Как да постигнем повърхностна обработка на структурата на вътрешната кухина?

一, Технически принцип: Модификация на повърхността чрез комбинираните ефекти на няколко физически полета
Основната цел на повърхностната обработка на вътрешни кухини е да се повиши производителността и да се оптимизира морфологията на повърхността чрез механични, химични или композитни методи. Има три основни групи технически принципи:
Механичен тип отстраняване: използва ефекта на микро рязане на абразивните частици, за да се отърве от слоевете повърхностни дефекти. Методът на абразивно полиране например използва полу-твърди полимерни абразиви, които текат под налягане, за да полират равномерно сложни структури като напречни отвори и вътрешни кухини, което води до грапавост на повърхността от Ra0,1 μm.
Тип химическо разтваряне: Този вид химическо разтваряне използва идеите на електрохимията или химическата корозия за селективно елиминиране на неравностите от повърхността. Технологията за електролитно полиране контролира скоростта на анодното разтваряне, за да направи микрогеометричната морфология на повърхността по-гладка. Той също така създава дебел оксиден филм, за да направи повърхността по-устойчива на корозия. Обработката на вътрешната кухина на неръждаема стомана 316L може да намали грапавостта от Ra6 μm ​​до Ra0,2 μm.
Композитен тип армировка: Създаване на функционално степенувана повърхност чрез използване на физическо отлагане и химическа модификация. Например технологията PVD (Physical Vapor Deposition) поставя TiN покритие в кухината на формата. Това покритие е твърдо до 2200HV и три пъти по-устойчиво на износване. Технологията за инфилтрация на редкоземни елементи добавя елементи като Ce и La по време на процеса на азотиране, за да направи инфилтрационния слой с 40% по-дълбок, което значително подобрява устойчивостта на умора.
2, Изпълнение на процеса: точни отговори за всяка ситуация
1. Полиране на вътрешната кухина с дълбоки дупки: иновативно използване на технологията на абразивния поток
Традиционните процедури за полиране не работят добре върху структури с дълбоки дупки като вътрешната кухина на лопатките на двигателите на самолетите и автомобилните горивни инжектори, тъй като те са трудни за достъп и не работят много добре. Технологията на абразивния поток напредва чрез използване на следните нови идеи:
Средна оптимизация: Използва се полу{0}}твърда абразивна смес от частици силициев карбид и полимерни носители, за да се гарантира, че може да реже и да не надрасква повърхността.
Дизайн на канала: Използвайки изчислителна динамика на флуида (CFD) за симулиране и подобряване на инструменталния канал, можем да се уверим, че скоростта на абразивния поток в 0,3 mm микропори е повече от 95% равномерна.
Контрол на параметрите: Например, докато се обработва вътрешната кухина на определен тип турбинна лопатка, грапавостта може да бъде намалена от Ra3,2 μm до Ra0,4 μm след три цикъла (5 минути всеки). Налягането е 0,5MPa, а скоростта на потока е 15mm/s.
2. За отстраняване на сложни кухини използвайте електрохимичен и механичен композитен подход.
Когато отстранявате неравности от конструкции с напречни отвори като тела на трансмисионни клапани и блокове на хидравлични клапани, трябва да намерите компромис между скорост и качество. Една компания предложи процеса на "електрохимично премахване на ръбове+полиране с абразивно течение":
Електрохимичен етап: 10% разтвор на NaCl се използва като електролит и импулсно захранване с честота 10kHz и работен цикъл 30% се използва за отстраняване на 90% от неравностите при плътност на тока 0,5A/cm². Процесът отнема не повече от 2 минути.
Етапът на потока от смилащи частици използва абразив от силициев карбид 800 mesh за полиране в продължение на 2 минути при налягане от 0,3 MPa. Това премахва електрохимичните остатъци и оставя качество на повърхността Ra0,2 μm.
3. Създаване на вътрешността на кухината устойчива на корозия: използване на технология за електролитно полиране и покритие
Вътрешността на имплантите на медицинското устройство, включително протезните стави, трябва да бъде както биосъвместима, така и устойчива на корозия. Една компания използва процеса на „електролитно полиране + DLC (диамант-подобно на въглерод) покритие“:
Електролитно полиране: Чрез използване на напрежение от 15 V и ток от 20 A за 5 минути в смесен електролит от фосфорна киселина и сярна киселина, повърхностната грапавост на Ti6Al4V се намалява от Ra1,6 μm до Ra0,08 μm и се образува оксидно покритие с дебелина 100 nm.
DLC покритие: DLC покритие с дебелина 2 μm се нанася с помощта на техника на магнетронно разпрашване. Твърдостта се доближава до 20 GPa, коефициентът на триене се понижава до 0,05, а устойчивостта на корозия се увеличава 10 пъти в симулирана телесна течност.
3, Използване в бизнеса: често срещани примери в-производствения сектор от висок клас
1. Областта на аерокосмическата промишленост
Технологията за селективно лазерно топене (SLM) се използва от GE Aviation за производство на горивни дюзи за двигатели LEAP. След като бъде направен, вътрешният канал на потока се полира с абразивен поток, за да направи повърхността по-гладка (от Ra12 μm до Ra0,8 μm), да направи потока на горивото по-равномерен (с 8%) и да направи двигателя по--икономичен (с 1,5%).
2. В бизнеса с производство на автомобили
Bosch измисли нов начин за почистване и полиране на-кухината на маслената помпа под високо налягане на системата Common Rail. Използва както ултразвуково почистване, така и електролитно полиране.
Ултразвуково почистване: За да се отървете от остатъци от флуид за рязане от обработката, почиствайте за 10 минути при честота от 40 kHz и мощност от 100 W.
Електролитно полиране: Използвайте електролит на базата на фосфат- и 12 V напрежение за 3 минути, за да направите кухината от неръждаема стомана 316L по-малко грапава (от Ra2,5 μm до Ra0,4 μm) и да увеличите продължителността, в която може да издържи на корозия от солена пръска (от 500 часа до 2000 часа).
3. Областта на медицинските изделия
Johnson&Johnson DePuy Synthes прави ацетабуларни чашки, използвайки метода "електролитно полиране+микродъгово оксидиране".
Електролитно полиране: Намалете грапавостта на повърхността на Ti6Al4V субстрата от Ra3,2 μm до Ra0,2 μm и се отървете от некондензираните частици, които са били направени по време на SLM формоването.
Микродъгово оксидиране: Оксидно покритие с дебелина 20 μm с хидроксиапатит се прави в силикатен електролит чрез прилагане на 300 V за 5 минути. Процентът на преживяемост на импланта е 99,2%, а здравината на костната връзка е увеличена с 40%.