Как да постигнете толерантност с висока-прецизност чрез последваща{1}}обработка?

一, Технически принцип: Механизъм за коригиране на толеранса, който работи с различни физически полета, за да работят заедно.
Технологията за последваща-обработка използва комбинираните въздействия на механични, химични, термодинамични и други физически полета, за да промени микроструктурата и да подобри работата на частите, които са били обработени. Има три основни групи основни принципи:
Фиксиране на механично облекчаване на напрежението
Когато обработвате метални части, те ще създадат остатъчно напрежение, което ще ги накара да променят формата си. Например, след лазерно топене, вътрешното напрежение на частите от титанова сплав, направени с 3D печат, може да достигне до 200 до 300 MPa. Отклонението на толеранса може да бъде повече от 0,05 mm, ако не се извърши намаляване на напрежението. Чрез прилагане на вибрация при определена честота (обикновено между 15 и 100 Hz), технологията за вибрационно стареене пренарежда микроскопичните зърна и ускорява скоростта на освобождаване на напрежението до над 85%. Германски аерокосмически производител използва този метод и степента на квалификация за сателитни части премина от 85% на 95%. Диапазонът на отклонение на толеранса също беше намален до ± 0,003 mm.
Селективна корекция на химичното разтваряне
Чрез регулиране на скоростта на анодно разтваряне техниката на електролитно полиране прави микрогеометричната морфология на повърхността по-равномерна. Например, третирането на вътрешната кухина на неръждаема стомана 316L в смесен електролит от фосфорна киселина и сярна киселина с напрежение 15 V за 3 минути може да намали грапавостта на повърхността от Ra2,5 μm до Ra0,4 μm и да фиксира отклонението на толеранса от ± 0,02 mm до ± 0,005 mm. Този подход работи най-добре при сложни структури с вътрешна кухина, като третиране с микродупки на инжектори за гориво на автомобили, които могат да се отърват от остатъците от механична обработка и да гарантират, че впръскването на гориво е равномерно.
Корекция на термодинамичните фазови преходи
Техниката на термична обработка променя кристалната структура на материала чрез управление на кривата на нагряване и охлаждане, която фиксира толерансите на размерите. Например термичната обработка T6 (540 градуса разтвор + 175 градуса стареене) може да намали коефициента на линейно разширение на части от алуминиева сплав с 12% и да подобри тяхната стабилност на размерите с 30%. Тази процедура се използва от американски производител на двигатели за обработка на турбинни дискове. Той намалява обхвата на колебанията на толеранса от ± 0,03 mm до ± 0,01 mm и удължава живота на умора до 2,5 пъти в сравнение с оригинала.
2, Изпълнение на процеса: точни отговори за всяка ситуация
1. Обработка на метални предмети, които са 3D принтирани
Технологиите за 3D печат на метали като SLM и EBM могат да създадат сложни структури, но грапавостта на повърхността обикновено е Ra10-20 μm и има проблеми като нестопен прах. За да регулирате допустимите отклонения след обработката, трябва да направите три неща:
За да премахнете поддържащата конструкция, използвайте рязане с водна струя или електроерозионна обработка (EDM). Това ще предпази формата от промяна поради механично затягане. Например, GE Aviation използва EDM за прецизно премахване на опорите и поддържане на грешки в толеранса в рамките на ± 0,008 mm, когато прави горивни дюзи за двигатели LEAP.
Обработка за повърхностно уплътняване: Горещо изостатично пресоване (HIP) се използва върху порести материали. След 4 часа обработка при 1200 градуса и 150 MPa, порьозността може да бъде намалена от 5% до 0,1%, а степента на свиване на размерите може да се поддържа от 0,3% до 0,5%, което гарантира точност в допустимите отклонения.
Прецизно полиране: Чрез използване на технология за полиране с абразивно протичане, грапавостта на вътрешната кухина може да бъде намалена от Ra12 μm до Ra0,8 μm чрез третиране със силициев карбид абразив при налягане от 0,5MPa за 10 минути. Флуктуацията на допустимото отклонение трябва да остане под ± 0,005 mm.
2. След обработка на CNC машинни компоненти
Въпреки че CNC обработката може да бъде много прецизна, неща като износване на инструмента и термично изкривяване все още могат да причинят грешки в толеранса. Пост{1}}обработката трябва да бъде интегрирана със следващите технологии:
Интелигентна компенсация на инструмента: Сензорите следят промените в диаметъра на инструмента в реално време и автоматично адаптират маршрутите на рязане. Например, CNC системата Fanuc може автоматично да фиксира стойностите на координатите, когато инструментът се износи с 0,03 mm, като гарантира, че толерансът на отвора остава ± 0,005 mm.
Ниско{0}}температурно охлаждане: По време на обработката пръскайте течен азот при -40 градуса непрекъснато, за да предотвратите промяна на температурата на детайла с повече от 2 градуса. Това предпазва детайла от прекалено разширяване и причиняване на промени в размерите. Степента на сертифициране на толерантност на тънкостенни части се повиши от 78% на 95%, след като японска компания, която произвежда прецизни части, използва този метод.
Калибриране с лазерен интерферометър: Използвайте редовно лазерен интерферометър, за да проверявате колко точно е позициониран машинният инструмент и да коригирате всякакви геометрични грешки, като използвате алгоритми за компенсация. След калибриране, например, точността на пространственото разположение на пет-осен обработващ център може да премине от 0,015 mm/1000 mm до 0,005 mm/1000 mm.
3. След обработка на части от композитни материали
След обработка композитните материали (такива пластмаси, подсилени с въглеродни влакна) вероятно ще имат дефекти като разслояване и неравности. Контролът на толеранса трябва да се извърши чрез-постобработка.
Ултразвуково почистване: Почистването с ултразвукови вълни с честота 40 kHz за 10 минути може да премахне повече от 90% от остатъците от обработката. Това спира вграждането на частици по време на сглобяване от причиняване на отклонение на толеранса.
Лазерно полиране: Използване на наносекунден лазер (широчина на импулса 100ns) за микро-обработка на ръбовете, отнемане между 0,001 и 0,005 mm материал и фиксиране на отклонението на толеранса от ± 0,05 mm до ± 0,01 mm.
Третиране с горещо вакуумно пресоване: Горещото пресоване за 30 минути при 180 градуса и 5 MPa във вакуум може да премахне концентрацията на напрежение в композитния материал и да го направи с 40% по-стабилен по отношение на размера.
3, Приложение в промишлеността: често срещани примери в-производствения сектор от висок клас
1. Областта на аерокосмическата промишленост
След като технологията SLM се използва за направата на лопатките на двигателя на Boeing 787 Dreamliner, се използват следните стъпки за последваща-обработка за регулиране на допустимите отклонения:
За HIP обработка, загрейте материала до 1250 градуса и 170 MPa в продължение на 6 часа, за да се отървете от вътрешните пори и да запазите степента на свиване на размера на 0,4%.
Електролитно полиране: Използвайте електролит на базата на фосфат- с 12 V напрежение за 5 минути, за да направите повърхността по-гладка, преминавайки от Ra15 μm до Ra0,2 μm, и фиксирайте допустимото отклонение от ± 0,03 mm до ± 0,005 mm.
Лазерно измерване: Използва се три{0}}координатна измервателна машина (CMM) за проверка на остриетата в пълен размер и се извършва обратно инженерство, за да се фиксира маршрутът на обработка, така че допустимите отклонения да са правилни.
2. В бизнеса с производство на автомобили
При производството на тела на клапани за хибридна трансмисия Toyota използва следните-методи за последваща обработка:
Електролитно почистване: Използвайте плътност на тока от 10 A/cm² в NaCl електролит за 2 минути, за да се отървете от неравностите по напречните отвори и се уверете, че хидравличната система е запечатана.
Полиране с абразивен поток: Използвайте 800 меша силициев карбид абразив при налягане от 0,3 MPa за 3 минути, за да направите вътрешната кухина по-малко грапава, преминавайки от Ra3,2 μm до Ra0,4 μm, с диапазон на толеранс по-малък от ± 0,008 mm.
Онлайн откриване: Добавяне на лазерен скенер към линията за обработка, за да се следи размерът на блендата в реално време, промяна на параметрите на обработка въз основа на контрол на обратната връзка и повишаване на толеранса на пропускане до 99,2%.
3. Сфера на медицинските изделия
Следните стъпки за-постобработка помагат на Johnson&Johnson DePuy Synthes да направи ацетабулни чашки, които са едновременно биосъвместими и точни по отношение на толерантност:
Електролитно полиране: Намалете грапавостта на повърхността на Ti6Al4V субстрата от Ra3,2 μm до Ra0,2 μm и се отървете от частиците, които не са били стопени по време на SLM формоването.
Микродъгово оксидиране: Използвайте напрежение 300 V в силикатен електролит за 5 минути, за да направите 20 μm дебело оксидно покритие, което съдържа хидроксиапатит. Това прави здравината на свързване на костта с 40% по-здрава и поддържа допустимото отклонение в рамките на ± 0,005 mm.
Асептично опаковане: Частите се стерилизират с етиленов оксид, за да се гарантира, че отговарят на стандартите ISO 13485, преди да бъдат сглобени. Това предпазва замърсяването от промяна на размера на частите.