Vil post-behandling skade den interne struktur?

一, Teknisk princip: Hovedproblemet med efter-behandling af maskinbearbejdning
Hovedformålet med efter-behandling er at forbedre overfladekvaliteten, dimensionsnøjagtigheden eller de mekaniske kvaliteter af dele ved at skære, polere, varmebehandle og andre metoder. De forarbejdede genstande er normalt dele, der blev fremstillet ved procedurer som additiv fremstilling (AM), støbning eller smedning. Den interne struktur af disse dele kan indeholde følgende funktioner:
Mikroskopiske fejl, såsom porøsitet, mangel på en fusionszone (LOF) i dele fremstillet ved hjælp af additiv fremstilling, eller krympende porøsitet og revner i støbte dele.
Restspænding er spænding, der opbygges inde i et objekt på grund af en ændring i temperatur eller fase. Dette kan få objektet til at bøje eller splintre, efter at det er blevet behandlet.
Gradientmaterialer og ikke-ensartet kornstruktur er eksempler på ujævn organisering, der kan ændre, hvordan materialer fjernes under behandlingen.
Indgreb i efter-behandling kan ændre disse interne strukturer ved mekaniske tryk, termiske påvirkninger eller kemiske reaktioner, hvilket resulterer i ydeevneforringelse eller øget risiko for fejl.
2, Effekten og casestudiet af typiske procedurer
1. Mekanisk skæring: give slip på stress og aktivere defekter
Når et værktøj og en del kommer i direkte kontakt under mekanisk skæring (såsom fræsning og drejning), fjernes materiale. Dette kan forårsage følgende ændringer i delens interne struktur:
Omfordeling af restspænding: Skærekræfter kan påvirke delens overfladespændingstilstand og potentielt forårsage, at der dannes interne mikrorevner. Et flyselskab observerede for eksempel, at restspændingen af ​​titanlegeringsvinger fremstillet ved additiv fremstilling gik fra -150 MPa til +80MPa efter fræsning. Dette reducerede deres træthedslevetid med 30 %.
Defektudbredelse: Skærevibrationer kan forårsage, at små huller eller områder med ufuldstændig sammensmeltning inde i materialet vokser til store sprækker. Undersøgelser viser, at porøsiteten af ​​aluminiumlegeringskomponenter fremstillet ved hjælp af laserpulverbedsmeltning (LPBF) efter-grov fræsning eskalerer fra 0,5 % til 1,2 %, mens brudsejheden falder med 25 %.
Svar:
Brug ultra-præcisionsbearbejdning (som enkelt-diamantdrejning) for at sænke skærekraften. Udfør varmebehandling (som afspændingsudglødning) før skæring for at udligne indre belastning. Optimer værktøjsbanen for at holde dig væk fra steder, hvor vibrationer har tendens til at opbygge sig.
2. Varmebehandling: ændringer i dimensionernes organisering og stabilitet
Ændring af materialers fasetilstand gennem varmebehandling (såsom bratkøling, temperering og varm isostatisk presning) kan forbedre ydeevnen, men det kan også forårsage:
Deformation produceret ved fasetransformation: Den volumenforøgelse, der sker under martensitisk transformation, kan få stykkerne til at ændre form. Efter karburering og bratkøling steg tandprofilfejlen for et specifikt køretøjsgear for eksempel fra ± 0,02 mm til ± 0,05 mm.
Termisk induceret porøsitet (TIP): Efter varm isostatisk presning (HIP) kan inaktive gasporer vokse igen i dele, der er fremstillet ved hjælp af additiver. Undersøgelser viser, at efter-HIP, hvis udglødningsvarigheden af ​​Ti-6Al-4V-legering overstiger 4 timer, kan porøsiteten stige med 0,3 %.
Svar:
Brug af graderet quenching eller isotermisk quenching for at holde øje med faseændringens tempo;
For at stoppe TIP skal du finjustere-HIP-procesparametrene (såsom temperatur, tryk og tid).
Stress udledes gennem processen med "grov bearbejdning → varmebehandling → præcisionsbearbejdning," som kombinerer varmebehandling og bearbejdning.
3. Forstærkning af overfladen: resterende trykspænding og træthedsydelse
teknikker, der forstærker overflader, såsom shot-peening og rulning, tilføjer resterende trykspænding, hvilket øger træthedslevetiden. Disse teknikker kan dog også forårsage:
Beskadigelse af overfladen: For meget granulering kan forårsage mikrorevner eller kornforfining af overfladen. For eksempel gik overfladeruheden af ​​en specifik flymotoraksel fra Ra1,6 μm til Ra0,4 μm efter shot peening, mens dybden af ​​træthedsbrudkilden steg med 0,1 mm.
Stressgradientubalance: Når det resterende trykspændingslag og matrixspændingen ikke passer sammen, kan det forårsage delaminering. Undersøgelser viser, at komponenter af aluminiumslegering, der udsættes for laserchok-peening (LSP), er modtagelige for mikrorevner ved grænsefladen, når den resterende trykspændingsdybde overstiger 0,5 mm.
Svar:
Styr intensiteten af ​​shot peening (for eksempel ved at måle dækningen af ​​et Almen-prøvestykke); bruge sammensatte forstærkningsprocedurer (f.eks. shot peening og rolling) til at afbalancere stressgradienter; og brug numerisk simulering til at finde de bedste procesparametre.
3, Risikostyring: fra design af proceduren til at holde øje med den online
Industrien er nødt til at oprette et grundigt proceskontrolsystem for at begrænse den skade, som efter-behandlingen gør på den interne struktur.
Under procesdesignfasen skal du vælge en blanding af efter-behandlingsprocesser, der passer til delenes materiale-, struktur- og ydeevnebehov. For eksempel er HIP+elektrolytisk polering bedre end direkte mekanisk polering for genstande fremstillet med additiv fremstilling.
Brug finite element analyse (FEA) til at finde ud af, hvordan stress vil sprede sig, og hvordan tingene vil ændre form, når de bliver bearbejdet. Et bestemt firma brugte simulering til at forbedre fræseindstillinger, som skærer bearbejdningsdeformationen af ​​titanlegeringsdele fra 0,15 mm til 0,03 mm.
Udførelsesstadie for behandling:
Brug af smarte overvågningsværktøjer som akustisk emission og skærekraftsensorer til at give-realtidsinput om, hvordan bearbejdningen forløber. For eksempel opfandt en bestemt maskinfabrikant det "adaptive skæresystem", som kan ændre tilspændingshastigheden i farten for at undgå for meget vibration.
Brug lukket-sløjfekontrol, og skift procesparametre afhængigt af data fra onlinedetektion. Hvis et flyfirma anvender et laserinterferometer til at måle, hvor ru en overflade er og derefter automatisk justerer trykket af poleringen.
Stadium af kvalitetsinspektion:
Brug ikke-destruktive testmetoder (NDT) såsom røntgencomputertomografi og ultralydstestning for at finde problemer inde i objektet. Undersøgelser viser, at industriel CT kan finde porer, der er 0,02 mm brede med 98 % nøjagtighed.
Opsæt en kæde af behandling af testdata, og brug maskinlæring til at gætte, hvor længe en del vil vare. For eksempel kan en given virksomhed bruge tidligere data til at træne en model, der kan forudse sandsynligheden for geartræthedsfejl seks måneder i forvejen.