Jak dosáhnout vysoké-tolerance přesnosti prostřednictvím následného{1}}zpracování?

一, Technický princip: Mechanismus korekce tolerance, který spolupracuje s různými fyzikálními poli.
Technologie následného zpracování využívá kombinované vlivy mechanických, chemických, termodynamických a dalších fyzikálních polí ke změně mikrostruktury a zlepšení výkonu zpracovaných dílů. Existují tři hlavní skupiny jeho klíčových principů:
Fixační zmírnění mechanického namáhání
Když obrábíte kovové kusy, vytvoří zbytkové napětí, které způsobí, že změní tvar. Například po tavení laserem může být vnitřní napětí dílů z titanové slitiny vyrobených pomocí 3D tisku až 200 až 300 MPa. Toleranční odchylka může být větší než 0,05 mm, pokud se neprovede snížení napětí. Aplikací vibrací při určité frekvenci (typicky mezi 15 a 100 Hz) technologie vibračního stárnutí přeskupí mikroskopická zrna a urychlí míru uvolnění napětí na více než 85 %. Německý výrobce leteckého průmyslu použil tuto metodu a míra kvalifikace pro části družice se zvýšila z 85 % na 95 %. Rozsah kolísání tolerance byl také snížen na ± 0,003 mm.
Selektivní korekce chemického rozpouštění
Úpravou rychlosti anodického rozpouštění činí technika elektrolytického leštění mikrogeometrickou morfologii povrchu jednotnější. Například ošetření vnitřní dutiny nerezové oceli 316L v elektrolytu smíšeném s kyselinou fosforečnou a kyselinou sírovou s napětím 15 V po dobu 3 minut může snížit drsnost povrchu z Ra2,5 μm na Ra0,4 μm a opravit odchylku tolerance od ± 0,02 mm do ± 0,005 mm. Tento přístup funguje nejlépe na komplikovaných strukturách vnitřních dutin, jako je úprava mikrootvorů vstřikovačů paliva pro automobily, které mohou odstranit zbytky otřepů z obrábění a zajistit rovnoměrné vstřikování paliva.
Korekce termodynamických fázových přechodů
Technika tepelného zpracování mění krystalickou strukturu materiálu řízením křivky ohřevu a ochlazování, která fixuje rozměrové tolerance. Například tepelné zpracování T6 (540 stupňů stárnutí v roztoku + 175 stupňů) může snížit koeficient lineární roztažnosti dílů z hliníkové slitiny o 12 % a zvýšit jejich rozměrovou stabilitu o 30 %. Tento postup používá americký výrobce motorů k ošetření kotoučů turbín. Omezuje toleranční rozsah kolísání od ± 0,03 mm do ± 0,01 mm a prodlužuje únavovou životnost na 2,5násobek původní hodnoty.
2, Implementace procesu: přesné odpovědi pro každou situaci
1. Zpracování kovových předmětů, které byly vytištěny 3D
Kovové technologie 3D tisku jako SLM a EBM mohou vytvářet složité struktury, ale drsnost povrchu je normálně Ra10-20 μm a existují problémy jako netavený prášek. Chcete-li regulovat tolerance po zpracování, musíte udělat tři věci:
K odstranění nosné konstrukce použijte řezání vodním paprskem nebo elektroerozivní obrábění (EDM). To zabrání změně tvaru v důsledku mechanického upnutí. Například GE Aviation využívá EDM k přesnému odstranění podpěr a udržení chyb tolerance v rozmezí ± 0,008 mm při výrobě palivových trysek pro motory LEAP.
Úprava pro zhuštění povrchu: U porézních materiálů se používá izostatické lisování za tepla (HIP). Po 4 hodinách ošetření při 1200 stupních a 150 MPa může být pórovitost snížena z 5 % na 0,1 % a míra rozměrového smrštění může být udržována na 0,3 % až 0,5 %, což zajišťuje přesnost v tolerancích.
Přesné leštění: Pomocí technologie abrazivního průtokového leštění lze drsnost vnitřní dutiny snížit z Ra12 μm na Ra0,8 μm ošetřením brusivem z karbidu křemíku při tlaku 0,5 MPa po dobu 10 minut. Kolísání tolerance musí zůstat pod ± 0,005 mm.
2. Po zpracování CNC obráběných součástí
Přestože CNC obrábění může být velmi přesné, věci jako opotřebení nástroje a tepelné zkreslení mohou stále způsobovat chyby tolerance. Následné-zpracování musí být integrováno s následujícími technologiemi:
Inteligentní kompenzace nástroje: Senzory sledují změny průměru nástroje v reálném čase a automaticky přizpůsobují řezné trasy. Například CNC systém Fanuc dokáže automaticky opravit hodnoty souřadnic, když se nástroj opotřebuje o 0,03 mm, čímž se zajistí, že tolerance otvoru zůstane na ± 0,005 mm.
Ošetření nízkoteplotním{0}}chlazením: Během zpracování stříkejte kapalný dusík při -40 stupních nepřetržitě, aby se teplota obrobku nezměnila o více než 2 stupně . To zabraňuje tomu, aby se obrobek příliš roztahoval a nezpůsoboval rozměrové odchylky. Míra certifikace tolerance u tenkostěnných dílů vzrostla ze 78 % na 95 % poté, co japonská společnost vyrábějící přesné díly použila tuto metodu.
Kalibrace pomocí laserového interferometru: Pravidelně používejte laserový interferometr ke kontrole, jak přesně je obráběcí stroj umístěn, a opravte případné geometrické chyby pomocí kompenzačních algoritmů. Po kalibraci se například přesnost prostorového umístění pěti-obráběcího centra může pohybovat od 0,015 mm/1000 mm do 0,005 mm/1000 mm.
3. Po úpravě dílů z kompozitního materiálu
Kompozitní materiály (jako plasty vyztužené uhlíkovými vlákny) budou mít po zpracování pravděpodobně chyby, jako je delaminace a otřepy. Kontrola tolerance musí být provedena následným-zpracováním.
Ultrazvukové čištění: Čištěním pomocí ultrazvukových vln o frekvenci 40 kHz po dobu 10 minut se můžete zbavit více než 90 % zbytků zpracování. Tím se zabrání tomu, aby vkládání částic během montáže způsobovalo odchylku tolerance.
Laserové leštění: Pomocí nanosekundového laseru (šířka pulsu 100 ns) mikro-zpracujte okraje, odeberte 0,001 až 0,005 mm materiálu a zafixujte odchylku od ± 0,05 mm do ± 0,01 mm.
Ošetření vakuovým lisováním za tepla: Lisování za horka po dobu 30 minut při 180 stupních a 5 MPa ve vakuu může odstranit koncentraci napětí v kompozitním materiálu a učinit jej o 40 % stabilnější, pokud jde o velikost.
3, Průmyslová aplikace: běžné příklady ve špičkovém{1}}výrobním sektoru
1. Oblast letectví
Poté, co je technologie SLM použita k výrobě lopatek motoru Boeingu 787 Dreamliner, jsou k regulaci tolerancí použity následující kroky po-zpracování:
Pro ošetření HIP zahřejte materiál na 1250 stupňů a 170 MPa po dobu 6 hodin, abyste se zbavili vnitřních pórů a udrželi míru smrštění na 0,4 %.
Elektrolytické leštění: Použijte fosfátový- elektrolyt s napětím 12 V po dobu 5 minut, aby byl povrch hladší, od Ra15 μm do Ra0,2 μm, a opravte odchylku tolerance od ± 0,03 mm do ± 0,005 mm.
Laserové měření: Ke kontrole lopatek v plné velikosti se používá tří{0}}souřadnicový měřicí stroj (CMM) a pomocí zpětného inženýrství se trasa obrábění fixuje tak, aby byly správné tolerance.
2. V oboru výroby automobilů
Při výrobě těles ventilů hybridních převodovek používá Toyota následující post{0}}zpracování:
Elektrolytické odstraňování otřepů: Použijte proudovou hustotu 10A/cm² v elektrolytu NaCl po dobu 2 minut, abyste se zbavili otřepů v příčných otvorech a ujistěte se, že hydraulický systém je utěsněn.
Brusné leštění průtokem: Použijte brusivo z karbidu křemíku 800 mesh při tlaku 0,3 MPa po dobu 3 minut, aby byla vnitřní dutina méně drsná, od Ra3,2 μm do Ra0,4 μm, s tolerančním rozsahem menším než ± 0,008 mm.
Online detekce: Přidání laserového skeneru do procesní linky pro sledování velikosti otvoru v reálném čase, změna parametrů zpracování na základě zpětnovazebního řízení a zvýšení toleranční rychlosti na 99,2 %.
3. Oblast zdravotnických prostředků
Následující kroky po{0}}zpracování pomáhají společnosti Johnson&Johnson DePuy Synthes vyrábět acetabulární kalíšky, které jsou biokompatibilní a přesné z hlediska tolerance:
Elektrolytické leštění: Snižte drsnost povrchu substrátu Ti6Al4V z Ra3,2 μm na Ra0,2 μm a zbavte se částic, které se nestavily během lisování SLM.
Mikrooblouková oxidace: Použijte 300V napětí v silikátovém elektrolytu po dobu 5 minut k vytvoření 20 μm silného oxidového povlaku, který obsahuje hydroxyapatit. Díky tomu je pevnost vazby kosti o 40 % silnější a odchylka tolerance se udržuje v rozmezí ± 0,005 mm.
Aseptické balení: Díly jsou sterilizovány etylenoxidem, aby bylo zajištěno, že splňují normy ISO 13485, než se spojí dohromady. To zabraňuje kontaminaci měnit velikost dílů.