Jak docílit povrchové úpravy struktury vnitřní dutiny?

一, Technický princip: Úprava povrchu kombinovanými účinky několika fyzikálních polí
Hlavním cílem povrchové úpravy konstrukcí vnitřních dutin je zvýšení výkonu a optimalizace morfologie povrchu pomocí mechanických, chemických nebo kompozitních metod. Existují tři hlavní skupiny technických principů:
Typ mechanického odstraňování: využívá mikrořezný efekt abrazivních částic k odstranění vrstev povrchových defektů. Metoda abrazivního průtokového leštění například používá polotuhá polymerová abraziva, která tečou pod tlakem a rovnoměrně leští komplikované struktury, jako jsou křížové otvory a vnitřní dutiny, což má za následek drsnost povrchu Ra0,1 μm.
Typ chemického rozpouštění: Tento druh chemického rozpouštění využívá myšlenky elektrochemie nebo chemické koroze k selektivnímu odstranění hrbolků z povrchu. Technologie elektrolytického leštění řídí rychlost anodického rozpouštění, aby byla povrchová mikrogeometrická morfologie hladší. Vytváří také silný oxidový film, aby byl povrch odolnější vůči korozi. Úprava vnitřní dutiny nerezové oceli 316L může snížit drsnost z Ra6 μm ​​na Ra0,2 μm.
Typ kompozitní výztuže: Vytvoření funkčně odstupňovaného povrchu pomocí fyzikální depozice a chemické modifikace. Například technologie PVD (Physical Vapour Deposition) vkládá TiN povlak do dutiny formy. Tento povlak je tvrdý až 2200 HV a je třikrát odolnější vůči opotřebení. Technologie infiltrace vzácných zemin přidává během nitridačního procesu prvky jako Ce a La, aby byla infiltrační vrstva o 40 % hlubší, což výrazně zlepšuje odolnost proti únavě.
2, Implementace procesu: přesné odpovědi pro každou situaci
1. Leštění vnitřní dutiny hlubokých otvorů: inovativní použití technologie abrazivního toku
Tradiční postupy leštění nefungují dobře na strukturách s hlubokými otvory, jako je vnitřní dutina lopatek leteckých motorů a vstřikovačů automobilového paliva, protože je těžké se k nim dostat a nefungují příliš dobře. Technologie toku abraziva dosahuje pokroku díky použití následujících nových nápadů:
Střední optimalizace: Používá se polotuhá abrazivní směs částic karbidu křemíku a polymerních nosičů, aby bylo zajištěno, že může řezat a nepoškrábat povrch.
Návrh kanálu: Použitím výpočetní dynamiky tekutin (CFD) k simulaci a vylepšení kanálu nástrojů můžeme zajistit, že rychlost proudění abraziva v 0,3 mm mikropórech je z více než 95 % rovnoměrná.
Kontrola parametrů: Například při ošetřování vnitřní dutiny určitého typu turbínových lopatek lze po třech cyklech (vždy 5 minut) snížit drsnost z Ra3,2 μm na Ra0,4 μm. Tlak je 0,5 MPa a průtok je 15 mm/s.
2. Pro komplexní odstraňování otřepů z dutin použijte elektrochemický a mechanický kompozitní přístup.
Při odstraňování otřepů ze struktur s příčnými otvory, jako jsou tělesa převodových ventilů a bloky hydraulických ventilů, musíte najít kompromis mezi rychlostí a kvalitou. Jedna společnost přišla s procesem „elektrochemické odstraňování otřepů + abrazivní leštění“:
Elektrochemický stupeň: Jako elektrolyt se používá 10% roztok NaCl a pulzní napájecí zdroj s frekvencí 10 kHz a pracovním cyklem 30 % se používá k odstranění 90 % otřepů při proudové hustotě 0,5 A/cm². Proces netrvá déle než 2 minuty.
Fáze toku brusných částic používá brusivo z karbidu křemíku 800 mesh k leštění po dobu 2 minut při tlaku 0,3 MPa. Tím se odstraní elektrochemické zbytky a zanechá kvalita povrchu Ra0,2 μm.
3. Zajištění odolnosti vnitřku dutiny proti korozi: pomocí technologie elektrolytického leštění a povrchové úpravy
Vnitřek implantátů zdravotnických prostředků, včetně protetických kloubů, musí být biokompatibilní a odolný vůči korozi. Jedna společnost používá proces „elektrolytické leštění + povlak DLC (diamantový-jako uhlík)“:
Elektrolytické leštění: Použitím napětí 15V a proudu 20A po dobu 5 minut ve směsném elektrolytu kyseliny fosforečné a kyseliny sírové se drsnost povrchu Ti6Al4V sníží z Ra1,6 μm na Ra0,08 μm a vytvoří se 100nm silný oxidový povlak.
Povlak DLC: Povlak DLC o tloušťce 2 μm se nanáší technikou magnetronového naprašování. Tvrdost se blíží 20 GPa, koeficient tření se sníží na 0,05 a odolnost proti korozi se v simulovaném prostředí tělních tekutin zvýší 10krát.
3, Využití v podnikání: běžné příklady v-výrobním sektoru vyšší třídy
1. Oblast letectví
Technologie selektivního laserového tavení (SLM) používá GE Aviation k výrobě palivových trysek pro motory LEAP. Po vyrobení je vnitřní průtokový kanál vyleštěn abrazivním proudem, aby byl povrch hladší (od Ra12 μm do Ra0,8 μm), rovnoměrnější proudění paliva (o 8 %) a motor byl palivově -účinnější (o 1,5 %).
2. V oboru výroby automobilů
Společnost Bosch přišla s novým způsobem čištění a leštění dutiny vysokotlakého olejového čerpadla systému Common Rail-. Využívá jak ultrazvukové čištění, tak elektrolytické leštění.
Ultrazvukové čištění: Chcete-li se zbavit zbytků řezné kapaliny z obrábění, čistěte po dobu 10 minut při frekvenci 40 kHz a výkonu 100 W.
Elektrolytické leštění: Použijte fosfátový -elektrolyt a napětí 12 V po dobu 3 minut, aby byla dutina z nerezové oceli 316L méně drsná (z Ra2,5 μm na Ra0,4 μm) a prodloužila se doba, po kterou vydrží korozi v solné mlze (z 500 hodin na 2000 hodin).
3. Oblast zdravotnických prostředků
Johnson&Johnson DePuy Synthes vyrábí acetabulární kalíšky metodou „elektrolytické leštění+mikrooblouková oxidace“.
Elektrolytické leštění: Snižte drsnost povrchu substrátu Ti6Al4V z Ra3,2 μm na Ra0,2 μm a zbavte se nestavených částic, které vznikly při lisování SLM.
Mikrooblouková oxidace: 20 μm silný oxidový povlak s hydroxyapatitem je vyroben v silikátovém elektrolytu aplikací 300 V po dobu 5 minut. Míra přežití implantátu je 99,2 % a pevnost kostní vazby je zvýšena o 40 %.