Πώς να επιτύχετε υψηλή-ανοχή ακρίβειας μέσω της επεξεργασίας ανάρτησης-;

一, Τεχνική αρχή: Ένας μηχανισμός διόρθωσης ανοχής που λειτουργεί με διαφορετικά φυσικά πεδία για να συνεργαστεί.
Η τεχνολογία μετα{0}}επεξεργασίας χρησιμοποιεί τις συνδυασμένες επιπτώσεις μηχανικών, χημικών, θερμοδυναμικών και άλλων φυσικών πεδίων για να αλλάξει τη μικροδομή και να βελτιώσει την απόδοση των εξαρτημάτων που έχουν υποστεί επεξεργασία. Υπάρχουν τρεις κύριες ομάδες βασικών αρχών του:
Διόρθωση μηχανικής ανακούφισης καταπόνησης
Όταν επεξεργάζεστε μεταλλικά τεμάχια, θα δημιουργήσουν υπολειπόμενη τάση, η οποία θα τους κάνει να αλλάξουν σχήμα. Για παράδειγμα, μετά την τήξη με λέιζερ, η εσωτερική τάση των εξαρτημάτων από κράμα τιτανίου που κατασκευάζονται με εκτύπωση 3D μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο 200 έως 300 MPa. Η απόκλιση ανοχής θα μπορούσε να είναι μεγαλύτερη από 0,05 mm εάν δεν γίνει μείωση της τάσης. Εφαρμόζοντας δόνηση σε μια ορισμένη συχνότητα (συνήθως μεταξύ 15 και 100 Hz), η τεχνολογία γήρανσης κραδασμών αναδιατάσσει τους μικροσκοπικούς κόκκους και επιταχύνει τον ρυθμό απελευθέρωσης τάσεων σε πάνω από 85%. Ένας Γερμανός κατασκευαστής αεροδιαστημικής χρησιμοποίησε αυτή τη μέθοδο και το ποσοστό πιστοποίησης για δορυφορικά εξαρτήματα αυξήθηκε από 85% σε 95%. Το εύρος διακύμανσης ανοχής μειώθηκε επίσης στα ± 0,003 mm.
Επιλεκτική διόρθωση χημικής διάλυσης
Με την προσαρμογή του ρυθμού ανοδικής διάλυσης, η τεχνική ηλεκτρολυτικής στίλβωσης κάνει τη μικρογεωμετρική μορφολογία της επιφάνειας πιο ομοιόμορφη. Για παράδειγμα, η επεξεργασία της εσωτερικής κοιλότητας ανοξείδωτου χάλυβα 316L σε μικτό ηλεκτρολύτη φωσφορικού οξέος και θειικού οξέος με τάση 15V για 3 λεπτά μπορεί να μειώσει την τραχύτητα της επιφάνειας από Ra2,5 μm σε Ra0,4 μm και να διορθώσει την απόκλιση ανοχής από ± 0,002 mm σε 0,02 mm σε ± 0,02 mm σε 0,00 ± 5 mm. Αυτή η προσέγγιση λειτουργεί καλύτερα σε περίπλοκες δομές εσωτερικής κοιλότητας, όπως η επεξεργασία μικροοπών των μπεκ ψεκασμού καυσίμου αυτοκινήτου, η οποία μπορεί να απαλλαγεί από τα υπολείμματα γρέζια από τη μηχανική κατεργασία και να διασφαλίσει ότι ο ψεκασμός καυσίμου είναι ομοιόμορφος.
Διόρθωση θερμοδυναμικών μεταπτώσεων φάσης
Η τεχνική θερμικής επεξεργασίας αλλάζει την κρυσταλλική δομή του υλικού διαχειριζόμενος την καμπύλη θέρμανσης και ψύξης, η οποία καθορίζει τις ανοχές διαστάσεων. Για παράδειγμα, η θερμική επεξεργασία T6 (διάλυμα 540 μοιρών + 175 βαθμός γήρανσης) μπορεί να μειώσει τον συντελεστή γραμμικής διαστολής των εξαρτημάτων από κράμα αλουμινίου κατά 12% και να ενισχύσει τη σταθερότητα των διαστάσεων τους κατά 30%. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται από έναν αμερικανικό κατασκευαστή κινητήρων για την επεξεργασία δίσκων τουρμπίνας. Μειώνει το εύρος διακύμανσης ανοχής από ± 0,03 mm σε ± 0,01 mm και επεκτείνει τη διάρκεια κόπωσης σε 2,5 φορές την αρχική.
2, Εφαρμογή διαδικασίας: ακριβείς απαντήσεις για κάθε κατάσταση
1. Επεξεργασία μεταλλικών αντικειμένων που εκτυπώθηκαν 3D
Οι τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων όπως το SLM και το EBM μπορεί να κάνουν περίπλοκες δομές, αλλά η τραχύτητα της επιφάνειας είναι συνήθως Ra10-20 μ m και υπάρχουν προβλήματα όπως η μη συντηγμένη σκόνη. Για να ρυθμίσετε τις ανοχές μετά την επεξεργασία, πρέπει να κάνετε τρία πράγματα:
Για να αφαιρέσετε τη δομή στήριξης, χρησιμοποιήστε κοπή υδροβολής ή κατεργασία ηλεκτρικής εκκένωσης (EDM). Αυτό θα εμποδίσει την αλλαγή του σχήματος λόγω μηχανικής σύσφιξης. Για παράδειγμα, η GE Aviation χρησιμοποιεί EDM για να αφαιρεί με ακρίβεια τα στηρίγματα και να διατηρεί τα σφάλματα ανοχής εντός ± 0,008 mm κατά την κατασκευή ακροφυσίων καυσίμου για κινητήρες LEAP.
Επεξεργασία για επιφανειακή πύκνωση: Η θερμή ισοστατική συμπίεση (HIP) χρησιμοποιείται σε πορώδη υλικά. Μετά από 4 ώρες επεξεργασίας στους 1200 βαθμούς και 150 MPa, το πορώδες μπορεί να μειωθεί από 5% σε 0,1%, και ο ρυθμός συρρίκνωσης διαστάσεων μπορεί να διατηρηθεί στο 0,3% έως 0,5%, γεγονός που εξασφαλίζει ακρίβεια στις ανοχές.
Γυάλισμα ακριβείας: Με τη χρήση τεχνολογίας γυαλίσματος λειαντικής ροής, η τραχύτητα της εσωτερικής κοιλότητας μπορεί να μειωθεί από Ra12 μm σε Ra0,8 μm, κατεργάζοντάς την με λειαντικό καρβίδιο του πυριτίου σε πίεση 0,5 MPa για 10 λεπτά. Η διακύμανση της ανοχής πρέπει να παραμείνει κάτω από ± 0,005 mm.
2. Μετά την επεξεργασία των κατεργασμένων με CNC εξαρτημάτων
Παρόλο που η κατεργασία με CNC μπορεί να είναι πολύ ακριβής, πράγματα όπως η φθορά του εργαλείου και η θερμική παραμόρφωση μπορούν να προκαλέσουν σφάλματα ανοχής. Η μετα{1}}επεξεργασία πρέπει να ενσωματωθεί με τις επόμενες τεχνολογίες:
Έξυπνη αντιστάθμιση εργαλείου: Οι αισθητήρες παρακολουθούν τις διακυμάνσεις της διαμέτρου του εργαλείου σε πραγματικό χρόνο και προσαρμόζουν αυτόματα τις διαδρομές κοπής. Για παράδειγμα, το σύστημα CNC Fanuc μπορεί να καθορίσει αυτόματα τις τιμές συντεταγμένων όταν το εργαλείο φθείρεται κατά 0,03 mm, διασφαλίζοντας ότι η ανοχή διαφράγματος παραμένει στα ± 0,005 mm.
Επεξεργασία ψύξης χαμηλής-θερμοκρασίας: Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, ψεκάστε υγρό άζωτο στους -40 βαθμούς συνεχώς για να μην αλλάξει η θερμοκρασία του τεμαχίου εργασίας κατά περισσότερο από 2 βαθμούς . Αυτό εμποδίζει το τεμάχιο εργασίας να διαστέλλεται υπερβολικά και να προκαλεί διακυμάνσεις στις διαστάσεις. Το ποσοστό πιστοποίησης ανοχής εξαρτημάτων με λεπτό τοίχωμα αυξήθηκε από 78% σε 95% αφού μια ιαπωνική εταιρεία που κατασκευάζει εξαρτήματα ακριβείας χρησιμοποίησε αυτή τη μέθοδο.
Βαθμονόμηση με συμβολόμετρο λέιζερ: Χρησιμοποιήστε ένα συμβολόμετρο λέιζερ σε τακτική βάση για να ελέγχετε την ακρίβεια της θέσης της εργαλειομηχανής και να διορθώνετε τυχόν γεωμετρικά σφάλματα χρησιμοποιώντας αλγόριθμους αντιστάθμισης. Μετά τη βαθμονόμηση, για παράδειγμα, η ακρίβεια της χωρικής τοποθέτησης ενός κέντρου επεξεργασίας πέντε αξόνων μπορεί να είναι από 0,015 mm/1000 mm σε 0,005 mm/1000 mm.
3. Μετά την επεξεργασία εξαρτημάτων από σύνθετο υλικό
Μετά την επεξεργασία, τα σύνθετα υλικά (όπως πλαστικά ενισχυμένα με ανθρακονήματα) είναι πιθανό να έχουν ελαττώματα όπως αποκόλληση και γρέζια. Ο έλεγχος ανοχής πρέπει να γίνεται με εκ των υστέρων-επεξεργασία.
Καθαρισμός με υπερήχους: Ο καθαρισμός με χρήση κυμάτων υπερήχων σε συχνότητα 40 kHz για 10 λεπτά μπορεί να απαλλαγεί από περισσότερο από το 90% των υπολειμμάτων επεξεργασίας. Αυτό εμποδίζει την ενσωμάτωση σωματιδίων κατά τη συναρμολόγηση να προκαλεί απόκλιση ανοχής.
Γυάλισμα με λέιζερ: Χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ νανοδευτερόλεπτο (πλάτος παλμού 100ns) για μικρο-επεξεργασία των άκρων, αφαιρώντας μεταξύ 0,001 και 0,005 mm υλικού και καθορίζοντας τη διακύμανση ανοχής από ± 0,05 mm σε ± 0,01 mm.
Επεξεργασία θερμής συμπίεσης σε κενό: Η θερμή πίεση για 30 λεπτά στους 180 βαθμούς και 5 MPa σε κενό μπορεί να απαλλαγεί από τη συγκέντρωση τάσεων στο σύνθετο υλικό και να το κάνει 40% πιο σταθερό ως προς το μέγεθος.
3, Εφαρμογή βιομηχανίας: κοινά παραδείγματα στον τομέα της μεταποιητικής-υψηλού επιπέδου
1. Ο τομέας της αεροδιαστημικής
Αφού χρησιμοποιηθεί η τεχνολογία SLM για την κατασκευή των λεπίδων κινητήρα του Boeing 787 Dreamliner, χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα βήματα επεξεργασίας μετά{1} για τη ρύθμιση των ανοχών:
Για θεραπεία HIP, θερμάνετε το υλικό στους 1250 βαθμούς και 170 MPa για 6 ώρες για να απαλλαγείτε από τους εσωτερικούς πόρους και να διατηρήσετε το ποσοστό συρρίκνωσης του μεγέθους στο 0,4%.
Ηλεκτρολυτική στίλβωση: Χρησιμοποιήστε έναν ηλεκτρολύτη βασισμένο σε φωσφορικά- με τάση 12 V για 5 λεπτά για να κάνετε την επιφάνεια πιο λεία, από Ra15 μm σε Ra0,2 μm και να διορθώσετε την απόκλιση ανοχής από ± 0,03 mm σε ± 0,005 mm.
Μέτρηση λέιζερ: Μια μηχανή μέτρησης τριών-συντεταγμένων (CMM) χρησιμοποιείται για τον έλεγχο των λεπίδων σε πλήρες μέγεθος και εκτελείται αντίστροφη μηχανική για να διορθωθεί η διαδρομή κατεργασίας έτσι ώστε οι ανοχές να είναι σωστές.
2. Στην επιχείρηση κατασκευής αυτοκινήτων
Κατά την κατασκευή υβριδικών αμαξωμάτων βαλβίδων μετάδοσης, η Toyota χρησιμοποιεί τις ακόλουθες μεθόδους μετα{0}}επεξεργασίας:
Ηλεκτρολυτική αφαίρεση γρεζιών: Χρησιμοποιήστε πυκνότητα ρεύματος 10A/cm² σε ηλεκτρολύτη NaCl για 2 λεπτά για να απαλλαγείτε από τα γρέζια στις εγκάρσιες οπές και βεβαιωθείτε ότι το υδραυλικό σύστημα είναι σφραγισμένο.
Γυάλισμα με λειαντική ροή: Χρησιμοποιήστε λειαντικό καρβίδιο του πυριτίου 800 mesh σε πίεση 0,3 MPa για 3 λεπτά για να κάνετε την εσωτερική κοιλότητα λιγότερο τραχιά, από Ra3,2 μ m έως Ra0,4 μ m, με εύρος ανοχής μικρότερη από ± 0,008 mm.
Online ανίχνευση: Προσθήκη σαρωτή λέιζερ στη γραμμή επεξεργασίας για να παρακολουθείτε το μέγεθος του διαφράγματος σε πραγματικό χρόνο, αλλάζοντας τις παραμέτρους επεξεργασίας με βάση τον έλεγχο ανάδρασης και αυξάνοντας το ποσοστό διέλευσης ανοχής στο 99,2%.
3. Τομέας ιατροτεχνολογικών προϊόντων
Τα παρακάτω βήματα επεξεργασίας της ανάρτησης-βοηθούν την Johnson&Johnson DePuy Synthes να φτιάξει κύπελλα κοτύλης που είναι βιοσυμβατά και ακριβή όσον αφορά την ανοχή:
Ηλεκτρολυτική στίλβωση: Μειώστε την τραχύτητα της επιφάνειας του υποστρώματος Ti6Al4V από Ra3,2 μm σε Ra0,2 μm και απαλλαγείτε από τα σωματίδια που δεν συγχωνεύτηκαν κατά τη χύτευση SLM.
Οξείδωση μικροτόξου: Χρησιμοποιήστε τάση 300 V σε πυριτικό ηλεκτρολύτη για 5 λεπτά για να φτιάξετε μια επίστρωση οξειδίου πάχους 20 μm που περιέχει υδροξυαπατίτη. Αυτό καθιστά την αντοχή του δεσμού των οστών κατά 40% ισχυρότερη και διατηρεί την απόκλιση ανοχής εντός ± 0,005 mm.
Ασηπτική συσκευασία: Τα εξαρτήματα αποστειρώνονται με οξείδιο του αιθυλενίου για να βεβαιωθείτε ότι πληρούν τα πρότυπα ISO 13485 προτού συναρμολογηθούν. Αυτό εμποδίζει τη μόλυνση από την αλλαγή του μεγέθους των εξαρτημάτων.