Hãy xem xét các dụng cụ chính xác trong tay bạn hoặc các bộ phận quan trọng bên trong động cơ ô tô. Làm thế nào mà nguyên liệu thô biến đổi thành các sản phẩm cuối cùng với hình dạng, đặc tính hiệu suất và tính chất bề mặt cụ thể? Việc sản xuất các bộ phận kim loại là một quá trình phức tạp, tích hợp nhiều kỹ thuật. Bài viết này khám phá các giai đoạn phức tạp của việc sản xuất linh kiện kim loại, từ tạo hình ban đầu đến xử lý bề mặt tiên tiến, tiết lộ khoa học và công nghệ cơ bản. Chúng ta sẽ xem xét các quy trình sản xuất khác nhau và thảo luận về cách chọn sự kết hợp tối ưu của các kỹ thuật để đạt được hiệu suất và hiệu quả chi phí tốt nhất.
Việc sản xuất các linh kiện kim loại thường liên quan đến một loạt các quy trình, được phân loại rộng rãi là các hoạt động chính và thứ cấp. Nhiều bộ phận yêu cầu sự kết hợp của cả hai. Trong quá trình sản xuất, các linh kiện chưa hoàn thiện được gọi là "công việc đang tiến hành" (WIP), đang chờ xử lý thêm.
Các quy trình chính tạo thành cốt lõi của việc sản xuất linh kiện kim loại, xác định cấu trúc cơ bản của bộ phận. Dưới đây là các loại hoạt động chính chính:
Đúc và đúc liên quan đến việc bơm vật liệu nóng chảy vào khuôn, cho phép nó đông đặc, sau đó đẩy bộ phận đã tạo hình ra. Các phương pháp này áp dụng cho kim loại, polyme và thủy tinh. Đối với nhựa, các kỹ thuật phổ biến bao gồm ép phun và đúc thổi; đối với kim loại, đúc khuôn, đúc cát và đúc đầu tư là phổ biến.
Tất cả các quy trình đúc và đúc đều yêu cầu kiểm soát thành phần vật liệu và nhiệt độ nóng chảy. Các biến số bổ sung như áp suất phun, nhiệt độ khuôn, thời gian đẩy và bôi trơn khuôn cũng có thể rất quan trọng.
Quá trình này nén bột kim loại hoặc gốm trong khuôn dưới áp suất, sau đó thiêu kết nó trong lò nhiệt độ cao để hợp nhất các hạt thành một bộ phận rắn. Ép nóng và ép đẳng áp nóng kết hợp nén và thiêu kết.
Các bộ phận thiêu kết lý tưởng thể hiện độ xốp được kiểm soát, được thiết kế thông qua các thông số nén và thiêu kết để đạt được các tính chất mong muốn.
Các quy trình này tạo hình kim loại hoặc polyme rắn thông qua biến dạng cơ học. Vật liệu ban đầu bao gồm tấm, ống, thanh hoặc phôi, đôi khi được nung nóng để dễ tạo hình hơn. Các bộ phận kim loại có thể được dập, kéo, rèn hoặc đùn; polyme được tạo hình thông qua đúc nén hoặc tạo hình nhiệt.
Quá trình trừ này loại bỏ vật liệu khỏi tấm, khối hoặc thanh để tinh chỉnh các bộ phận đúc hoặc đúc, đạt được dung sai chặt chẽ hơn hoặc thay đổi tính thẩm mỹ. Các kỹ thuật bao gồm gia công, khắc hóa học và xử lý bằng chùm tia laser, áp dụng cho kim loại, polyme và gốm sứ.
Cán lắp ráp các lớp vật liệu riêng lẻ thành các cấu trúc nhiều lớp, thường dùng cho vật liệu composite. Các lớp được ép lại với nhau có hoặc không có chất kết dính, đôi khi dưới nhiệt độ.
Các quy trình thứ cấp sửa đổi WIP và được chia thành ba loại:
Xử lý nhiệt làm thay đổi vi cấu trúc kim loại để tăng cường độ bền, độ dẻo hoặc các đặc tính từ tính. Chu kỳ gia nhiệt và làm mát có kiểm soát khác nhau tùy theo vật liệu và kết quả mong muốn.
Các phương pháp hóa học, cơ học hoặc nhiệt tinh chỉnh thành phần, kết cấu hoặc hóa học bề mặt để cải thiện khả năng chống mài mòn, tuổi thọ mỏi, ma sát hoặc khả năng liên kết.
Các lớp mỏng (từ nanomet đến micromet) tăng cường khả năng chống mài mòn, ăn mòn hoặc tính thẩm mỹ vượt quá khả năng của chất nền. Ví dụ bao gồm:
Một số linh kiện trải qua nhiều quy trình thứ cấp. Ví dụ, phun cát có thể đi trước khi sơn để làm sạch và làm nhám bề mặt. Vật liệu phủ trước (ví dụ: kẽm trên tấm thép) trước khi tạo hình có thể giảm chi phí so với lớp phủ sau khi tạo hình.
Ngoài việc tạo hình số lượng lớn, các kỹ thuật lắng đọng, khắc hoặc chuyển đổi hóa học xây dựng các cấu trúc phức tạp, đặc biệt trong điện tử (ví dụ: mạch tích hợp, MEMS). Tại đây, chất nền cung cấp hỗ trợ cơ học trong khi tích hợp vào các thiết kế chức năng.
