate și rezistență la coroziune, făcându-le potrivite pentru componente precum lamele turbinelor, garniturile de combustie și conductele de evacuare.
Alte MMC-uri includ compozite pe bază de magneziu, a căror rigiditate, rezistență la coroziune și rezistență sunt bune pentru utilizarea în panourile caroseriei, componentele șasiului și carcasele de transmisie; și MMC-uri hibride și avansate utilizate în panourile caroseriei, butucii roților și componentele grupului motopropulsor.
În timp ce MMC-urile pot promite o nouă eră a excelenței materialelor, prelucrarea efectivă a acestora aruncă obstacole specifice. Într-un fel, punctele lor forte conțin și punctele lor slabe.
"Deoarece sunt ușoare în natură, tind să fie predispuse la deformare în timpul prelucrării", explică M'Saoubi.
Problemele de distorsiune, în special în structurile cu pereți subțiri, necesită o atenție meticuloasă atât în timpul fazelor de prelucrare, cât și în timpul fazelor de tratament termic.
"Chiar aveți nevoie de fixare precisă și de scule specializate pentru a le permite să fie prelucrate cu succes fără ca acestea să se devieze sau să se îndoaie", adaugă el.
În plus, forma aproape de plasă a majorității MMC-urilor necesită ca mecanicul să fie foarte precis. Cu cât este mai puțină materie, cu atât este mai mică marja de eroare la modelarea acesteia în comparație cu un bloc de materii prime. "Ceea ce se întâmplă de obicei este că materialul de formă aproape de plasă este ușor, astfel încât există un nivel scăzut de elasticitate și partea se poate îndoi cu ușurință", spune M'Saoubi.
Cu cât este mai puțin material necesar pentru a elimina, cu atât mai multă atenție trebuie să acordați geometriei uneltelor dvs., astfel încât microgeometria uneltelor dvs. Este importantă.
Selectarea inserțiilor de tăiere potrivite este deosebit de importantă atunci când prelucrați MMC-uri. Preferința generală este pentru materialele care au o rezistență ridicată la uzură abrazivă, cum ar fi carbura cimentată cu granulație fină sau uneltele cu diamant policristalin, deoarece acestea mențin o margine ascuțită pentru a reduce marginea construită.
Cu toate acestea, apariția noilor compoziții MMC, cum ar fi aliajele de titan cu întărituri din fibre lungi, înseamnă că mecanicul trebuie să adopte o abordare mai nuanțată.
„Fibrele lungi pot exercita anumite proprietăți în anumite direcții, cum ar fi anizotropia, unde există comportamente diferite în direcții diferite, deoarece fibrele se aliniază numai în anumite direcții”, spune Rachid M’Saoubi.
„În materialele compozite, acest lucru se întâmplă destul de des. De exemplu, plasticul armat cu fibre de carbon are fibre care sunt orientate în anumite moduri. Asta înseamnă că trebuie să modificați orientarea, astfel încât să vă ofere o proprietate mecanică generală bună în mai multe direcții.
M’Saoubi spune că particulele scurte sunt mai puțin o problemă în MMC (cu o fracțiune de volum de cinci până la 40%). Dar înțelegerea dimensiunii și distribuției lor în material devine esențială pentru obținerea celor mai bune rezultate posibile de prelucrare.
În calitate de pionieri în tehnologia sculelor de tăiere, Seco Tools inovează continuu strategiile de tăiere și adoptă abordări flexibile de prelucrare, precum și lucrează în industrie și mediul academic cu parteneri care au probleme cum ar fi MMC-urile în focalizare clară.
Descoperiți povestea cazului Thermac
"Trebuie să analizăm nu doar provocarea ridicată de aceste materiale noi și emergente, ci și oportunitățile care apar odată cu dezvoltarea mașinilor-unelte", spune M'Saoubi.
„Mașini-unelte sunt dezvoltate pentru a utiliza mai bine soluțiile de scule, iar acolo strategiile de tăiere sunt foarte importante de luat în considerare atunci când prelucrăm aceste materiale din cauza problemelor cu materiale ușoare și aproape în formă de plasă.
Este o zonă care evoluează tot timpul, cu noi provocări de prelucrare care apar, dar Rachid M’Saoubi consideră că aceste MMC-uri mai ușoare și mai rezistente au un potențial mare.
"Acestea oferă performanță, eficiență și sustenabilitate sporite", spune el.
Inline Content - Survey
Current code - 5fce8e61489f3034e74adc64
