Bagaimana untuk mencapai-toleransi ketepatan tinggi melalui pemprosesan-post?

一, Prinsip teknikal: Mekanisme pembetulan toleransi yang berfungsi dengan medan fizikal yang berbeza untuk bekerjasama.
Teknologi pemprosesan-pasca menggunakan gabungan kesan mekanikal, kimia, termodinamik dan medan fizikal lain untuk menukar struktur mikro dan meningkatkan prestasi bahagian yang telah diproses. Terdapat tiga kumpulan utama prinsip utamanya:
Memperbaiki pengurangan tekanan mekanikal
Apabila anda memesin kepingan logam, ia akan menghasilkan tekanan sisa, yang akan menyebabkan ia berubah bentuk. Sebagai contoh, berikutan pencairan laser, ketegangan dalaman bahagian aloi titanium yang dibuat dengan cetakan 3D mungkin setinggi 200 hingga 300 MPa. Sisihan toleransi boleh melebihi 0.05 mm jika pengurangan tegasan tidak dilakukan. Dengan menggunakan getaran pada frekuensi tertentu (biasanya antara 15 dan 100 Hz), teknologi penuaan getaran menyusun semula butiran mikroskopik dan mempercepatkan kadar pelepasan tegasan kepada lebih 85%. Pengilang aeroangkasa Jerman menggunakan kaedah ini, dan kadar kelayakan untuk bahagian satelit meningkat daripada 85% kepada 95%. Julat turun naik toleransi juga dikurangkan kepada ± 0.003mm.
Pembetulan terpilih pembubaran kimia
Dengan melaraskan kadar pembubaran anodik, teknik penggilap elektrolitik menjadikan morfologi geometri mikro permukaan lebih seragam. Sebagai contoh, merawat rongga dalaman keluli tahan karat 316L dalam asid fosforik dan asid sulfurik campuran elektrolit dengan voltan 15V selama 3 minit boleh mengurangkan kekasaran permukaan daripada Ra2.5 μ m kepada Ra0.4 μ m dan menetapkan sisihan toleransi daripada ± 0.02mm kepada ± 0.005 mm. Pendekatan ini berfungsi paling baik pada struktur rongga dalam yang rumit, seperti rawatan lubang mikro penyuntik bahan api kereta, yang boleh menyingkirkan sisa burr daripada pemesinan dan memastikan suntikan bahan api adalah sekata.
Pembetulan peralihan fasa termodinamik
Teknik rawatan haba mengubah struktur kristal bahan dengan menguruskan lengkung pemanasan dan penyejukan, yang membetulkan toleransi dimensi. Sebagai contoh, rawatan terma T6 (penuaan 540 darjah larutan + 175 darjah) boleh mengurangkan pekali pengembangan linear bahagian aloi aluminium sebanyak 12% dan meningkatkan kestabilan dimensinya sebanyak 30%. Prosedur ini digunakan oleh pembuat enjin AS untuk merawat cakera turbin. Ia memotong julat turun naik toleransi daripada ± 0.03mm kepada ± 0.01mm dan memanjangkan hayat keletihan kepada 2.5 kali ganda daripada asal.
2, Pelaksanaan proses: jawapan tepat untuk setiap situasi
1. Memproses barangan logam yang dicetak 3D
Teknologi percetakan 3D logam seperti SLM dan EBM mungkin membuat struktur yang rumit, tetapi kekasaran permukaan biasanya Ra10-20 μm, dan terdapat masalah seperti serbuk tidak bercantum. Untuk mengawal toleransi selepas pemprosesan, anda perlu melakukan tiga perkara:
Untuk mengeluarkan struktur sokongan, gunakan pemotongan pancutan air atau pemesinan nyahcas elektrik (EDM). Ini akan menghalang bentuk daripada berubah kerana pengapit mekanikal. Sebagai contoh, GE Aviation menggunakan EDM untuk menanggalkan sokongan dengan tepat dan mengekalkan ralat toleransi dalam ± 0.008mm apabila membuat muncung bahan api untuk enjin LEAP.
Rawatan untuk ketumpatan permukaan: Penekanan isostatik panas (HIP) digunakan pada bahan berliang. Selepas 4 jam rawatan pada 1200 darjah dan 150 MPa, keliangan boleh dikurangkan daripada 5% kepada 0.1%, dan kadar pengecutan dimensi boleh disimpan pada 0.3% hingga 0.5%, yang memastikan ketepatan dalam toleransi.
Penggilapan ketepatan: Dengan menggunakan teknologi penggilap aliran kasar, kekasaran rongga dalam boleh dikurangkan daripada Ra12 μ m kepada Ra0.8 μ m dengan merawatnya dengan pelelas silikon karbida pada tekanan 0.5MPa selama 10 minit. Turun naik toleransi mesti kekal di bawah ± 0.005mm.
2. Selepas memproses komponen mesin CNC
Walaupun pemesinan CNC boleh menjadi sangat tepat, perkara seperti haus alat dan herotan haba masih boleh menyebabkan ralat toleransi. Pemprosesan-pasca mesti disepadukan dengan teknologi seterusnya:
Pampasan alat pintar: Penderia mengawasi variasi diameter alat dalam masa nyata dan menyesuaikan laluan pemotongan secara automatik. Sebagai contoh, sistem Fanuc CNC boleh menetapkan nilai koordinat secara automatik apabila alat itu haus sebanyak 0.03mm, memastikan toleransi apertur kekal pada ± 0.005mm.
Rawatan penyejukan suhu-rendah: Semasa pemprosesan, sembur nitrogen cecair pada -40 darjah secara berterusan untuk mengekalkan suhu bahan kerja daripada berubah lebih daripada 2 darjah . Ini menghalang bahan kerja daripada mengembang terlalu banyak dan menyebabkan variasi dimensi. Kadar pensijilan toleransi bahagian berdinding nipis meningkat daripada 78% kepada 95% selepas syarikat Jepun yang membuat bahagian ketepatan menggunakan kaedah ini.
Penentukuran dengan interferometer laser: Gunakan interferometer laser secara berkala untuk menyemak sejauh mana ketepatan alat mesin diletakkan dan membetulkan sebarang kerosakan geometri menggunakan algoritma pampasan. Selepas penentukuran, contohnya, ketepatan peletakan spatial pusat pemesinan lima-paksi mungkin berubah daripada 0.015mm/1000mm kepada 0.005mm/1000mm.
3. Selepas rawatan bahagian bahan komposit
Selepas pemprosesan, bahan komposit (plastik seperti itu diperkukuh dengan gentian karbon) berkemungkinan mempunyai kerosakan seperti penembusan dan burr. Kawalan toleransi mesti dilakukan melalui-pemprosesan.
Pembersihan ultrasonik: Pembersihan menggunakan gelombang ultrasonik pada frekuensi 40 kHz selama 10 minit boleh menyingkirkan lebih daripada 90% sisa pemprosesan. Ini menghentikan pembenaman zarah semasa pemasangan daripada menyebabkan sisihan toleransi.
Penggilapan laser: Menggunakan laser nanosaat (lebar nadi 100ns) untuk mikro-memproses tepi, melepaskan antara 0.001 dan 0.005mm bahan dan menetapkan variasi toleransi daripada ± 0.05mm hingga ± 0.01mm.
Rawatan tekanan panas vakum: Penekanan panas selama 30 minit pada 180 darjah dan 5 MPa dalam vakum boleh menghilangkan kepekatan tegasan dalam bahan komposit dan menjadikannya 40% lebih stabil dari segi saiz.
3, Aplikasi industri: contoh biasa dalam-sektor pembuatan mewah
1. Bidang aeroangkasa
Selepas teknologi SLM digunakan untuk membuat bilah enjin Boeing 787 Dreamliner,{1}}langkah pemprosesan siaran berikut digunakan untuk mengawal toleransi:
Untuk rawatan HIP, panaskan bahan kepada 1250 darjah dan 170 MPa selama 6 jam untuk menghilangkan liang dalaman dan mengekalkan kadar pengecutan saiz pada 0.4%.
Penggilapan elektrolitik: Gunakan elektrolit berasaskan fosfat-dengan voltan 12V selama 5 minit untuk menjadikan permukaan lebih licin, daripada Ra15 μm kepada Ra0.2 μm dan betulkan sisihan toleransi daripada ± 0.03mm kepada ± 0.005mm.
Pengukuran laser: Tiga-mesin pengukur koordinat (CMM) digunakan untuk memeriksa bilah dalam saiz penuh dan kejuruteraan terbalik dilakukan untuk membetulkan laluan pemesinan supaya toleransi adalah betul.
2. Dalam perniagaan membuat kereta
Dalam pembuatan badan injap penghantaran hibrid, Toyota menggunakan kaedah pemprosesan-pasca berikut:
Deburring elektrolitik: Gunakan ketumpatan arus 10A/cm² dalam elektrolit NaCl selama 2 minit untuk menyingkirkan burr pada lubang silang dan pastikan sistem hidraulik dimeteraikan.
Penggilapan aliran melelas: Gunakan pelelas silikon karbida 800 mesh pada tekanan 0.3MPa selama 3 minit untuk menjadikan rongga dalam kurang kasar, dari Ra3.2 μ m ke Ra0.4 μ m, dengan julat toleransi kurang daripada ± 0.008mm.
Pengesanan dalam talian: Menambah pengimbas laser pada baris pemprosesan untuk memerhatikan saiz apertur dalam masa nyata, menukar parameter pemprosesan berdasarkan kawalan maklum balas dan meningkatkan kadar lulus toleransi kepada 99.2%.
3. Bidang alat perubatan
Langkah pemprosesan-siaran berikut membantu Johnson&Johnson DePuy Synthes membuat cawan acetabular yang kedua-dua bioserasi dan tepat dari segi toleransi:
Penggilapan elektrolitik: Kurangkan kekasaran permukaan substrat Ti6Al4V daripada Ra3.2 μm kepada Ra0.2 μm dan singkirkan zarah yang tidak bercantum semasa pengacuan SLM.
Pengoksidaan arka mikro: Gunakan voltan 300V dalam elektrolit silikat selama 5 minit untuk membuat salutan oksida setebal 20 μm yang mengandungi hidroksiapatit. Ini menjadikan kekuatan ikatan tulang 40% lebih kuat dan mengekalkan sisihan toleransi dalam ± 0.005mm.
Pembungkusan aseptik: Bahagian disterilkan dengan etilena oksida untuk memastikan ia memenuhi piawaian ISO 13485 sebelum ia disatukan. Ini menghalang pencemaran daripada mengubah saiz bahagian.