牺牲性嵌件在火花等离子烧结 (SPS) 工艺中充当重要的机械补偿件，专门用于制造具有复杂、不均匀几何形状的部件。通过将这些嵌件放置在模具内，制造商可以中和烧结过程中发生的位移差异，确保力均匀分布在具有不同横截面厚度的部件上。
标准的 SPS 配置通常无法在复杂形状中产生均匀的密度，因为单轴压缩无法自然适应不同的高度。牺牲性嵌件通过平衡内部力来弥合这一差距，使系统能够像烧结简单的扁平形状一样，以相同的精度烧结复杂的结构。
克服几何形状挑战
单冲头系统的局限性
标准的 SPS 设置依赖于单轴压缩，即力沿一个方向施加。
对于简单的圆柱体，这效果很好。但是，如果部件具有不均匀的横截面——例如台阶或法兰——单个刚性冲头无法同时对厚部和薄部施加相等的压力。
通过位移补偿平衡力
牺牲性嵌件通过人为地均衡模具内的几何形状来发挥作用。
它们被放置在目标部件复杂形状产生的空隙或间隙中。这确保了当冲头下降时，它在整个表面区域上遇到均匀的阻力。
通过补偿位移差异，嵌件可以防止密度梯度，否则这些梯度会破坏零件的结构完整性。
材料选择策略
匹配收缩率
为了使牺牲性嵌件正常工作，它通常由与最终零件相同的材料制成。
或者，它也可以由具有严格匹配收缩率的材料制成。
确保均匀固结
如果嵌件产生的热或机械响应与组件不同，则零件在冷却阶段可能会翘曲或开裂。
使用匹配的材料可确保嵌件和组件以完全相同的速率收缩，从而保持复杂形状的尺寸精度。
了解权衡
材料消耗增加
顾名思义，这些嵌件是牺牲性的。
它们在过程中被消耗掉，以确保最终零件的质量。这不可避免地增加了每个单位的总材料成本，因为您烧结的材料最终将被丢弃或回收。
后处理要求
使用嵌件会在制造工作流程中增加一个额外的步骤。
烧结过程完成后，牺牲部分会有效地熔合或压制在最终组件上。这需要精确的机械分离或加工才能显露出最终的复杂形状零件。
为您的项目做出正确选择
虽然牺牲性嵌件能够实现复杂几何形状的烧结，但它们也为工艺增加了变量。请使用以下指南来确定您的方法：
- 如果您的主要重点是结构完整性：确保您的嵌件由与组件完全相同的粉末批次制成，以保证相同的收缩率和密度分布。
- 如果您的主要重点是复杂几何形状：使用嵌件将您的复杂、阶梯式设计转换为简单的圆柱形，以供冲头使用，确保 SPS 机器“看到”一个均匀的表面。
牺牲性嵌件将单轴压缩的局限性转化为复杂净成形制造的能力。
摘要表：
| 特征 | 牺牲性嵌件的作用 |
|---|---|
| 主要功能 | 非均匀几何形状的机械位移补偿 |
| 压缩类型 | 在单轴压缩下促进均匀压力 |
| 材料选择 | 匹配最终零件材料或收缩率以防止翘曲 |
| 主要优势 | 消除复杂净成形件中的密度梯度 |
| 主要权衡 | 增加材料消耗和所需的后处理 |
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图解指南
参考文献
- Alexander M. Laptev, Olivier Guillon. Tooling in Spark Plasma Sintering Technology: Design, Optimization, and Application. DOI: 10.1002/adem.202301391
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
