使精密金属精密的 3 件事

什么是“精密金属”？

在金属加工领域，人们经常在寻找他们所谓的精密金属。但这究竟是什么意思？

根据应用的不同，精度一词可能与许多特征有关：

• 金属尺寸的精度
• 其成分的精确度
• 金属性能的精确度。

那么，就这些重要特性而言，对于您的产品或制造需求的精密金属，有哪些重要的考虑因素？

精密金属的尺寸

对于我们的客户来说，尺寸是精密金属的主要关注点。事实上，在金属切削领域，我们非常严格的切削公差可能会导致较高的 Cpk/Ppk 值，我们的方法提供的尺寸精度实际上可能高于客户的需求。

一般来说，精确的尺寸和成本是高度相关的，因为更高的精度伴随着更高的价格标签。这是因为要获得精确的尺寸通常需要机械本身具有最严格的公差，由公差最严格的组件制成

此外，要从这台机器中获得最终结果，需要多年的经验和最好的操作员。因此，机械和劳动力的成本——以及最终具有最严格公差尺寸的精密金属的成本——很高。

激光的精度值得付出代价吗？

一个很好的例子是激光加工。虽然它可以是通用且精确的，产生严格的公差和小切口，但激光切割通常速度慢且成本高，尤其是 2 轴切割。

虽然大功率激光器可以进行更快的切割，但这样做会产生粗糙的端部切割表面光洁度和宽而深的热影响区——这可能不是您在精密金属尺寸方面寻找的结果。

激光切割管材时，必须在管材内部涂上防溅液，并且每次激光切割一种材料，这样既增加了生产时间，又增加了成本。

3D 就是它的全部内容吗？

成本和尺寸之间权衡的另一个例子是 3D 制造。在这里，激光烧结过程依赖于许多变量，包括：

• 激光光斑的大小
• 金属粉末的微米尺寸
• 呈现待激光烧结的新鲜粉末的“升降机”台阶的高度间隔

在激光烧结的早期，这些渐变——尤其是电梯台阶的高度间隔——与同时代最先进的瑞士式车铣床相比是相当大的。

因此，尽管 3D 方法可以添加传统加工无法通过减法实现的金属特征，但最终产品的外观却出人意料地粗糙。这是因为早期的3D打印分辨率比较差。

虽然在当今的直接金属激光烧结中，间距、粉末尺寸和激光尺寸的精度有了很大提高，但其中一些基本的权衡仍然存在。

例如，在缩小激光光斑尺寸方面取得了一些非凡的进展。然而，随之而来的是增加构建零件所需的时间。

这导致更高的零件价格——以及更高的精度与更高的成本相关的另一个例子。

此外，由于烧结的性质和退火的挑战，激光烧结钨等材料的工作仍在进行中。

虽然已经取得了一些进展——例如，在测试用于医疗辐射屏蔽和核成像的 3D 打印钨的特性——但目前仍然难以取得成功。

精密金属的成分

有许多工程金属和合金的成分使它们“精确”。

一个著名的例子是镍钛合金。 NiTi（或镍钛诺）在当时首次广泛用于制造眼镜架，它为镜架提供了形状记忆和超强弹性——使坚固的镜架能够承受弯曲并弹回原形。

今天，镍钛被广泛用于医疗器械行业的管材。 （您可以在我们的免费白皮书中了解有关 NiTi 和其他医疗设备管材的更多信息。）

另一个例子是钨元素，它需要精确的成分才能实现其所需且非常具体的性能目标

例如，对于需要高水平导热性和导电性以及出色硬度的高速自动化焊接操作，Metal Cutting 提供了由纯钨制成的高性能电极。

钨元素和镍钛巧妙地说明了精密金属化学成分的基本二分法：即纯度与配方。对于某些应用，精密金属是纯元素，例如钨元素。但对于其他应用，它是一种需要特定配方的混合物。

配方会有所不同，但结果必须准确。

纯度测试对纯精密金属和来自配方的金属进行，确定纯度的小数点数（例如，99.95% 到 99.99%）和成分的确切百分比（例如，按重量计 55% 的镍）。

例如，NiTi 是一种定制混合物，因制造商而异，绝不是镍和钛的 50/50 混合物。

事实上，虽然所有金属都应该有 ASTM 规范，但也有例外，NiTi 就是一个很好的例子：没有 ASTM 规范。即使是“纯”金属，例如纯钛，也可以有各种配方（基本上是合金），并且可以提供不同的等级。

另一个很好的例子是不锈钢，它经常与其他金属合金化。不同的制造商使用需要精确的秘方生产自己独特的不锈钢品牌。

就像不是所有的花生酱都是一样的——即使它们使用相同的成分——也不是所有的不锈钢都是一样的。每个配方都必须满足一定比例成分的纯度测试要求，始终如一地反复组合，才能生产出精密金属。

纯度也可以决定结果。

在我们的业务中，我们的纯钨元素需要用于投影灯。这些仍然被用于小型、便携式、独立投影仪等应用中，有时商务人员使用这些投影仪将笔记本电脑或笔记本电脑上的演示文稿显示到屏幕上。

这些小型装置需要非常强的灯，并且使用的钨元素必须非常纯净才能达到这种性能水平。

金属切削有 99.999% 的纯钨粉，当以棒状出售时，它提供了 99.99% 的纯钨元素。纯度略有降低（<100%）是由于加工设备中含有少量杂质。

精密金属的性能

性能可能与金属的成分密切相关。例如，可以发明一种新金属或一种特殊设计的合金以提供特定的性能。 NiTi 就是一个很好的例子，它是形状记忆、超弹性合金的典型代表。

需要钨的高熔点性能的应用——例如著名的白炽灯泡——需要最纯净的钨元素。否则，材料将无法正确执行并过早失效。

金属的性能也可能受到生产过程的影响。例如，将金属制成所需形状（如金属丝）的过程会改变材料的硬度。

这意味着，如果最终目的需要特定的抗拉强度，则需要相应地调整线材的生产方式——可能会增加退火工艺以保持必要的抗拉性能。

另一种用于其性能的精密金属是镁，由于其可生物吸收的特性，镁与铁、锌和锰一起在医疗器械中得到广泛应用。

虽然我们可以想象性能与航天器、卫星和其他复杂的高能过程和设备有关，但可能没有比确保生物可吸收支架中使用的镁精确制造并能在体内安全降解更重要的应用了设计的。

指定什么精度 适合你的 制造需求。

精密金属最重要的特性——使特定金属变得精密的东西——会根据您的应用和生产目标而有所不同。

无论您的重点是尺寸（如金属切削）、成分还是性能，您都可以通过精心设计零件规格来帮助确保获得最佳结果并优化可制造性。