Kuinka saavuttaa korkea-tarkkuustoleranssi-jälkikäsittelyn avulla?

一, Tekninen periaate: Toleranssin korjausmekanismi, joka toimii eri fyysisten kenttien kanssa yhdessä.
Jälkikäsittelytekniikka käyttää mekaanisten, kemiallisten, termodynaamisten ja muiden fyysisten kenttien yhteisvaikutuksia muuttaakseen mikrorakennetta ja parantaakseen käsiteltyjen osien suorituskykyä. Sen pääperiaatteissa on kolme pääryhmää:
Mekaanisen rasituksen lievennys
Kun koneistat metallikappaleita, ne aiheuttavat jäännösjännitystä, mikä saa ne muuttamaan muotoaan. Esimerkiksi lasersulatuksen jälkeen 3D-tulostuksella valmistettujen titaaniseososien sisäinen jännitys voi olla jopa 200-300 MPa. Toleranssipoikkeama voi olla yli 0,05 mm, jos jännitystä ei vähennetä. Käyttämällä tärinää tietyllä taajuudella (tyypillisesti välillä 15 - 100 Hz) värähtelyvanhentamistekniikka järjestää mikroskooppiset rakeet uudelleen ja nopeuttaa jännityksen vapautumisnopeutta yli 85 %:iin. Saksalainen ilmailualan valmistaja käytti tätä menetelmää, ja satelliittien osien kelpoisuusaste nousi 85 prosentista 95 prosenttiin. Myös toleranssin vaihteluväliä leikattiin ± 0,003 mm:iin.
Kemiallisen liukenemisen valikoiva korjaus
Säätämällä anodista liukenemisnopeutta elektrolyyttinen kiillotustekniikka tekee pinnan mikrogeometrisesta morfologiasta tasaisemman. Esimerkiksi 316 litran ruostumattoman teräksen sisäontelon käsitteleminen fosforihapon ja rikkihapon sekoitettussa elektrolyytissä, jonka jännite on 15 V 3 minuutin ajan, voi alentaa pinnan karheutta Ra2,5 μm:stä Ra0,4 μm:iin ja kiinnittää toleranssipoikkeaman arvoon ± 0,0,0 mm ± 0,0,0 mm. Tämä lähestymistapa toimii parhaiten monimutkaisissa sisäontelorakenteissa, kuten auton polttoaineen ruiskutussuuttimien mikroreikäkäsittelyssä, jolla voidaan päästä eroon koneistukseen jääneistä purseista ja varmistaa, että polttoaineen ruiskutus on tasaista.
Termodynaamisten faasimuutosten korjaus
Lämpökäsittelytekniikka muuttaa materiaalin kiderakennetta hallitsemalla lämmitys- ja jäähdytyskäyrää, mikä korjaa mittatoleransseja. Esimerkiksi T6-lämpökäsittely (540 asteen liuos + 175-asteinen vanhentaminen) voi pienentää alumiiniseososien lineaarista laajenemiskerrointa 12 % ja parantaa niiden mittapysyvyyttä 30 %. Tätä menetelmää käyttää yhdysvaltalainen moottorinvalmistaja turbiinien levyjen käsittelyyn. Se leikkaa toleranssin vaihtelualueen ± 0,03 mm:stä ± 0,01 mm:iin ja pidentää väsymisikää 2,5 kertaa alkuperäiseen verrattuna.
2, Prosessin toteutus: tarkat vastaukset jokaiseen tilanteeseen
1. 3D-tulostettujen metalliesineiden käsittely
Metalliset 3D-tulostustekniikat, kuten SLM ja EBM, voivat tehdä monimutkaisia ​​rakenteita, mutta pinnan karheus on normaalisti Ra10-20 μm ja ongelmia, kuten sulamaton jauhe. Toleranssien säätämiseksi käsittelyn jälkeen sinun on tehtävä kolme asiaa:
Irrota tukirakenne käyttämällä vesisuihkuleikkausta tai sähköpurkauskoneistusta (EDM). Tämä estää muodon muuttumisen mekaanisen puristuksen vuoksi. Esimerkiksi GE Aviation käyttää EDM:ää poistamaan tarkasti tuet ja pitämään toleranssivirheet ± 0,008 mm:n sisällä tehdessään polttoainesuuttimia LEAP-moottoreille.
Pintatiivistyskäsittely: Huokoisissa materiaaleissa käytetään kuumaisostaattista puristusta (HIP). 4 tunnin käsittelyn jälkeen 1200 asteessa ja 150 MPa:ssa huokoisuutta voidaan vähentää 5 %:sta 0,1 %:iin ja mittakutistumisnopeus voidaan pitää 0,3 % - 0,5 %:ssa, mikä varmistaa toleranssien tarkkuuden.
Tarkkuuskiillotus: Käyttämällä hiomavirtauskiillotustekniikkaa sisäontelon karheutta voidaan vähentää Ra12 μm:stä Ra0,8 μm:iin käsittelemällä sitä piikarbidihioma-aineella 0,5 MPa:n paineessa 10 minuutin ajan. Toleranssivaihtelun tulee pysyä alle ± 0,005 mm.
2. CNC-koneistettujen komponenttien käsittelyn jälkeen
Vaikka CNC-työstö voi olla erittäin tarkkaa, työkalujen kuluminen ja lämpövääristymät voivat silti aiheuttaa toleranssivirheitä. Jälkikäsittely-on integroitava seuraaviin teknologioihin:
Älykäs työkalun kompensointi: Anturit seuraavat työkalun halkaisijan vaihteluita reaaliajassa ja mukauttavat automaattisesti leikkausreitit. Esimerkiksi Fanuc CNC -järjestelmä voi automaattisesti korjata koordinaattiarvot, kun työkalu kuluu 0,03 mm ja varmistaa, että aukon toleranssi pysyy ± 0,005 mm:ssä.
Matalan-lämpötilan jäähdytyskäsittely: Suihkuta käsittelyn aikana nestemäistä typpeä -40 asteessa jatkuvasti, jotta työkappaleen lämpötila ei muutu yli 2 astetta. Tämä estää työkappaletta laajenemasta liikaa ja aiheuttamasta mittavaihteluita. Ohutseinäisten osien toleranssisertifiointiaste nousi 78 prosentista 95 prosenttiin, kun japanilainen tarkkuusosia valmistava yritys käytti tätä menetelmää.
Kalibrointi laserinterferometrillä: Käytä laserinterferometriä säännöllisesti tarkistaaksesi, kuinka tarkasti työstökone on sijoitettu, ja korjaa geometriset viat kompensointialgoritmeilla. Kalibroinnin jälkeen esimerkiksi viiden-akselisen työstökeskuksen avaruudellisen sijoittelun tarkkuus voi vaihdella välillä 0,015 mm/1000 mm – 0,005 mm/1000 mm.
3. Komposiittimateriaaliosien käsittelyn jälkeen
Käsittelyn jälkeen komposiittimateriaaleissa (kuten hiilikuidulla vahvistetut muovit) on todennäköisesti virheitä, kuten delaminaatiota ja purseet. Toleranssin valvonta on suoritettava jälkikäsittelyllä-.
Ultraäänipuhdistus: Puhdistus ultraääniaaloilla taajuudella 40 kHz 10 minuutin ajan voi päästä eroon yli 90 prosentista käsittelyjäännöksistä. Tämä estää hiukkasten uppoamisen asennuksen aikana aiheuttamasta toleranssipoikkeamia.
Laserkiillotus: Mikro-reunojen käsittely nanosekunnin laserilla (pulssin leveys 100 ns), 0,001–0,005 mm materiaalin poisto ja toleranssin vaihtelun kiinnittäminen ± 0,05 mm:stä ± 0,01 mm:iin.
Tyhjiökuumapuristuskäsittely: Kuumapuristus 30 minuuttia 180 asteessa ja 5 MPa tyhjiössä voi päästä eroon jännityskeskittymästä komposiittimateriaalissa ja tehdä siitä 40 % vakaamman koon suhteen.
3, Teollisuussovellus: yleisiä esimerkkejä-huippuluokan valmistussektorilta
1. Ilmailuala
Kun SLM-tekniikkaa on käytetty Boeing 787 Dreamlinerin moottorin siipien valmistukseen, toleransseja säädellään seuraavilla-jälkikäsittelyvaiheilla:
HIP-käsittelyä varten lämmitä materiaalia 1250 asteeseen ja 170 MPa:iin 6 tunnin ajan päästäksesi eroon sisähuokosista ja pitämään koon kutistumisaste 0,4 %:ssa.
Elektrolyyttinen kiillotus: Käytä fosfaatti-pohjaista elektrolyyttiä 12 V:n jännitteellä 5 minuutin ajan tehdäksesi pinnasta tasaisemman Ra15 μm:stä Ra0,2 μm:iin, ja korjaa toleranssipoikkeama ± 0,03 mm:stä ± 0,005 mm:iin.
Lasermittaus: Kolmen{0}}koordinaatin mittauskoneella (CMM) tarkistetaan terät täysikokoisina, ja käänteinen suunnittelu suoritetaan koneistusreitin korjaamiseksi niin, että toleranssit ovat oikeat.
2. Autojen valmistuksessa
Toyota käyttää hybridivaihteistoventtiilirunkojen valmistuksessa seuraavia jälkikäsittelymenetelmiä:
Elektrolyyttinen purseenpoisto: Käytä virrantiheyttä 10A/cm² NaCl-elektrolyytissä 2 minuutin ajan päästäksesi eroon poikkireikien purseista ja varmistamaan, että hydraulijärjestelmä on tiivis.
Hiomavirtauskiillotus: Käytä 800 meshin piikarbidihioma-ainetta 0,3 MPa:n paineella 3 minuutin ajan tehdäksesi sisäontelosta vähemmän karkeaa, Ra3,2 μm:stä Ra0,4 μm:iin, toleranssialueella alle ± 0,008 mm.
Online-tunnistus: Laserskannerin lisääminen prosessointilinjaan, jotta aukon kokoa voidaan seurata reaaliajassa, prosessointiparametreja muutetaan takaisinkytkennän ohjauksen perusteella ja toleranssin läpäisynopeuden nostaminen 99,2 prosenttiin.
3. Lääketieteellisten laitteiden ala
Seuraavat{0}}jälkikäsittelyvaiheet auttavat Johnson&Johnson DePuy Synthesia valmistamaan asetabulomaisia ​​kuppeja, jotka ovat sekä biologisesti yhteensopivia että tarkkoja sietokyvyn suhteen:
Elektrolyyttinen kiillotus: Vähennä Ti6Al4V-substraatin pinnan karheutta Ra3,2 μm:stä Ra0,2 μm:iin ja päästä eroon hiukkasista, jotka eivät sulaneet SLM-muovauksen aikana.
Mikrokaarihapetus: Käytä 300 V jännitettä silikaattielektrolyytissä 5 minuutin ajan tehdäksesi 20 μm paksuisen oksidipinnoitteen, joka sisältää hydroksiapatiittia. Tämä tekee luun sidoslujuudesta 40 % vahvemman ja pitää toleranssipoikkeaman ± 0,005 mm:n sisällä.
Aseptinen pakkaus: Osat steriloidaan etyleenioksidilla sen varmistamiseksi, että ne täyttävät ISO 13485 -standardit ennen niiden kokoamista. Tämä estää saastumisen muuttamasta osien kokoa.