Poškodí následné{0}}zpracování vnitřní strukturu?

一, Technický princip: Hlavní problém při následném{0}}strojovém zpracování
Hlavním účelem následného{0}}zpracování je zlepšit kvalitu povrchu, rozměrovou přesnost nebo mechanické vlastnosti dílů řezáním, leštěním, tepelným zpracováním a dalšími metodami. Zpracované předměty jsou obvykle díly, které byly vyrobeny postupy jako aditivní výroba (AM), odlévání nebo kování. Vnitřní struktura těchto částí může obsahovat následující vlastnosti:
Mikroskopické vady, jako je pórovitost, chybějící zóna fúze (LOF) v dílech vyrobených pomocí aditivní výroby nebo zmenšující se pórovitost a praskliny v litých dílech.
Zbytkové napětí je napětí, které vzniká uvnitř předmětu v důsledku změny teploty nebo fáze. To může způsobit, že se objekt po zpracování ohne nebo rozbije.
Přechodové materiály a nejednotná struktura zrna jsou příklady nerovnoměrného uspořádání, které může změnit způsob odstraňování materiálů během zpracování.
Zásahy do post{0}}zpracování mohou tyto vnitřní struktury pozměnit mechanickými tlaky, tepelnými vlivy nebo chemickými reakcemi, což může mít za následek snížení výkonu nebo zvýšené riziko selhání.
2, Efekt a případová studie typických postupů
1. Mechanické řezání: uvolnění napětí a aktivace defektů
Když se nástroj a součást při mechanickém řezání (jako je frézování a soustružení) dostanou do přímého kontaktu, dojde k odebrání materiálu. To může způsobit následující změny ve vnitřní struktuře součásti:
Redistribuce zbytkového napětí: Řezné síly mohou ovlivnit stav povrchového napětí součásti a potenciálně způsobit tvorbu vnitřních mikrotrhlin. Jedna letecká společnost například zjistila, že zbytkové napětí čepelí z titanové slitiny vyrobených aditivní výrobou se po frézování změnilo z -150 MPa na +80 MPa. Tím se snížila jejich únavová životnost o 30 %.
Šíření defektů: Vibrace při řezání mohou způsobit, že malé díry nebo oblasti neúplného spojení uvnitř materiálu přerostou ve velké trhliny. Studie naznačují, že po-hrubém frézování se poréznost součástí z hliníkové slitiny vyrobených pomocí tavení laserového lože (LPBF) zvyšuje z 0,5 % na 1,2 %, zatímco lomová houževnatost se sníží o 25 %.
Odpověď:
Použijte ultra{0}}přesné obrábění (jako je jednobodové diamantové soustružení{1}} ke snížení řezné síly. Před řezáním proveďte tepelné zpracování (jako je žíhání pro odlehčení pnutí), aby se vyrovnalo vnitřní napětí. Optimalizujte dráhu nástroje tak, abyste se drželi mimo místa, kde mají tendenci se hromadit vibrace.
2. Tepelné zpracování: změny v organizaci a stabilitě rozměrů
Změna fázového stavu materiálů prostřednictvím tepelného zpracování (jako je kalení, temperování a izostatické lisování za tepla) může zlepšit výkon, ale může také způsobit:
Deformace způsobená fázovou transformací: Zvýšení objemu, ke kterému dochází během martenzitické transformace, může způsobit, že kusy změní tvar. Po nauhličování a kalení se například chyba profilu zubů konkrétního ozubeného kola vozidla zvýšila z ± 0,02 mm na ± 0,05 mm.
Tepelně indukovaná pórovitost (TIP): Po izostatickém lisování za horka (HIP) mohou póry inertního plynu znovu narůst v dílech, které byly vyrobeny s použitím přísad. Studie naznačují, že po-HIP, pokud doba žíhání slitiny Ti-6Al-4V překročí 4 hodiny, se pórovitost může zvýšit o 0,3 %.
Odpověď:
Použití odstupňovaného zhášení nebo izotermického zhášení pro sledování tempa změny fáze;
Chcete-li zastavit TIP, jemně-vylaďte parametry procesu HIP (jako je teplota, tlak a čas).
Napětí se uvolňuje procesem „hrubé obrábění → tepelné zpracování → přesné obrábění“, který kombinuje tepelné zpracování a obrábění.
3. Zpevnění povrchu: zbytkové tlakové napětí a únavový výkon
techniky, které zpevňují povrchy, jako je brokování a válcování, přidávají zbytkové tlakové napětí, které zvyšuje únavovou životnost. Tyto techniky však mohou také způsobit:
Poškození povrchu: Příliš velké brokování může způsobit mikrotrhliny nebo zjemnění povrchu. Například po brokování se drsnost povrchu konkrétního hřídele leteckého motoru zvýšila z Ra1,6 μm na Ra0,4 μm, zatímco hloubka zdroje únavového lomu vzrostla o 0,1 mm.
Nerovnováha gradientu napětí: Když se vrstva zbytkového tlakového napětí a napětí matrice neshodují, může to způsobit delaminaci. Studie naznačují, že součásti z hliníkové slitiny vystavené laserovému šokovému peeningu (LSP) jsou náchylné k mikrotrhlinkám na rozhraní, když hloubka zbytkového tlakového napětí přesáhne 0,5 mm.
Odpověď:
Ovládejte intenzitu otryskávání (například měřením pokrytí zkušebního vzorku Almen); používat postupy zpevňování kompozitu (například brokování a válcování) k vyrovnání gradientů napětí; a použijte numerickou simulaci k nalezení nejlepších parametrů procesu.
3, Řízení rizik: od návrhu postupu až po sledování online
Odvětví potřebuje nastavit důkladný systém řízení procesů, aby se omezily škody, které po-zpracování způsobí vnitřní struktuře.
Během fáze návrhu procesu zvolte kombinaci post{0}}procesů zpracování, která odpovídá potřebám materiálu, struktury a výkonu součástí. Například HIP+elektrolytické leštění je lepší než přímé mechanické leštění u předmětů vyrobených aditivní výrobou.
Pomocí analýzy konečných prvků (FEA) zjistěte, jak se bude napětí šířit a jak věci změní tvar, když jsou obráběny. Jistá společnost použila ke zlepšení nastavení frézování simulaci, která snížila deformaci obrábění dílů z titanové slitiny z 0,15 mm na 0,03 mm.
Fáze provedení pro zpracování:
Pomocí inteligentních monitorovacích nástrojů, jako jsou akustické emise a senzory řezné síly, můžete v reálném čase-informovat o tom, jak obrábění probíhá. Například jistý výrobce obráběcích strojů vynalezl „adaptivní řezací systém“, který může měnit rychlost posuvu za chodu, aby se zabránilo příliš velkým vibracím.
Používejte řízení s uzavřeným{0}}cyklem a měňte parametry procesu v závislosti na datech z online detekce. Pokud letecká firma používá laserový interferometr k měření drsnosti povrchu a pak automaticky upravuje tlak leštění.
Stupeň kontroly kvality:
K nalezení problémů uvnitř objektu používejte metody ne{0}}destruktivního testování (NDT), jako je rentgenová počítačová tomografie a ultrazvukové testování. Studie ukazují, že průmyslové CT dokáže najít póry široké 0,02 mm s přesností 98 %.
Nastavte řetězec zpracování testovacích dat a pomocí strojového učení odhadněte, jak dlouho díl vydrží. Daný podnik může například použít minulá data k trénování modelu, který dokáže předvídat pravděpodobnost selhání únavy převodů šest měsíců předem.