Dinge, die Sie über die CNC-Kovar-Bearbeitung wissen müssen

Heute sprechen wir über die Kovar-Legierung. Kovar ist ein Material bzw. eine Legierung, die wir verwenden, um Probleme wie die Wärmeausdehnung in kritischen Anwendungen effizient zu lösen. Dieser Artikel bietet Ihnen wertvolle Informationen zur Kovar-Legierung, ihren Zusammensetzungen, ihren Anwendungen und vielen weiteren Aspekten dieses interessanten Materials. Beginnen wir also mit der Kovar-Legierung:

Kovar-Legierung

Kovar-Metall, grau-silbern, ist eine im Vakuum hergestellte Fe-Co-Ni-Legierung. Seine chemische Zusammensetzung unterliegt sehr engen Grenzen, um es zum optimalen Material für Probleme wie Wärmeausdehnung zu machen. Sein Wärmeausdehnungskoeffizient entspricht dem von Borosilikatglas.

Kovar-Zusammensetzung

Die chemische Zusammensetzung eines Metalls ist entscheidend für seine hervorragenden oder schlechten mechanischen Eigenschaften. Die Kovar-Legierung wird zunächst im Vakuum hergestellt und anschließend innerhalb sehr enger Grenzen kontrolliert. Insgesamt ist Kovar eine Fe-Co-Ni-Legierung mit den folgenden Gewichtsanteilen der einzelnen Elemente:

Die Tabelle zeigt die Rolle jedes Legierungselements. Der Grund, warum Kovar-Metall sich am besten für die Wärmeausdehnung eignet, sind die Elemente Ni und Co.

Mikrostruktur der Kovar-Legierung

Die Mikrostruktur des Kovar-Materials ist feinkörnig. Diese Mikrostruktur sorgt für Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit und ermöglicht den Einsatz in Präzisionsteilen wie HF-Gehäusen. Dies sind die folgenden Mikroaufnahmen:

Wärmeausdehnungsanpassung

Wie bereits erwähnt, ist die Wärmeausdehnung des Kovar-Materials nahezu identisch mit der von Borosilikatglas, nämlich 5.1 × 10⁻⁶/°C zwischen 30 und 200 °C. Dies verhindert Dichtungsfehler im elektrischen Gehäuse.

Korrosionsbeständigkeit

Es ist im Allgemeinen für Anwendungen mit erhöhten Temperaturen geeignet, d. h. <400^oC. Für den Einsatz unter rauen Bedingungen können Sie Passivierung oder Beschichtungen verwenden.

Warum Ingenieure Kovar für bearbeitete Teile wählen

Kovar ist aufgrund seiner präzise kontrollierten chemischen Zusammensetzung und der Vakuumherstellung ein interessantes Material. In diesem Abschnitt erfahren Sie, warum Ingenieure sich speziell für dieses Material entscheiden.

Hermetische Abdichtung

Die geringe Wärmeausdehnung ermöglicht den Einsatz des Kovar-Materials für Glas-Metall-Verbindungen. Beispielsweise ist bei Hochspannungsdurchführungen in MRT-Geräten eine Leckrate von <1 × 10⁸ atm·cc/s erforderlich. Die Wärmeausdehnung des Kovar-Materials von ~5.1 × 10⁻⁶/°C verhindert Rissbildung bei Temperaturwechselbeanspruchung.

Magnetische Eigenschaften

Die Kovar-Legierung hat eine magnetische Permeabilität von ca. 2,000 μᵣ, die durch Wärmebehandlung weiter angepasst werden kann. Sie wird als magnetische Abschirmung in MRT-Gehäusen eingesetzt. Sie weist eine kontrollierte magnetische Permeabilität auf.

Temperaturstabilität

Die Dimensionsstabilität des Kovar-Materials ist auch bei hohen Temperaturen gut. Kovar-Dichtungen werden in Kernreaktoren eingesetzt und bleiben bei Hitze und Strahlung intakt.

Herausforderungen hinsichtlich der Bearbeitbarkeit von Kovar

Die Bearbeitung von Kovar stellt für Maschinenbediener manchmal eine Herausforderung dar. Obwohl Kovar eine außergewöhnliche Wärmeausdehnung aufweist, ist die Bearbeitung von Kovar schwierig, wie Sie in diesem Abschnitt sehen werden:

Kaltverfestigung und Aufbauschneiden

Wenn das Kovar-Metall belastet wird, kommt es zur Kaltverfestigung und es wird härter. Dies führt zu Werkzeugverschleiß und Aufbauschneidenbildung. Dieses Problem führt zu zwei Hauptfehlern:

1. Schlechte Oberflächenbeschaffenheit
2. Mehr Werkzeugwechsel, dadurch höhere Kosten
3. Sie können dieses Problem beheben, indem Sie scharfe Hartmetallwerkzeuge verwenden, Verweilzeiten vermeiden usw.

Verschleiß des Diffusionswerkzeugs

Bei der Kovar-Bearbeitung diffundiert aufgrund der hohen Temperaturen durch den Werkzeugverschleiß Kobalt in das Werkstück. Dies führt zu vorzeitigem Ausfall und längeren Bearbeitungszeiten.

• Sie können diamantbeschichtete Werkzeuge verwenden, da diese der Diffusion widerstehen. Darüber hinaus können Sie niedrige Bearbeitungsgeschwindigkeiten verwenden.

Kühlmittelauswahl

Die Verwendung ungeeigneter Kühlmittel führt zu Spanverschweißungen und Werkzeugschäden. Dies führt zu schlechter Teiletoleranz und Ausschuss. Dieses Problem lässt sich durch den Einsatz von Hochdruck-Kühlmitteln lösen.

Kovar CNC-Bearbeitungsprozesse

Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften erfordert Kovar eine anspruchsvolle Bearbeitung. Deshalb fertigen wir Präzisions-Kovar CNC-Bearbeitung. In diesem Abschnitt können Sie verschiedene CNC-Operationen studieren, die auf Kovar durchgeführt werden.

Präzisions-Kovar-Drehen

Die Drehbearbeitung wird an zylindrischen Bauteilen aus Kovar-Material durchgeführt. Die Vorteile der Drehbearbeitung von Kovar-Material sind:

Vorteile:

1. Sie können eine enge Toleranz von bis zu ±0.005 mm für zylindrische Teile erreichen
2. Hervorragende Oberflächengüte bis zu 0.5Ra erreichbar
3. Kostengünstige Großserienfertigung für Dichtungen

Zu den Nachteilen:

Es gibt auch einige Nachteile bei der Durchführung von CNC-Dreharbeiten an Kovar-Material. Wie zum Beispiel

1. Wenn die Konstruktion Ihres Teils schwierig ist, müssen Sie auch Nachdrehprozesse nutzen.
2. Aufgrund der Kaltverfestigungseigenschaft von Kovar sollten Sie scharfe Hartmetallwerkzeuge verwenden.

Fünfachsiges Kovar-Fräsen

Fünfachsig bedeutet, dass CNC-Werkzeuge präzise über alle fünf Achsen der Kovar-Teile arbeiten können. Es eignet sich gut für komplexe Konstruktionen. Dies sind die Vorteile des fünfachsigen Kovar-Fräsens:

Vorteile:

1. Schwierige Teilekonstruktionen, wie etwa Gehäuse für die Luft- und Raumfahrt, können problemlos in einer einzigen Aufspannung bearbeitet werden.
2. Gute Genauigkeit auch bei geringer radialer Tiefe, d. h. ≤10 % Werkzeugdurchmesser. Es trägt zur Reduzierung des Spanschweißens bei.

Aber:

Das fünfachsige Kovar-Fräsen hat jedoch einige Nachteile:

1. Es ist teuer, da die Bearbeitungs- und Werkzeugkosten höher sind.
2. Für den Betrieb dieser Maschine sind umfangreiche Programmierkenntnisse erforderlich.

EDM und Drahtschnitt-Kovar

Wenn Sie feine Schnitte in Ihren Teilen aus Kovar-Material benötigen, können Sie für gehärtete Teile die Funkenerosion verwenden.

Vorteile:

1. Da bei dieser Bearbeitung keine mechanische Belastung auftritt, können Sie sie auch für härtere Materialien verwenden.
2. Sie können EDM und Drahtschneiden für Teile wie Mikrofluidkanäle verwenden, die komplizierte Schnitte erfordern.

Nachteile:

Zu den Nachteilen der Verwendung von EDM und Drahtschneiden für Kovar-Material gehören:

1. Bei Großserienproduktionen ist es nicht geeignet.
2. Höherer Energieverbrauch und Elektrodenkosten erhöhen den Preis der Teile.

Mikrobohren von Kovar

Das Bohrverfahren wird verwendet, um Löcher in Teile für medizinische und elektronische Komponenten zu bohren. Durch das Mikrobohren können Sie präzise Löcher mit einer Toleranz von <1 mm erzielen.

Vorteile:

1. Es erreicht hohe Aspektverhältnisse, beispielsweise 10:1 Tiefe zu Durchmesser, bei minimaler Durchbiegung.
2. Wichtiger Prozess für die Portierung chirurgischer Geräte.

Nachteile:

Die Nachteile sind:

1. Schneller Werkzeugverschleiß erhöht die Wartungskosten.
2. Späne lassen sich nur schwer abführen. Sie können Tieflochbohren oder Hochdruckkühlung verwenden.

Wie lässt sich Kovar-Legierung besser bearbeiten?

Wie Sie bereits wissen, ist Kovar aufgrund seiner Härtungseigenschaften und der rauen Oberfläche ein schwieriges Material. Daher muss dieses Material sehr sorgfältig bearbeitet werden. Dies sind einige Parameter, die bei der Bearbeitung von Kovar-Legierungen wichtig sind.

Tipp 1: Die richtigen Werkzeuge auswählen

Bei der Bearbeitung von Komponenten werden üblicherweise zwei Arten von Schneidwerkzeugen verwendet: Schnellarbeitsstahl und Hartmetallwerkzeuge.

• HSS- vs. Hartmetallwerkzeuge

Die folgende Tabelle enthält alle wichtigen Punkte zu diesen Schneidwerkzeugen:

Tipp 2: Startergeschwindigkeiten und Vorschübe

Durch die Verwendung ausgewogener Anfangsgeschwindigkeiten und Vorschübe können Sie Kaltverfestigung und Werkzeugverschleiß verhindern.

Für einen TiAlN-beschichteten Hartmetall-Schaftfräser mit Ø10 mm aus geglühtem Kovar:

Tipp 3: Hochdruckkühlmittel

Bei der Kovar-Bearbeitung gibt es ein weiteres Problem: Die Wärme bleibt während der Bearbeitung erhalten. Sie lässt keine Wärme durch. Daher hier die Empfehlungen:

1. Verwenden Sie ein Hochdruckkühlmittel mit 1000–1450 psi (70–100 bar) und einer Durchflussrate von ≥15 l/min.
2. Verwenden Sie ein synthetisches Kühlmittel.
3. Diese Empfehlungen können hilfreich sein, um Späne effizient auszuspülen und die Temperaturen in der Schneidzone zu senken.

Oberflächenbeschaffenheit und Nachbearbeitungsoptionen

Nach der Bearbeitung der Komponenten empfiehlt es sich, Nachbearbeitungsprozesse durchzuführen. Diese verbessern die Oberflächengüte und Korrosionsbeständigkeit und erhöhen so die Haltbarkeit der Teile.

Elektropolieren

Elektropolieren ist ein elektrochemischer Prozess, der zum Entfernen von Oberflächenfehlern verwendet wird.

Arbeitsmechanismus

• Das Kovar-Teil wird in ein elektrolytisches Bad mit typischer Säure getaucht.
• Ein Gleichstrom durchdringt den Elektrolyten, löst Mikrorisse aus der Oberfläche und glättet sie.

Sie können eine spiegelähnliche Oberflächenbeschaffenheit erreichen, d. h. 0.1-0.3 Ra, durch diese Operation.

Vernickelung und Vergoldung

Dieser Nachbearbeitungsprozess fügt den Kovar-Teilen einige Funktionsschichten hinzu.

Vakuum-Stressabbau

Durch die spanende Bearbeitung entstehen häufig Spannungen in der Materialstruktur. Die Vakuum-Spannungsentspannung ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das diese durch die spanende Bearbeitung entstandenen Spannungen abbaut.

Arbeitsmechanismus

Kovar-Material wird über 750 °C erhitzt^oC, also unter Rekristallisationstemperatur, im Hochvakuum ≤10⁻⁵ mbar, um eine Oxidation zu verhindern.

• Es verhindert den Verzug dünnwandiger Bauteile.

So führen Sie Maßkontrolle und Messtechnik durch

Bei unternehmenskritischen Anwendungen sind Kompromisse bei der Maßgenauigkeit unabdingbar. Mit diesen Technologien können Sie die Maßgenauigkeit überprüfen:

Für Dünnwandtoleranzen

Verwenden Sie langsame, leichte Schlichtdurchgänge, um die Maßgenauigkeit von ± 0.025 mm ohne Ablenkung.

Berührungslose Messtechnik

Mit der Weißlichtinterferometrie können Sie Oberflächenrauigkeiten <1 µm prüfen.

Zur Überprüfung innerer Merkmale können Sie eine Computertomographie (CT) durchführen.

Helium-Leckprüfung

Es kann sehr kleine Lecks erkennen, z. B. 1 × 10⁻⁹ cm³/s. Es ist ein wesentlicher Test für druckkritische Baugruppen.

Industriebeispiel für bearbeitete Kovar-Teile

Dieser Abschnitt behandelt die industriellen Anwendungen von Kovar-Bearbeitungsteilen. Beginnen wir mit den Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt.

IMU-Gehäuse für die Luft- und Raumfahrt

Kovar-Bearbeitungsteile werden in Gehäusen von Trägheitsmessgeräten in Flugzeugen und Satelliten eingesetzt. Kovar bietet außergewöhnliche thermische Stabilität bei Temperaturen von -65 °C bis +150 °C. Es bietet zudem magnetische Abschirmung und Hermitizität.

Medizinische Durchführungen

Aus folgenden Gründen verwenden wir Kovar-Bearbeitungsteile in medizinischen Durchführungen:

• Biokompatibilität
• MRI-Kompatibilität
• Zuverlässigkeit der Dichtung

5G-HF-Pakete

Kovar-Bearbeitungsteile werden in 5G-Basisstationen und Radarsystemen für Hochfrequenz-HF-Module eingesetzt. Kovar wird für gute CTE-Anpassungen, stabile Signalintegrität und gutes Wärmemanagement verwendet.

Globale Beschaffungstipps für Kovar Machining

Viele Faktoren wie Kosten, Qualität und Lieferzeiten beeinflussen den Kauf von Kovar-Bearbeitungsteilen aus jedem Land. So finden Sie einen guten Lieferanten:

1. ASTM F15-Zertifizierung

Stellen Sie die Zusammensetzung und Rückverfolgbarkeit des Kovar-Materials sicher und achten Sie darauf, dass der Lieferant die ASTM F15-Zertifizierung einhält.

2. Lokales Outsourcing vs. Outsourcing aus China

Laut der folgenden Vergleichstabelle ist China für hohe Stückzahlen, einfache Designs und zur Kosteneinsparung vorzuziehen. Wenn Sie Prototypen oder Teile mit engen Toleranzen benötigen, sollten Sie sich für die lokale oder US-amerikanische Option entscheiden.

3. Werkstätten mit Vakuumöfen

Bevorzugen Sie immer Lieferanten, die mit Vakuumöfen ausgestattet sind. Denn dann sind die von ihnen bearbeiteten Teile oxidationsfrei.

Wie TUOFA CNC Machining die Herstellung von Kovar-Legierungen meistert

Für Kovar-Bearbeitungsdienstleistungen wenden Sie sich bitte an TUOFA Präzisionsbearbeitung. Wir bieten präzise Bearbeitung mit engen Toleranzen. Wir sind mit Vakuumöfen ausgestattet, um spannungsfreie und nicht oxidierte Teile zu liefern. Wir bieten schnelle Lieferzeiten und beste Bearbeitungseigenschaften.

Fazit

Kovar ist ein vakuumgeschmolzener Werkstoff und wird aufgrund seiner geringen Wärmeausdehnung, guten Temperaturstabilität und hermetischen Abdichtung in kritischen Anwendungen eingesetzt. Die Kaltverfestigung und die Oberflächenabrasivität erfordern jedoch eine sehr spezielle und sorgfältige Bearbeitung.

FAQs zur Kovar-Bearbeitung

Welches Material entspricht Kovar?

Im Fall der Wärmeausdehnung sind Fernico und Legierung 42 gleichwertig mit Kovar.

Welches Schneidfluid eignet sich am besten für Kovar?

Sie können synthetische Kühlmittel mit hoher Schmierfähigkeit verwenden. Dies reduziert die Temperatur und somit den Werkzeugverschleiß.