Пост{0}}обработката ще повреди ли вътрешната структура?

一, Технически принцип: Основният проблем с машинната обработка за -постобработка
Основната цел на последващата-обработка е да се подобри качеството на повърхността, точността на размерите или механичните качества на частите чрез рязане, полиране, термична обработка и други методи. Обработените обекти обикновено са части, които са направени чрез процедури като адитивно производство (AM), леене или коване. Вътрешната структура на тези части може да съдържа следните характеристики:
Микроскопични дефекти, като порьозност, липса на зона на топене (LOF) в части, направени с помощта на адитивно производство, или свиваща се порьозност и пукнатини в отлети части.
Остатъчното напрежение е напрежение, което се натрупва вътре в обект поради промяна в температурата или фазата. Това може да доведе до огъване или счупване на обекта, след като е бил обработен.
Градиентните материали и не-еднородната зърнеста структура са примери за неравномерна организация, която може да промени начина, по който материалите се отстраняват по време на обработката.
Интервенциите в пост{0}}обработката могат да променят тези вътрешни структури чрез механичен натиск, термични въздействия или химични реакции, което води до влошаване на производителността или повишен риск от повреда.
2, Ефектът и казусът на типичните процедури
1. Механично рязане: премахване на напрежението и активиране на дефекти
Когато инструмент и част влязат в пряк контакт по време на механично рязане (като фрезоване и струговане), материалът се отстранява. Това може да доведе до следните промени във вътрешната структура на частта:
Преразпределение на остатъчното напрежение: Силите на рязане могат да повлияят на състоянието на напрежение на повърхността на частта и потенциално да причинят образуване на вътрешни микропукнатини. Компания за самолети, например, забеляза, че остатъчното напрежение на остриета от титанова сплав, направени чрез адитивно производство, е преминало от -150MPa до +80MPa след смилане. Това намалява живота им на умора с 30%.
Разпространение на дефект: Вибрацията при рязане може да доведе до прерастване на малки дупки или области на непълно сливане вътре в материала в големи пукнатини. Проучванията показват, че след грубо фрезоване порьозността на компонентите от алуминиеви сплави, произведени чрез лазерно топене на прахов слой (LPBF), ескалира от 0,5% до 1,2%, докато якостта на счупване намалява с 25%.
отговор:
Използвайте ултра{0}}прецизна обработка (като едно-точково диамантено струговане), за да намалите силата на рязане. Извършете топлинна обработка (като отгряване за облекчаване на напрежението) преди рязане, за да изравните вътрешното напрежение. Оптимизирайте пътя на инструмента, за да стоите далеч от места, където има тенденция да се натрупват вибрации.
2. Термична обработка: промени в организацията и стабилността на размерите
Промяната на фазовото състояние на материалите чрез топлинна обработка (като закаляване, темпериране и горещо изостатично пресоване) може да подобри производителността, но също така може да причини:
Деформация, причинена от фазова трансформация: Увеличаването на обема, което се случва по време на мартензитната трансформация, може да доведе до промяна на формата на парчетата. След карбуризиране и закаляване, грешката в профила на зъбите на конкретна предавка на превозното средство, например, се повиши от ± 0,02 mm на ± 0,05 mm.
Термично индуцирана порьозност (TIP): След горещо изостатично пресоване (HIP) порите от инертен газ могат да растат отново в части, които са направени с помощта на добавки. Проучванията показват, че след -HIP, ако продължителността на отгряване на сплав Ti-6Al-4V надвиши 4 часа, порьозността може да се повиши с 0,3%.
отговор:
Използване на степенувано закаляване или изотермично закаляване, за да се следи скоростта на фазовата промяна;
За да спрете TIP, настройте фино-процесните параметри на HIP (като температура, налягане и време).
Напрежението се освобождава чрез процеса на "груба обработка → топлинна обработка → прецизна обработка", който съчетава топлинна обработка и машинна обработка.
3. Укрепване на повърхността: остатъчно напрежение на натиск и умора
техники, които подсилват повърхностите, като дробно уплътняване и валцоване, добавят остатъчно напрежение при натиск, което увеличава живота на умора. Въпреки това, тези техники могат също да причинят:
Повреда на повърхността: Твърде много дробно уплътняване може да причини микропукнатини или изтъняване на зърната на повърхността. Например, след дробестерола, грапавостта на повърхността на конкретен вал на авиационен двигател премина от Ra1,6 μm до Ra0,4 μm, докато дълбочината на източника на уморна фрактура се увеличи с 0,1 mm.
Дисбаланс на градиента на напрежението: Когато остатъчният слой на напрежение при натиск и напрежението на матрицата не съвпадат, това може да причини разслояване. Проучванията показват, че компонентите от алуминиеви сплави, подложени на лазерно ударно уплътняване (LSP), са податливи на микропукнатини на повърхността, когато дълбочината на остатъчното напрежение на натиск надвиши 0,5 mm.
отговор:
Контролирайте интензитета на дробестерола (например, чрез измерване на покритието на тестов образец на Almen); използвайте процедури за усилване на композитни материали (например дробно уплътняване и валцоване), за да балансирате градиентите на напрежението; и използвайте числена симулация, за да намерите най-добрите параметри на процеса.
3, Управление на риска: от проектирането на процедурата до следенето й онлайн
Индустрията трябва да създаде задълбочена система за контрол на процеса, за да ограничи щетите, които последващата{0}}обработка нанася на вътрешната структура.
По време на етапа на проектиране на процеса изберете комбинация от-процеси за последваща обработка, която отговаря на нуждите от материал, структура и производителност на частите. Например HIP+електролитното полиране е по-добро от директното механично полиране за артикули, направени с адитивно производство.
Използвайте анализ на крайните елементи (FEA), за да разберете как ще се разпространи напрежението и как нещата ще променят формата си, когато се обработват. Определена компания използва симулация, за да подобри настройките на фрезоване, които намаляват деформацията при обработка на части от титанова сплав от 0,15 mm на 0,03 mm.
Етап на изпълнение за обработка:
Използване на интелигентни инструменти за наблюдение, като сензори за акустична емисия и сила на рязане, за да дадете информация в реално{0}}време за това как протича машинната обработка. Например, определен производител на металорежещи машини изобрети "адаптивната система за рязане", която може да променя скоростта на подаване в движение, за да избегне твърде много вибрации.
Използвайте управление на затворен-контур и променяйте параметрите на процеса в зависимост от данните от онлайн откриване. Ако фирма за самолети използва лазерен интерферометър, за да измери колко грапава е повърхността и след това автоматично регулира налягането при полиране.
Етап на проверка на качеството:
Използвайте методи за не-разрушителен тест (NDT), като рентгенова компютърна томография и ултразвуково изследване, за да откриете проблеми вътре в обекта. Проучванията разкриват, че индустриалният CT може да намери пори с ширина 0,02 mm с 98% точност.
Настройте верига за обработка на тестови данни и използвайте машинно обучение, за да познаете колко дълго ще издържи дадена част. Например, даден бизнес може да използва минали данни, за да обучи модел, който може да предвиди вероятността от повреда на предавката от умора шест месеца предварително.