Hvordan opnår man høj-præcisionstolerance gennem efter-behandling?

一, Teknisk princip: En tolerancekorrektionsmekanisme, der arbejder sammen med forskellige fysiske felter.
Efter-behandlingsteknologi bruger de kombinerede virkninger af mekaniske, kemiske, termodynamiske og andre fysiske felter til at ændre mikrostrukturen og forbedre ydeevnen af ​​dele, der er blevet behandlet. Der er tre hovedgrupper af dets nøgleprincipper:
Fastgøring af mekanisk spændingsaflastning
Når du bearbejder metalstykker, vil de skabe restspænding, som får dem til at ændre form. For eksempel efter lasersmeltning kan den indre spænding af titanlegeringsdele fremstillet med 3D-print være så høj som 200 til 300 MPa. Toleranceafvigelsen kan være mere end 0,05 mm, hvis spændingsreduktion ikke udføres. Ved at anvende vibrationer ved en bestemt frekvens (typisk mellem 15 og 100 Hz), omarrangerer vibrationsaldringsteknologi de mikroskopiske korn og fremskynder spændingsfrigivelseshastigheden til over 85 %. En tysk rumfartsproducent brugte denne metode, og kvalifikationsgraden for satellitdele gik fra 85 % til 95 %. Toleranceudsvingsområdet blev også skåret ned til ± 0,003 mm.
Selektiv korrektion af kemisk opløsning
Ved at justere hastigheden af ​​anodisk opløsning gør elektrolytisk poleringsteknik overfladens mikrogeometriske morfologi mere ensartet. For eksempel kan behandling af det indre hulrum af 316L rustfrit stål i en fosforsyre- og svovlsyreblandet elektrolyt med en spænding på 15V i 3 minutter sænke overfladeruheden fra Ra2,5 μm til Ra0,4 μm og fiksere toleranceafvigelsen fra ± 0,02 mm til ± 0,02 mm. Denne tilgang fungerer bedst på komplicerede indre hulrumsstrukturer, såsom mikrohulsbehandlingen af ​​bilbrændstofinjektorer, som kan slippe af med rester af grater fra bearbejdning og sikre, at brændstofindsprøjtningen er jævn.
Korrektion af termodynamiske faseovergange
Varmebehandlingsteknikken ændrer materialets krystalstruktur ved at styre varme- og kølekurven, som fastsætter dimensionstolerancer. For eksempel kan T6 termisk behandling (540 graders opløsning + 175 graders ældning) reducere koefficienten for lineær udvidelse af aluminiumslegeringsdele med 12 % og forbedre deres dimensionsstabilitet med 30 %. Denne procedure bruges af en amerikansk motorproducent til at behandle turbineskiver. Det skærer toleranceudsvingsområdet fra ± 0,03 mm til ± 0,01 mm og forlænger træthedslevetiden til 2,5 gange originalen.
2, Procesimplementering: nøjagtige svar for hver situation
1. Bearbejdning af metalgenstande, der blev 3D printet
Metal 3D-printteknologier som SLM og EBM kan lave komplicerede strukturer, men overfladeruheden er normalt Ra10-20 μm, og der er problemer som usmeltet pulver. For at regulere tolerancer efter behandling skal du gøre tre ting:
For at fjerne støttestrukturen skal du bruge vandstråleskæring eller elektrisk afladningsbearbejdning (EDM). Dette vil forhindre formen i at ændre sig på grund af mekanisk fastspænding. For eksempel anvender GE Aviation EDM til præcist at fjerne understøtninger og holde tolerancefejl inden for ± 0,008 mm, når der fremstilles brændstofdyser til LEAP-motorer.
Behandling for overfladefortætning: Varmisostatisk presning (HIP) anvendes på porøse materialer. Efter 4 timers behandling ved 1200 grader og 150 MPa kan porøsiteten reduceres fra 5 % til 0,1 %, og hastigheden af ​​dimensionskrympning kan holdes på 0,3 % til 0,5 %, hvilket sikrer nøjagtighed i tolerancer.
Præcisionspolering: Ved at bruge slibende flow-poleringsteknologi kan ruheden af ​​det indre hulrum reduceres fra Ra12 μm til Ra0,8 μm ved at behandle det med siliciumcarbidslibemiddel ved et tryk på 0,5MPa i 10 minutter. Toleranceudsvinget skal forblive under ± 0,005 mm.
2. Efter behandling af CNC-bearbejdede komponenter
Selvom CNC-bearbejdning kan være meget præcis, kan ting som værktøjsslid og termisk forvrængning stadig forårsage tolerancefejl. Efter-behandling skal integreres med de efterfølgende teknologier:
Intelligent værktøjskompensation: Sensorer holder øje med variationer i værktøjsdiameter i realtid og tilpasser automatisk skæreruterne. For eksempel kan Fanuc CNC-systemet automatisk fiksere koordinatværdierne, når værktøjet slides med 0,03 mm, og sørge for, at blændetolerancen forbliver på ± 0,005 mm.
Kølebehandling ved lav-temperatur: Under behandlingen sprøjtes flydende nitrogen ved -40 grader kontinuerligt for at forhindre, at emnets temperatur ændres med mere end 2 grader. Dette forhindrer arbejdsemnet i at udvide sig for meget og forårsage dimensionsvariationer. Tolerancecertificeringsraten for tyndvæggede dele steg fra 78 % til 95 %, efter at et japansk firma, der fremstiller præcisionsdele, brugte denne metode.
Kalibrering med et laserinterferometer: Brug regelmæssigt et laserinterferometer til at kontrollere, hvor nøjagtigt værktøjsmaskinen er placeret, og rette eventuelle geometriske fejl ved hjælp af kompensationsalgoritmer. Efter kalibrering kan nøjagtigheden af ​​den rumlige placering af et bearbejdningscenter med fem-akser for eksempel gå fra 0,015 mm/1000 mm til 0,005 mm/1000 mm.
3. Efter behandling af kompositmaterialedele
Efter forarbejdning vil kompositmaterialer (sådan plastik forstærket med kulfiber) sandsynligvis have fejl som delaminering og grater. Tolerancekontrol skal udføres ved efter-behandling.
Ultralydsrensning: Rengøring ved hjælp af ultralydsbølger ved en frekvens på 40 kHz i 10 minutter kan fjerne mere end 90 % af forarbejdningsrester. Dette forhindrer partikelindlejring under samlingen i at forårsage toleranceafvigelse.
Laserpolering: Brug af en nanosekundlaser (pulsbredde 100 ns) til at mikro-behandle kanterne, fjerne mellem 0,001 og 0,005 mm materiale og fiksere tolerancevariationen fra ± 0,05 mm til ± 0,01 mm.
Vakuum varmpresningsbehandling: Varmpresning i 30 minutter ved 180 grader og 5 MPa i vakuum kan slippe af med spændingskoncentrationen i kompositmaterialet og gøre det 40% mere stabilt størrelsesmæssigt.
3, Industrianvendelse: almindelige eksempler i den avancerede-fremstillingssektor
1. Rumfartsområdet
Efter at SLM-teknologien er brugt til at fremstille motorbladene på Boeing 787 Dreamliner, bruges følgende efter-behandlingstrin til at regulere tolerancerne:
Til HIP-behandling opvarmes materialet til 1250 grader og 170 MPa i 6 timer for at slippe af med indre porer og holde størrelseskrympningshastigheden på 0,4%.
Elektrolytisk polering: Brug en fosfatbaseret-elektrolyt med 12V spænding i 5 minutter for at gøre overfladen glattere, gå fra Ra15 μm til Ra0,2 μm, og fikser toleranceafvigelsen fra ± 0,03 mm til ± 0,005 mm.
Lasermåling: En tre-koordinatmålemaskine (CMM) bruges til at kontrollere blade i fuld størrelse, og der udføres reverse engineering for at fastlægge bearbejdningsruten, så tolerancerne er rigtige.
2. I branchen med at lave biler
Ved fremstillingen af ​​hybridtransmissionsventilhuse bruger Toyota følgende efter-behandlingsmetoder:
Elektrolytisk afgratning: Brug en strømtæthed på 10A/cm² i NaCl-elektrolyt i 2 minutter for at fjerne grater ved krydshullerne og sikre, at hydrauliksystemet er tætnet.
Slibende strømningspolering: Brug 800 mesh siliciumcarbidslibemiddel ved et tryk på 0,3 MPa i 3 minutter for at gøre det indre hulrum mindre ru, fra Ra3,2 μm til Ra0,4 μm, med et toleranceområde på mindre end ± 0,008 mm.
Online detektion: Tilføjelse af en laserscanner til behandlingslinjen for at holde øje med blændestørrelsen i realtid, ændring af behandlingsparametre baseret på feedbackkontrol og hæve tolerancegennemgangsraten til 99,2 %.
3. Område for medicinsk udstyr
Følgende efter-behandlingstrin hjælper Johnson&Johnson DePuy Synthes med at fremstille hoftebægre, der både er biokompatible og nøjagtige med hensyn til tolerance:
Elektrolytisk polering: Sænk overfladeruheden af ​​Ti6Al4V-substratet fra Ra3,2 μm til Ra0,2 μm og slip af med de partikler, der ikke blev smeltet sammen under SLM-støbning.
Mikrobueoxidation: Brug en 300V spænding i en silikatelektrolyt i 5 minutter for at lave en 20 μm tyk oxidbelægning, der indeholder hydroxyapatit. Dette gør knoglebindingsstyrken 40 % stærkere og holder toleranceafvigelsen inden for ± 0,005 mm.
Aseptisk emballage: Dele steriliseres med ethylenoxid for at sikre, at de opfylder ISO 13485-standarderne, før de sættes sammen. Dette forhindrer forurening i at ændre størrelsen på delene.