Vil overfladebehandling påvirke deltolerancerne?

1. Sammenhængen mellem forskellige typer overfladebehandling og deres indvirkning på tolerancen
Der er fire hovedtyper af overfladebehandlingsprocesser: overflademodifikation, overfladelegering, overfladekonverteringsbelægning og overfladebelægning. Omfanget af forskellige processers indvirkning på tolerancer varierer betydeligt.
Teknologi til at ændre overfladen
Sandblæsning gør f.eks. overfladen mere ru ved at ramme den med sandpartikler med høj-hastighed, men den kan gøre delen mindre med 0,01-0,03 mm. Rulning hærder overfladen ved at ændre dens form, hvilket kan gøre diameteren af ​​akseldelene større med 0,005-0,015 mm. Laserfasetransformationsforstærkning har næsten ingen effekt på størrelsen, fordi dens varme-påvirkede zone er så lille.
Teknologi til overfladelegering
Karburering og nitrering gør legeringslag ved diffusion. Flydende nitrering vil gøre skaftet 0,01 mm bredere og åbningen 0,01 mm smallere, så du skal efterlade et mellemrum på 0,01 mm på den ene side under behandlingen. Ionisk nitridering kan på den anden side holde størrelsesændringen inden for ± 0,002 mm uden at bruge en flydende fase.
Teknologi til overfladekonverteringscoating
Fosfatbehandling skaber en fosfatfilm på overfladen af ​​stål, der normalt er 2 til 10 μm tyk og har en lille effekt på tolerancerne. På den anden side skaber anodisering (som hård anodisering af aluminiumslegeringer) en oxidfilm, der er 30 til 50 μm tyk, hvilket gør delene større i én retning. For at kompensere for dette skal strategien "lavere forskel mindre" bruges.
Teknologi til afdækning af overflader
Tykkelsen af ​​galvaniseringslaget har en direkte effekt på tolerancen. For eksempel, hvis skruelængden er mindre end eller lig med fem gange diameteren, bør den maksimale belægningstykkelse holdes på 8 μm. Hvis den ikke er det, er der behov for en ikke--standard stopmålerinspektion. Tykkelsen af ​​det varmgalvaniserede-lag er 30-80 μm, hvilket vil ændre stigningsdiameteren på fastgørelseselementer meget. For at sikre, at de passer, skal for-belægningsdimensionerne ændres.
2. Den lille mekanisme med toleranceændringer og industridata
Der er tre primære fysiske og kemiske processer, der påvirker tolerancerne, når du behandler overfladen:
Ændring i volumen og fase af materialet
Når stål bliver sværtet, danner det et Fe∝₄-oxidlag, der får volumenet til at udvide sig med 1,3 gange, hvilket forårsager overfladefremspring. Når aluminiumslegering anodiseres til Al ₂ O ∝, krymper volumen med omkring 15 %, hvilket kan forårsage mikrorevner.
Anisotropi i aflejring af belægninger
Under galvaniseringsprocessen kan ujævn strømtæthed forårsage, at belægningen har forskellige tykkelser. For eksempel er galvaniseringsbelægningen på indvendige gevind normalt 30% til 50% tyndere end den ydre overflade. For at sikre, at den passer, er standarden "vedligeholdelse af indvendig gevindtolerancezone 6H" nødvendig.
Frigivelse af restspænding under mekanisk bearbejdning
Sandblæsningsbehandling sætter trykkraft på overfladen, som får delene til at krybe, når de bruges igen. Ifølge eksperimenter kan sandblæste 45# stålakselkomponenter udvide sig i diameter med 0,008 mm efter at være blevet holdt ved 100 grader i 24 timer.
Data fra branchen:
Et specifikt flyfirma siger, at størrelsesvariationen for ukompenserede 316L rustfrit ståldele efter elektrisk polering er 12 %. Ved at efterlade et spillerum på 0,02 mm er kvalifikationsprocenten steget til 98 %.
Bilsektoren har strenge regler for, hvor stor tolerance galvaniserede bolte må have. For M12 bolte skal belægningstykkelsen holdes mellem 8 og 2 μm, ellers ændres momentkoefficienten med mere end 15 %.
3. Almindelige problemer og deres løsninger i industrien
Inden for rumfart
Ved fremstilling af brændstofdyser til LEAP-motorer bruger GE Aviation SLM-metoden (Selective Laser Melting) og HIP-behandlingen (Hot Isostatic Pressure). Ved at optimere scanningsstrategien (spiralscanning) og lagtykkelsen (30 μm), holdes overfladeruheden inden for Ra12 μm. HIP-behandling fjerner porer (fra 0,8% til 0,02%), hvilket forlænger træthedslevetiden med tre gange og opfylder de strenge tolerancekrav i luftfartsstandarder.
Område for medicinsk udstyr
Johnson&Johnson Medical har skabt en sammensat proces kaldet "vakuumglødning+kemisk polering" til 3D-printede hofteledsimplantater. Denne proces fjerner reststress ved at bruge vakuumglødning, og derefter bruger den en citronsyrebaseret-poleringsopløsning til at glatte overfladen fra Ra50 μm til Ra0,8 μm, mens den holder den biokompatibel. Denne metode giver implantatet en træthedslevetid på mere end 20 år, hvilket er mere end hvad der er behov for i klinikken.
Området med at lave biler
Volkswagen laver motorcylinderblokke ved hjælp af en metode kaldet "fosfatering+elektroforese." Ruheden af ​​cylinderens indvendige væg gik fra Ra3,2 μm til Ra0,4 μm ved at ændre tykkelsen af ​​fosfateringsfilmen (2-3 μm) og den elektroforetiske belægningsfilm (20-25 μm). Dette sænkede også friktionskoefficienten med 30 % og øgede brændstoføkonomien med 2 %.
4. Ny teknologi og strategier til kontrol af tolerance
Design af omvendt kompensation
Ved at lave en database over ændringer i størrelsen af ​​overfladebehandlingsprocesser afsættes kvoter under CAD-modelleringsfasen. For eksempel har en virksomhed produceret et "tolerancepræ-kompensationsmodul" for galvaniseringsteknologi. Dette modul kan automatisk ændre modelstørrelsen baseret på tykkelsen af ​​belægningen, hvilket hæver den første gennemløbsrate til 95%.
Registrering og kontrol med lukket-sløjfe over internettet
Ved hjælp af 3D-scanningsteknologi kan du se ændringer i størrelse i realtid efter overfladebehandling. Siemens' "digital twin"-teknologi kan for eksempel udføre virtuel monteringsverifikation på galvaniserede dele, hvilket reducerer chancen for toleranceafvigelse med 70%.
Ny metode til behandling af overflader
Plasma elektrolytisk oxidation (PEO) danner en keramisk film på overfladen af ​​aluminiumslegering. Tykkelsen af ​​filmen kan styres mellem 5 og 200 μm, og nøjagtigheden af ​​dimensionerne er ± 1 μm. Det er blevet brugt i de strukturelle dele af rumfartøjer.
Koldsprøjteteknologi: Denne metode bruger-højhastighedspåvirkninger af faste partikler til at afsætte belægninger. Den varmepåvirkede zone er mindre end 50 μm, hvilket gør den god til at fastgøre og forstærke præcise dele.