Kako doseči visoko-toleranco natančnosti z naknadno-obdelavo?

一, Tehnični princip: mehanizem za korekcijo tolerance, ki deluje z različnimi fizičnimi polji, da delujejo skupaj.
Te-tehnologija naknadne obdelave uporablja kombinirane vplive mehanskih, kemičnih, termodinamičnih in drugih fizičnih polj za spreminjanje mikrostrukture in izboljšanje delovanja delov, ki so bili obdelani. Obstajajo tri glavne skupine njegovih ključnih načel:
Pritrditev mehanskega lajšanja napetosti
Ko obdelujete kovinske kose, bodo ustvarili preostalo napetost, zaradi katere bodo spremenili obliko. Na primer, po laserskem taljenju lahko notranja napetost delov iz titanove zlitine, izdelanih s 3D-tiskanjem, doseže 200 do 300 MPa. Tolerančno odstopanje je lahko več kot 0,05 mm, če se napetost ne zmanjša. Z uporabo vibracij pri določeni frekvenci (običajno med 15 in 100 Hz) tehnologija vibracijskega staranja prerazporedi mikroskopska zrna in pospeši stopnjo sproščanja napetosti na več kot 85 %. Nemški vesoljski proizvajalec je uporabil to metodo in stopnja kvalifikacije satelitskih delov se je povečala s 85 % na 95 %. Območje tolerančnega nihanja je bilo tudi zmanjšano na ± 0,003 mm.
Selektivna korekcija kemičnega raztapljanja
S prilagajanjem stopnje anodne raztapljanja tehnika elektrolitskega poliranja naredi površinsko mikrogeometrično morfologijo bolj enotno. Na primer, obdelava notranje votline iz nerjavečega jekla 316L v elektrolitu z mešanico fosforne in žveplove kisline z napetostjo 15 V za 3 minute lahko zniža površinsko hrapavost z Ra2,5 μm na Ra0,4 μm in popravi tolerančno odstopanje od ± 0,02 mm do ± 0,005 mm. Ta pristop najbolje deluje pri zapletenih strukturah notranjih votlin, kot je obdelava mikro lukenj v injektorjih za gorivo v avtomobilih, s katerimi se lahko znebite ostankov robov od strojne obdelave in zagotovite, da je vbrizg goriva enakomeren.
Korekcija termodinamičnih faznih prehodov
Tehnika toplotne obdelave spremeni kristalno strukturo materiala z upravljanjem krivulje segrevanja in hlajenja, ki določa tolerance dimenzij. Na primer, toplotna obdelava T6 (540 stopinj raztopine + 175 stopinj staranja) lahko zmanjša koeficient linearnega raztezanja delov iz aluminijeve zlitine za 12 % in izboljša njihovo dimenzijsko stabilnost za 30 %. Ta postopek uporablja ameriški proizvajalec motorjev za obdelavo turbinskih diskov. Zmanjša razpon tolerančnega nihanja z ± 0,03 mm na ± 0,01 mm in podaljša življenjsko dobo ob utrujenosti na 2,5-kratno prvotno.
2, Implementacija procesa: natančni odgovori za vsako situacijo
1. Obdelava kovinskih predmetov, ki so bili 3D natisnjeni
Tehnologije 3D-tiskanja kovin, kot sta SLM in EBM, lahko naredijo zapletene strukture, vendar je površinska hrapavost običajno Ra10–20 μm in obstajajo težave, kot je nezlit prah. Če želite urediti tolerance po obdelavi, morate narediti tri stvari:
Za odstranitev podporne strukture uporabite rezanje z vodnim curkom ali strojno obdelavo z električnim praznjenjem (EDM). To bo preprečilo spremembo oblike zaradi mehanskega vpenjanja. Na primer, GE Aviation uporablja EDM za natančno odstranjevanje podpor in ohranja tolerančne napake znotraj ± 0,008 mm pri izdelavi šob za gorivo za motorje LEAP.
Obdelava za površinsko zgoščevanje: vroče izostatično stiskanje (HIP) se uporablja na poroznih materialih. Po 4 urah obdelave pri 1200 stopinjah in 150 MPa se lahko poroznost zmanjša s 5 % na 0,1 %, stopnja dimenzijskega krčenja pa se lahko ohrani pri 0,3 % do 0,5 %, kar zagotavlja natančnost v tolerancah.
Natančno poliranje: z uporabo tehnologije poliranja z abrazivnim tokom lahko hrapavost notranje votline zmanjšate z Ra12 μm na Ra0,8 μm z obdelavo z abrazivom iz silicijevega karbida pri tlaku 0,5MPa za 10 minut. Tolerančno nihanje mora ostati pod ± 0,005 mm.
2. Po obdelavi CNC obdelanih komponent
Čeprav je CNC obdelava lahko zelo natančna, lahko stvari, kot sta obraba orodja in toplotna deformacija, še vedno povzročijo tolerančne napake. Naknadna-obdelava mora biti integrirana z naslednjimi tehnologijami:
Inteligentna kompenzacija orodja: Senzorji spremljajo spremembe premera orodja v realnem času in samodejno prilagajajo poti rezanja. CNC-sistem Fanuc lahko na primer samodejno popravi vrednosti koordinat, ko se orodje obrabi za 0,03 mm, s čimer zagotovi, da toleranca odprtine ostane ± 0,005 mm.
Nizko{0}}temperaturno hlajenje: Med obdelavo neprekinjeno pršite tekoči dušik pri -40 stopinjah, da preprečite spremembo temperature obdelovanca za več kot 2 stopinji. To preprečuje, da bi se obdelovanec preveč razširil in povzročil variacijo dimenzij. Stopnja certificiranja tolerance tankostenskih delov se je povečala z 78 % na 95 %, potem ko je japonsko podjetje, ki izdeluje natančne dele, uporabilo to metodo.
Umerjanje z laserskim interferometrom: redno uporabljajte laserski interferometer, da preverite, kako natančno je strojno orodje postavljeno, in popravite morebitne geometrijske napake z uporabo kompenzacijskih algoritmov. Po kalibraciji se lahko na primer natančnost prostorske postavitve pet-osnega obdelovalnega centra poveča z 0,015 mm/1000 mm na 0,005 mm/1000 mm.
3. Po obdelavi delov iz kompozitnih materialov
Po obdelavi bodo kompozitni materiali (kot je plastika, ojačana z ogljikovimi vlakni) verjetno imeli napake, kot so delaminacija in robovi. Nadzor tolerance je treba opraviti z naknadno-obdelavo.
Ultrazvočno čiščenje: Čiščenje z uporabo ultrazvočnih valov pri frekvenci 40 kHz za 10 minut lahko odstrani več kot 90 % ostankov obdelave. To prepreči, da bi vdelava delcev med sestavljanjem povzročila tolerančno odstopanje.
Lasersko poliranje: uporaba nanosekundnega laserja (širina impulza 100 ns) za mikro-obdelavo robov, odvzem med 0,001 in 0,005 mm materiala in popravljanje odstopanja od ± 0,05 mm do ± 0,01 mm.
Vakuumsko vroče stiskanje: vroče stiskanje 30 minut pri 180 stopinjah in 5 MPa v vakuumu lahko odpravi koncentracijo napetosti v kompozitnem materialu in ga naredi za 40 % bolj stabilnega glede velikosti.
3, Industrijska uporaba: pogosti primeri v visoko-proizvodnem sektorju
1. Področje letalstva
Potem ko je tehnologija SLM uporabljena za izdelavo lopatic motorja letala Boeing 787 Dreamliner, se za uravnavanje toleranc uporabijo naslednji-koraki naknadne obdelave:
Za obdelavo HIP segrejte material na 1250 stopinj in 170 MPa 6 ur, da se znebite notranjih por in ohranite stopnjo krčenja velikosti pri 0,4 %.
Elektrolitsko poliranje: 5 minut uporabite elektrolit na osnovi fosfata z napetostjo 12 V, da postane površina bolj gladka, od Ra15 μm do Ra0,2 μm, in popravite tolerančno odstopanje od ± 0,03 mm do ± 0,005 mm.
Lasersko merjenje: tri{0}}koordinatni merilni stroj (CMM) se uporablja za preverjanje rezil v polni velikosti in izvede se obratno inženirstvo, da se popravi obdelovalna pot, tako da so tolerance prave.
2. V poslu izdelave avtomobilov
Toyota pri izdelavi ohišij ventilov za hibridne menjalnike uporablja naslednje metode naknadne-obdelave:
Elektrolitsko odstranjevanje robov: 2 minuti uporabite gostoto toka 10 A/cm² v elektrolitu NaCl, da se znebite robov na prečnih luknjah in zagotovite, da je hidravlični sistem zatesnjen.
Poliranje s pretokom abraziva: uporabite abraziv iz silicijevega karbida 800 mesh pri tlaku 0,3 MPa 3 minute, da bo notranja votlina manj groba, od Ra3,2 μm do Ra0,4 μm, s tolerančnim razponom manj kot ± 0,008 mm.
Spletno zaznavanje: dodajanje laserskega skenerja v linijo za obdelavo, ki spremlja velikost zaslonke v realnem času, spreminjanje parametrov obdelave na podlagi nadzora povratnih informacij in dvig stopnje prehoda tolerance na 99,2 %.
3. Področje medicinskih pripomočkov
Naslednji koraki obdelave-pomagajo podjetju Johnson&Johnson DePuy Synthes pri izdelavi acetabularnih čašic, ki so biološko združljive in natančne v smislu tolerance:
Elektrolitsko poliranje: Zmanjšajte površinsko hrapavost podlage Ti6Al4V z Ra3,2 μm na Ra0,2 μm in se znebite delcev, ki niso bili stopljeni med oblikovanjem SLM.
Oksidacija z mikrooblokom: 5 minut uporabite napetost 300 V v silikatnem elektrolitu, da naredite 20 μm debelo oksidno prevleko, ki vsebuje hidroksiapatit. Zaradi tega je trdnost vezi s kostjo 40 % močnejša in tolerančno odstopanje ohranja znotraj ± 0,005 mm.
Aseptično pakiranje: deli so sterilizirani z etilen oksidom, da se zagotovi, da izpolnjujejo standarde ISO 13485, preden se sestavijo. To preprečuje, da bi kontaminacija spremenila velikost delov.