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粉末冶金生产追溯的难点及解决思路

作者:Hanthink 发布时间:2023-06-30 09:15:31 1156

粉末冶金,正如字面意思,是利用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料,经过成形和烧结,制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。其生产工艺与陶瓷的生产工艺有相似的地方,均属于粉末烧结。

利用粉末冶金技术,可以制造各种金属产品,其中部分无法采用传统铸造方法和机械加工方法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造。

该技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等优点,且适合大批量生产。目前已广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域。

粉末冶金的生产工艺

粉末冶金的生产工艺,主要过程包含粉末的生产、利用模具,将粉末压制成型、对成型的毛坯进行烧结、二次作业包含挤压、淬火等工艺。

(1)粉末生产:粉末的生产过程包括粉末的制取、粉料的混合等步骤。为改善粉末的成型性和可塑性通常加入机油、橡胶或石蜡等增塑剂。

(2)将混合粉末制成压块:粉末在15-600MPa压力下,压成所需形状。主要的固结过程涉及压入刚性工具箱,该工具箱包括模具,冲头,可能还包括心轴或芯棒。

(3)烧结坯以增强完整性和强度:在保护气氛的高温炉或真空炉中进行。烧结不同于金属熔化,烧结时至少有一种元素仍处于固态。烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程,成为具有一定孔隙度的冶金产品。

(4)二次作业:对于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件还要进行烧结后处理。后处理包括精压、滚压、挤压、淬火、表面淬火、浸油、及熔渗等。

随着粉末冶金技术的发展,中国粉末冶金在国际的占有率不断攀升,国内粉末冶金㠏康为提升竞争力,纷纷进行数字化转型,㠏康总结了《借助MES系统实现粉末冶金产业智能制造转型》,针对粉末冶金生产过程中的痛点,解决计划以及取得的效果和价值进行了详细说明,可点击链接查看。

本文在上文的基础上,针对不同的生产方式,如大批量生产和小批量生产方式,所采取的不同的生产追溯方式进行探讨。

粉末冶金的生产追溯难点

粉末冶金所生产出来的成品,对机械性能、物理性能如硬度、强度等都有特别的要求。比如用于发动机或变速箱的齿轮等产品,客户对产品的品质要求极其严格,会定期至生产现场审核产品的追溯情况,要求产品在生产过程中具有完整的、准确的追溯信息。

在粉末冶金生产过程中,主要的追溯“断点”在烧结工艺。在混合粉末制成压块后,所生产的产品已经成型了,针对产品的单件追溯,在这时候已经开始,在烧结前,对生产的追溯采用常见的方法都可以解决,现场执行的情况一般也较好;但是因为后面会经过烧结工艺,由于烧结炉高温的影响,无法使用标签或者RFID等技术进行追踪。另外,在烧结前半成品还较松散,其状态不允许在该表面上打刻条码。而且在烧结后,产品的尺寸会收缩(收缩的幅度各异,部分可达40%以上),若在产品上打印条码等信息,从烧结炉出来后,条码的尺寸也会发生变化而无法识别。所以,采用打刻条码的方式也行不通。

那么一方面是客户越来越严格的追溯要求,另一方面是在烧结过程中,各种追溯技术的失效,到底应该如何解决这个问题呢。

粉末冶金的生产追溯解决计划

要解决粉末冶金的生产追溯问题,首先需要区分粉末冶金㠏康的生产方式,是大批量小品种的生产方式,还是小批量的生产方式。这决定了在烧结炉的入口和出口,是采用批次追溯的方式,还是单件追溯的方式。

批次追溯:

在压制成型后,将压制成型的半成品放到产品车上,因为压制的半成品目前还不受压,故在产品车上,将半成品每层分隔开来。并为每个产品车赋一个追溯码,将粉末的批次信息、工单信息、模具、设备等系统进行关联。若相应的粉末批次,或者模具等发生变化,则会重新生成不同的批号信息。

在进烧结炉之前,对产品车的批号进行扫描,录入系统。在出烧结炉时,依据进入烧结炉的先后顺序,重新生成新的,相应批号信息,实现对烧结以后的,二次操作、包装、出库等过程的追踪。

可以看出,针对批次追溯,在生产过程中,主要是针对载具进行追踪,如产品车和托盘等,而在烧结前后,利用进出的队列批号的对应,从而实现了对产品生产过程的追溯。

单件追溯:

小批量生产,一般需要对单件进行追溯,而在烧结前后,都需要换盘,如果只针对托盘进行追溯,已无法实现对单件的追溯了,只能采用其它的追溯方式。我们结合晶圆的追溯方式,为此种追溯的解决计划提供一个思路。

晶圆在倒装焊的生产过程中的追溯与粉末冶金在烧结过程中的追溯有诸多相似之处,比如产品上都无法通过打刻条码和标签,也都需要进行单件追溯。

晶圆通过对载具进行区域划分,即载具的每一个具体的位置,都有对应的二维码进行追踪。通过这个二维码,实现对产品的单件追溯。当对载具进行切换的时候,将新旧载具的位置二维码进行对应,在最后完成品可以打刻或粘贴标签的时候,将前面的载具标签与完成品标签进行关联,最终实施对完成品的单件追踪。

参考晶圆的追溯方式,也可以对烧结过程中使用的载具的具体区域进行条形码的定位。在进烧结炉前,将单个毛坯的批号与载具具体位置的批号关联;出烧结炉时,将载具具体位置批号与成品批号再次关联;利用载具具体位置批号这个桥梁,实现烧结前后产品批号的追溯。

当然,粉末冶金的产品不会像晶圆这么尺寸一致,我们可以灵活设定载具具体位置的批号,以适应粉末冶金形状各异的产品。

结语

以上是㠏康对粉末冶金生产追溯的难点进行了总结,特别是在烧结过程中的追溯问题进行分析。对于批次追溯而言,已经有比较成熟的解决计划,而对于单件追溯来说,所需投入的资源肯定比批次追溯更多,我们结合晶圆的追溯方式,提出追溯的思路。

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