Hoće li naknadna-obrada oštetiti unutarnju strukturu?

一, Tehničko načelo: Glavni problem kod strojne obrade naknadne-obrade
Glavna svrha naknadne-obrade je poboljšati kvalitetu površine, točnost dimenzija ili mehaničku kvalitetu dijelova rezanjem, poliranjem, toplinskom obradom i drugim metodama. Obrađeni predmeti obično su dijelovi koji su izrađeni postupcima kao što su aditivna proizvodnja (AM), lijevanje ili kovanje. Unutarnja struktura ovih dijelova može sadržavati sljedeće značajke:
Mikroskopski nedostaci, kao što je poroznost, nedostatak zone fuzije (LOF) u dijelovima izrađenim korištenjem aditivne proizvodnje ili smanjena poroznost i pukotine u lijevanim dijelovima.
Zaostalo naprezanje je napetost koja se nakuplja unutar objekta uslijed promjene temperature ili faze. To može uzrokovati savijanje ili pucanje predmeta nakon obrade.
Gradijentni materijali i ne{0}}ujednačena zrnasta struktura primjeri su neravnomjerne organizacije koja može promijeniti način na koji se materijali uklanjaju tijekom obrade.
Intervencije u post{0}}obradi mogu modificirati ove unutarnje strukture mehaničkim pritiscima, toplinskim udarima ili kemijskim reakcijama, što rezultira degradacijom performansi ili povećanim rizikom kvara.
2, Učinak i studija slučaja tipičnih postupaka
1. Mehaničko rezanje: otpuštanje stresa i aktiviranje nedostataka
Kada alat i dio dođu u izravan kontakt tijekom mehaničkog rezanja (kao što je glodanje i tokarenje), materijal se uklanja. To može proizvesti sljedeće promjene u unutarnjoj strukturi dijela:
Preraspodjela zaostalog naprezanja: Sile rezanja mogu utjecati na stanje površinskog naprezanja dijela i potencijalno uzrokovati stvaranje unutarnjih mikropukotina. Jedna zrakoplovna tvrtka, na primjer, primijetila je da je zaostalo naprezanje lopatica od legure titana napravljenih aditivnom proizvodnjom išlo od -150MPa do +80MPa nakon mljevenja. To im je skratilo vijek trajanja za 30%.
Širenje kvara: Vibracije rezanja mogu uzrokovati prerastanje malih rupa ili područja nepotpune fuzije unutar materijala u velike pukotine. Studije pokazuju da nakon grubog mljevenja poroznost komponenata aluminijskih legura proizvedenih korištenjem laserskog taljenja praha (LPBF) raste s 0,5% na 1,2%, dok se žilavost loma smanjuje za 25%.
Odgovor:
Upotrijebite ultra-preciznu obradu (poput dijamantnog tokarenja s jednom-točkom) da smanjite silu rezanja. Provedite toplinsku obradu (kao što je žarenje za ublažavanje naprezanja) prije rezanja kako biste izjednačili unutarnje naprezanje. Optimizirajte putanju alata kako biste se držali podalje od mjesta gdje se vibracije obično nakupljaju.
2. Toplinska obrada: promjene u organizaciji i stabilnosti dimenzija
Promjena faznog stanja materijala toplinskom obradom (kao što je kaljenje, kaljenje i vruće izostatičko prešanje) može poboljšati performanse, ali također može uzrokovati:
Deformacija nastala faznom transformacijom: Povećanje volumena koje se događa tijekom martenzitne transformacije može uzrokovati promjenu oblika komada. Nakon naugljičavanja i kaljenja, pogreška profila zuba određenog zupčanika vozila, na primjer, porasla je s ± 0,02 mm na ± 0,05 mm.
Toplinski inducirana poroznost (TIP): Nakon vrućeg izostatičkog prešanja (HIP), pore inertnog plina mogu ponovno narasti u dijelovima koji su napravljeni pomoću aditiva. Studije pokazuju da nakon -HIP-a, ako trajanje žarenja legure Ti-6Al-4V prelazi 4 sata, poroznost može porasti za 0,3%.
Odgovor:
Korištenje stupnjevanog kaljenja ili izotermnog kaljenja kako bi se pratio tempo fazne promjene;
Da zaustavite TIP, fino-namjestite parametre HIP procesa (kao što su temperatura, tlak i vrijeme).
Naprezanje se oslobađa kroz proces "grube strojne obrade → toplinske obrade → precizne strojne obrade", koji kombinira toplinsku obradu i strojnu obradu.
3. Ojačanje površine: zaostalo tlačno naprezanje i učinak zamora
tehnike koje ojačavaju površine, kao što su sačmarenje i valjanje, dodaju zaostalo tlačno naprezanje, što povećava vijek trajanja od zamora. Međutim, ove tehnike također mogu uzrokovati:
Oštećenje površine: Previše sačmarenja može uzrokovati mikropukotine ili usitnjavanje površine. Na primjer, nakon sačmarenja, hrapavost površine određene osovine motora zrakoplova porasla je s Ra1,6 μm na Ra0,4 μm, dok je dubina izvora loma uslijed zamora porasla za 0,1 mm.
Neuravnoteženost gradijenta naprezanja: Kada se preostali sloj tlačnog naprezanja i naprezanje matrice ne poklapaju, to može uzrokovati raslojavanje. Studije pokazuju da su komponente od aluminijske legure podvrgnute laserskom struganju (LSP) osjetljive na mikropukotine na međusklopu kada dubina zaostalog tlačnog naprezanja prijeđe 0,5 mm.
Odgovor:
Kontrolirajte intenzitet sačmarenja (na primjer, mjerenjem pokrivenosti Almenovog ispitnog uzorka); koristiti kompozitne postupke ojačanja (na primjer, sačmarenje i valjanje) za uravnoteženje gradijenata naprezanja; i koristiti numeričku simulaciju za pronalaženje najboljih parametara procesa.
3, Upravljanje rizikom: od dizajniranja postupka do praćenja na internetu
Industrija treba postaviti temeljit sustav kontrole procesa kako bi se ograničila šteta koju post{0}}obrada čini unutarnjoj strukturi.
Tijekom faze projektiranja procesa odaberite mješavinu naknadnih-procesa obrade koji odgovaraju potrebama materijala, strukture i performansi dijelova. Na primjer, HIP+elektrolitičko poliranje je bolje od izravnog mehaničkog poliranja za predmete izrađene aditivnom proizvodnjom.
Upotrijebite analizu konačnih elemenata (FEA) da shvatite kako će se naprezanje širiti i kako će stvari promijeniti oblik kada se strojno obrađuju. Određena tvrtka koristila je simulaciju za poboljšanje postavki glodanja, što je smanjilo strojnu deformaciju dijelova od legure titana s 0,15 mm na 0,03 mm.
Faza izvršenja za obradu:
Upotreba pametnih alata za praćenje kao što su akustična emisija i senzori sile rezanja za davanje-inputa u stvarnom vremenu o tome kako strojna obrada teče. Na primjer, određeni proizvođač alatnih strojeva izumio je "adaptivni sustav rezanja", koji može promijeniti brzinu posmaka u hodu kako bi se izbjegle prevelike vibracije.
Upotrijebite upravljanje zatvorenom{0}}petljom i promijenite parametre procesa ovisno o podacima online detekcije. Ako zrakoplovna tvrtka koristi laserski interferometar za mjerenje hrapavosti površine i zatim automatski prilagođava pritisak poliranja.
Faza provjere kvalitete:
Upotrijebite metode ne-destruktivnog ispitivanja (NDT) kao što su rendgenska kompjutorizirana tomografija i ultrazvučno ispitivanje kako biste pronašli probleme unutar objekta. Studije otkrivaju da industrijski CT može pronaći pore široke 0,02 mm s točnošću od 98%.
Postavite lanac obrade podataka testiranja i upotrijebite strojno učenje da pogodite koliko će dio trajati. Na primjer, određeno poduzeće može koristiti prošle podatke za treniranje modela koji može predvidjeti vjerojatnost kvara zbog zamora zupčanika šest mjeseci unaprijed.