Ali bo površinska obdelava vplivala na tolerance delov?

1. Povezava med različnimi vrstami površinske obdelave in njihovimi učinki na toleranco
Obstajajo štiri glavne vrste postopkov površinske obdelave: površinska modifikacija, površinsko zlitje, površinski pretvorbeni premaz in površinski premaz. Obseg vpliva različnih procesov na tolerance se precej razlikuje.
Tehnologija spreminjanja površine
Peskanje na primer naredi površino bolj hrapavo, saj jo udarja-z delci peska z visoko hitrostjo, vendar lahko del zmanjša za 0,01–0,03 mm. Valjanje utrdi površino s spremembo njene oblike, zaradi česar se lahko premer delov gredi poveča za 0,005–0,015 mm. Ojačitev z lasersko fazno transformacijo nima skoraj nobenega vpliva na velikost, ker je njeno toplotno{7}}območje tako majhno.
Tehnologija površinskega legiranja
Naogljičenje in nitriranje tvorita plasti zlitin z difuzijo. S tekočim nitriranjem bo os širša za 0,01 mm, odprtina pa za 0,01 mm ožja, zato morate med obdelavo pustiti 0,01 mm prostora na eni strani. Po drugi strani pa lahko ionsko nitriranje ohranja spremembo velikosti v območju ± 0,002 mm brez uporabe tekoče faze.
Tehnologija površinskega pretvorbenega premaza
Fosfatiranje ustvari fosfatni film na površini jekla, ki je običajno debel od 2 do 10 μm in ima majhen učinek na tolerance. Po drugi strani pa eloksiranje (kot trdo eloksiranje aluminijevih zlitin) ustvari oksidni film, ki je debel od 30 do 50 μm, zaradi česar so deli večji v eno smer. Da bi to nadomestili, je treba uporabiti strategijo "nižja razlika manjša".
Tehnologija za pokrivanje površin
Debelina galvanskega sloja neposredno vpliva na toleranco. Na primer, če je dolžina vijaka manjša ali enaka petkratnemu premeru, mora biti največja debelina nanosa 8 μm. Če ni, je potreben ne-nestandardni pregled merilnika ustavljanja. Debelina vroče-pocinkane plasti je 30–80 μm, kar bo močno spremenilo premer koraka pritrdilnih elementov. Da zagotovite, da se prilegajo, je treba spremeniti-mere predhodne obloge.
2. Mali mehanizem spremembe tolerance in industrijski podatki
Obstajajo trije glavni fizikalni in kemični procesi, ki vplivajo na tolerance pri obdelavi površine:
Sprememba prostornine in faze materiala
Ko je jeklo počrnelo, ustvari plast Fe∝₄ oksida, zaradi katere se prostornina poveča za 1,3-krat, kar povzroči izbokline na površini. Ko je aluminijeva zlitina anodizirana, da nastane Al ₂ O ∝, se prostornina skrči za približno 15 %, kar lahko povzroči mikrorazpoke.
Anizotropija pri nanašanju prevlek
Med postopkom galvanizacije lahko neenakomerna gostota toka povzroči različne debeline prevleke. Na primer, galvanizirana prevleka na notranjih navojih je običajno 30 % do 50 % tanjša od zunanje površine. Za zagotovitev, da ustreza, je potreben standard "vzdrževanje območja tolerance notranjega navoja 6H".
Sprostitev preostale napetosti med mehansko obdelavo
Peskanje povzroči tlačno silo na površini, zaradi česar se deli ob ponovni uporabi lezejo. Glede na poskuse lahko peskane komponente gredi iz jekla 45# povečajo premer za 0,008 mm, potem ko so bile 24 ur pri 100 stopinjah.
Podatki iz industrije:
Določeno letalsko podjetje pravi, da je stopnja variacije velikosti nekompenziranih delov iz nerjavečega jekla 316L po električnem poliranju 12 %. Z odmikom 0,02 mm se je stopnja kvalifikacije povečala na 98 %.
Avtomobilski sektor ima stroga pravila o toleranci pocinkanih vijakov. Pri vijakih M12 mora biti debelina prevleke med 8 in 2 μm, sicer se bo koeficient navora spremenil za več kot 15 %.
3. Pogosti problemi in njihove rešitve v panogi
Na področju letalstva
Pri izdelavi šob za gorivo za motorje LEAP GE Aviation uporablja metodo SLM (Selective Laser Melting) in obdelavo HIP (Hot Isostatic Pressure). Z optimizacijo strategije skeniranja (spiralno skeniranje) in debeline plasti (30 μm) se površinska hrapavost ohranja znotraj Ra12 μm. Obdelava HIP odstrani pore (od 0,8 % do 0,02 %), kar poveča življenjsko dobo proti utrujenosti za trikrat in izpolnjuje stroge zahteve glede tolerance letalskih standardov.
Področje medicinskih pripomočkov
Johnson&Johnson Medical je ustvaril kompozitni postopek, imenovan "vakuumsko žarjenje + kemično poliranje" za 3D-natisnjene vsadke kolčnega sklepa. Ta postopek odpravi preostale napetosti z uporabo vakuumskega žarjenja, nato pa uporabi polirno raztopino-na osnovi citronske kisline, da zgladi površino od Ra50 μm do Ra0,8 μm, pri čemer ostane biokompatibilna. Ta metoda daje implantatu več kot 20 let življenjske dobe, kar je več, kot je potrebno na kliniki.
Področje izdelave avtomobilov
Volkswagen izdeluje bloke cilindrov motorja z metodo, imenovano "fosfatiranje+elektroforeza". Hrapavost notranje stene cilindra je šla od Ra3,2 μm do Ra0,4 μm s spremembo debeline fosfatiranega filma (2–3 μm) in filma za elektroforetično prevleko (20–25 μm). To je tudi znižalo koeficient trenja za 30 % in povečalo porabo goriva za 2 %.
4. Nova tehnologija in strategije za nadzor tolerance
Zasnova povratne kompenzacije
Z ustvarjanjem baze podatkov o spremembah v velikosti procesov površinske obdelave se med fazo modeliranja CAD rezervirajo dodatki. Na primer, eno podjetje je izdelalo "tolerančni pred-kompenzacijski modul" za tehnologijo galvanizacije. Ta modul lahko samodejno spremeni velikost modela glede na debelino prevleke, kar dvigne stopnjo prvega prehoda na 95 %.
Detection and closed-loop control over the internet
S tehnologijo 3D skeniranja lahko po obdelavi površine v realnem času vidite spremembe velikosti. Siemensova tehnologija "digital twin" lahko na primer izvede virtualno preverjanje sestave na pocinkanih delih, kar zmanjša možnost tolerančnega odstopanja za 70 %.
Nov način obdelave površin
Plazemska elektrolitska oksidacija (PEO) naredi keramični film na površini aluminijeve zlitine. Debelino filma je mogoče kontrolirati med 5 in 200 μm, natančnost dimenzij pa je ± 1 μm. Uporabljali so ga v strukturnih delih vesoljskih plovil.
Tehnologija hladnega pršenja: Ta metoda uporablja-hitre udarce trdnih delcev za nanašanje premazov. Območje toplotnega vpliva je manjše od 50 μm, zaradi česar je dobro za pritrjevanje in ojačitev natančnih delov.