Ali bo naknadna-obdelava poškodovala notranjo strukturo?

一, Tehnično načelo: Glavna težava s strojno obdelavo po-obdelavi
Glavni namen naknadne{0}}obdelave je izboljšati kakovost površine, dimenzijsko natančnost ali mehanske lastnosti delov z rezanjem, poliranjem, toplotno obdelavo in drugimi metodami. Obdelani predmeti so običajno deli, ki so bili izdelani s postopki, kot so aditivna proizvodnja (AM), litje ali kovanje. Notranja struktura teh delov lahko vsebuje naslednje značilnosti:
Mikroskopske napake, kot je poroznost, pomanjkanje fuzijske cone (LOF) v delih, izdelanih z aditivno proizvodnjo, ali krčenje poroznosti in razpoke v litih delih.
Preostala napetost je napetost, ki nastane v predmetu zaradi spremembe temperature ali faze. To lahko povzroči, da se predmet po obdelavi upogne ali razbije.
Gradientni materiali in ne-enotna zrnata struktura so primeri neenakomerne organizacije, ki lahko spremeni način odstranjevanja materialov med obdelavo.
Posegi v post{0}}obdelavi lahko spremenijo te notranje strukture z mehanskimi pritiski, toplotnimi vplivi ali kemičnimi reakcijami, kar povzroči poslabšanje delovanja ali povečano tveganje za okvare.
2, Učinek in študija primera tipičnih postopkov
1. Mehansko rezanje: sprostitev napetosti in aktiviranje napak
Ko orodje in del prideta v neposreden stik med mehanskim rezanjem (kot je rezkanje in struženje), se material odstrani. To lahko povzroči naslednje spremembe v notranji strukturi dela:
Prerazporeditev preostale napetosti: Rezalne sile lahko vplivajo na stanje površinske napetosti dela in lahko povzročijo nastanek notranjih mikrorazpok. Letalsko podjetje je na primer opazilo, da se je preostala napetost rezil iz titanove zlitine, izdelanih z aditivno proizvodnjo, po rezkanju povečala z -150MPa na +80MPa. To je zmanjšalo njihovo življenjsko dobo za 30 %.
Širjenje napake: Vibracije pri rezanju lahko povzročijo, da majhne luknje ali območja nepopolnega zlitja znotraj materiala prerastejo v velike razpoke. Študije kažejo, da se po grobem rezkanju poroznost komponent aluminijevih zlitin, proizvedenih z laserskim taljenjem prahu (LPBF), poveča z 0,5 % na 1,2 %, medtem ko se lomna žilavost zmanjša za 25 %.
odgovor:
Uporabite ultra-natančno obdelavo (kot je eno-točkovno diamantno struženje), da zmanjšate rezalno silo. Pred rezanjem izvedite toplotno obdelavo (kot je žarjenje za zmanjšanje napetosti), da izenačite notranjo napetost. Optimizirajte pot orodja, da se izognete lokacijam, kjer se običajno kopičijo vibracije.
2. Toplotna obdelava: spremembe v organizaciji in stabilnosti dimenzij
Spreminjanje faznega stanja materialov s toplotno obdelavo (kot je kaljenje, popuščanje in vroče izostatično stiskanje) lahko izboljša učinkovitost, vendar lahko povzroči tudi:
Deformacija, ki jo povzroči fazna transformacija: povečanje prostornine, ki se zgodi med martenzitno transformacijo, lahko povzroči, da kosi spremenijo obliko. Po naogljičenju in kaljenju se je napaka profila zoba določene prestave vozila na primer povečala z ± 0,02 mm na ± 0,05 mm.
Toplotno povzročena poroznost (TIP): Po vročem izostatičnem stiskanju (HIP) lahko pore inertnega plina ponovno zrastejo v delih, ki so bili izdelani z dodatki. Študije kažejo, da se lahko po-HIP, če trajanje žarjenja zlitine Ti-6Al-4V preseže 4 ure, poroznost poveča za 0,3 %.
odgovor:
Uporaba stopenjskega kaljenja ali izotermnega kaljenja za spremljanje hitrosti fazne spremembe;
Če želite ustaviti TIP, natančno-nastavite parametre postopka HIP (kot so temperatura, tlak in čas).
Napetost se sprosti s postopkom "groba obdelava → toplotna obdelava → natančna obdelava", ki združuje toplotno obdelavo in strojno obdelavo.
3. Ojačitev površine: preostala tlačna napetost in utrujenost
tehnike, ki ojačajo površine, kot sta nabiranje in valjanje, dodajo preostalo tlačno napetost, kar poveča življenjsko dobo ob utrujanju. Vendar lahko te tehnike povzročijo tudi:
Poškodba površine: Preveč strganja lahko povzroči mikrorazpoke ali zdrobljenost površine. Na primer, po streljanju je površinska hrapavost določene gredi letalskega motorja narasla z Ra1,6 μm na Ra0,4 μm, medtem ko se je globina vira utrujenosti zloma povečala za 0,1 mm.
Neuravnoteženost gradienta napetosti: Ko se sloj preostale tlačne napetosti in napetost matrice ne ujemata, lahko povzroči razslojevanje. Študije kažejo, da so komponente iz aluminijeve zlitine, izpostavljene laserskemu udarnemu peeningu (LSP), dovzetne za mikrorazpoke na vmesniku, ko globina preostale tlačne napetosti preseže 0,5 mm.
odgovor:
Nadzirajte intenzivnost drobljenja (na primer z merjenjem pokritosti Almenovega preskušanca); uporabite postopke ojačitve kompozitov (na primer strganje in valjanje) za uravnoteženje gradientov napetosti; in uporabite numerično simulacijo za iskanje najboljših procesnih parametrov.
3, Obvladovanje tveganja: od načrtovanja postopka do spremljanja na spletu
Industrija mora vzpostaviti temeljit sistem nadzora procesov, da bi omejila škodo, ki jo naknadna{0}}obdelava povzroči notranji strukturi.
Med fazo načrtovanja procesa izberite mešanico naknadnih-postopkov obdelave, ki ustreza materialu, strukturi in potrebam glede zmogljivosti delov. HIP+elektrolitsko poliranje je na primer boljše od neposrednega mehanskega poliranja za predmete, izdelane z aditivno proizvodnjo.
Uporabite analizo končnih elementov (FEA), da ugotovite, kako se bo stres razširil in kako bodo stvari spremenile obliko, ko bodo obdelane. Določeno podjetje je uporabilo simulacijo za izboljšanje nastavitev rezkanja, ki je zmanjšalo obdelovalno deformacijo delov iz titanove zlitine z 0,15 mm na 0,03 mm.
Faza izvedbe za obdelavo:
Uporaba pametnih orodij za spremljanje, kot so senzorji za akustične emisije in rezalno silo, za-vhodne informacije o tem, kako poteka strojna obdelava. Na primer, določen proizvajalec obdelovalnih strojev je izumil "prilagodljiv rezalni sistem", ki lahko sproti spreminja hitrost podajanja, da se izogne ​​prevelikim vibracijam.
Uporabite nadzor-z zaprto zanko in spremenite parametre procesa glede na podatke iz spletnega zaznavanja. Če letalsko podjetje uporablja laserski interferometer za merjenje hrapavosti površine in nato samodejno prilagodi pritisk poliranja.
Faza pregleda kakovosti:
Za iskanje težav znotraj predmeta uporabite metode ne-destruktivnega testiranja (NDT), kot sta rentgenska računalniška tomografija in ultrazvočno testiranje. Študije kažejo, da lahko industrijski CT odkrije 0,02 mm široke pore z 98-odstotno natančnostjo.
Nastavite verigo obdelave podatkov o testiranju in uporabite strojno učenje, da ugibate, kako dolgo bo del zdržal. Dano podjetje lahko na primer uporabi pretekle podatke za usposabljanje modela, ki lahko predvidi verjetnost okvare zobnika šest mesecev vnaprej.