Hoe bereik ik een hoge-precisietolerantie via na-nabewerking?

一, Technisch principe: een tolerantiecorrectiemechanisme dat werkt met verschillende fysieke velden om samen te werken.
Na{0}}verwerkingstechnologie maakt gebruik van de gecombineerde impact van mechanische, chemische, thermodynamische en andere fysieke velden om de microstructuur te veranderen en de prestaties van onderdelen die zijn verwerkt te verbeteren. Er zijn drie hoofdgroepen van de belangrijkste principes:
Bevestiging van mechanische spanningsverlichting
Wanneer u metalen stukken bewerkt, zullen er restspanningen ontstaan, waardoor ze van vorm zullen veranderen. Na het lasersmelten kan de interne spanning van onderdelen van titaniumlegeringen die met 3D-printen zijn gemaakt bijvoorbeeld oplopen tot 200 tot 300 MPa. De tolerantieafwijking kan meer dan 0,05 mm bedragen als er geen spanningsreductie wordt toegepast. Door trillingen toe te passen op een bepaalde frequentie (meestal tussen 15 en 100 Hz), herschikt de vibratieverouderingstechnologie de microscopisch kleine korrels en versnelt de spanningsvrijgave tot meer dan 85%. Een Duitse lucht- en ruimtevaartfabrikant gebruikte deze methode en het kwalificatiepercentage voor satellietonderdelen ging van 85% naar 95%. Het tolerantiefluctuatiebereik werd ook teruggebracht tot ± 0,003 mm.
Selectieve correctie van chemische oplossing
Door de snelheid van anodische oplossing aan te passen, maakt de elektrolytische polijsttechniek de microgeometrische morfologie van het oppervlak uniformer. Door bijvoorbeeld de binnenholte van 316L roestvrij staal te behandelen in een gemengde elektrolyt van fosforzuur en zwavelzuur met een spanning van 15 V gedurende 3 minuten, kan de oppervlakteruwheid worden verlaagd van Ra2,5 μm tot Ra0,4 μm en kan de tolerantieafwijking worden hersteld van ± 0,02 mm tot ± 0,005 mm. Deze aanpak werkt het beste bij gecompliceerde structuren in de binnenholte, zoals de behandeling van microgaten in brandstofinjectoren van auto's, waardoor overgebleven bramen van de machinale bewerking kunnen worden verwijderd en ervoor kan worden gezorgd dat de brandstofinjectie gelijkmatig is.
Correctie van thermodynamische faseovergangen
De warmtebehandelingstechniek verandert de kristalstructuur van het materiaal door de verwarmings- en afkoelingscurve te beheersen, waardoor maattoleranties worden vastgelegd. De thermische behandeling met T6 (540 graden oplossing + 175 graden veroudering) kan bijvoorbeeld de lineaire uitzettingscoëfficiënt van onderdelen van aluminiumlegeringen met 12% verminderen en hun maatvastheid met 30% verbeteren. Deze procedure wordt door een Amerikaanse motorfabrikant gebruikt om turbineschijven te behandelen. Het verkleint het tolerantiefluctuatiebereik van ± 0,03 mm tot ± 0,01 mm en verlengt de levensduur tegen vermoeiing tot 2,5 maal de oorspronkelijke levensduur.
2, Procesimplementatie: exacte antwoorden voor elke situatie
1. Verwerking van metalen voorwerpen die 3D-geprint zijn
Metaal 3D-printtechnologieën zoals SLM en EBM kunnen ingewikkelde structuren maken, maar de oppervlakteruwheid is normaal gesproken Ra10-20 μm, en er zijn problemen zoals niet-gefuseerd poeder. Om toleranties na verwerking te reguleren, moet u drie dingen doen:
Om de steunstructuur te verwijderen, maakt u gebruik van waterstraalsnijden of elektrische ontladingsbewerking (EDM). Dit zorgt ervoor dat de vorm niet verandert als gevolg van mechanische klemming. GE Aviation gebruikt bijvoorbeeld EDM om steunen nauwkeurig te verwijderen en tolerantiefouten binnen ± 0,008 mm te houden bij het maken van brandstofsproeiers voor LEAP-motoren.
Behandeling voor oppervlakteverdichting: Heet isostatisch persen (HIP) wordt gebruikt op poreuze materialen. Na 4 uur behandeling bij 1200 graden en 150 MPa kan de porositeit worden verlaagd van 5% naar 0,1%, en kan de maatkrimp op 0,3% tot 0,5% worden gehouden, wat nauwkeurigheid in toleranties garandeert.
Precisiepolijsten: Door gebruik te maken van abrasieve stroompolijsttechnologie kan de ruwheid van de binnenholte worden verlaagd van Ra12 μm naar Ra0,8 μm door deze gedurende 10 minuten te behandelen met siliciumcarbide schuurmiddel bij een druk van 0,5 MPa. De tolerantiefluctuatie moet onder ± 0,005 mm blijven.
2. Na verwerking van CNC-gefreesde componenten
Hoewel CNC-bewerkingen zeer nauwkeurig kunnen zijn, kunnen zaken als gereedschapsslijtage en thermische vervorming nog steeds tolerantiefouten veroorzaken. Na-verwerking moet worden geïntegreerd met de volgende technologieën:
Intelligente gereedschapscompensatie: sensoren houden variaties in de gereedschapsdiameter in realtime in de gaten en passen de snijroutes automatisch aan. Het Fanuc CNC-systeem kan bijvoorbeeld automatisch de coördinaatwaarden vastleggen wanneer het gereedschap 0,03 mm verslijt, waardoor de diafragmatolerantie op ± 0,005 mm blijft.
Koelbehandeling bij lage- temperatuur: Spuit tijdens de verwerking continu vloeibare stikstof bij -40 graden om te voorkomen dat de temperatuur van het werkstuk met meer dan 2 graden verandert. Dit voorkomt dat het werkstuk te veel uitzet en dimensionale variatie veroorzaakt. Het tolerantiecertificeringspercentage van dunwandige onderdelen steeg van 78% naar 95% nadat een Japans bedrijf dat precisieonderdelen maakt deze methode gebruikte.
Kalibratie met een laserinterferometer: Gebruik regelmatig een laserinterferometer om te controleren hoe nauwkeurig de werktuigmachine is gepositioneerd en repareer eventuele geometrische fouten met behulp van compensatiealgoritmen. Na kalibratie kan de nauwkeurigheid van de ruimtelijke plaatsing van een vijf- bewerkingscentrum bijvoorbeeld gaan van 0,015 mm/1000 mm naar 0,005 mm/1000 mm.
3. Nabehandeling van composietdelen
Na verwerking zullen composietmaterialen (zoals kunststoffen versterkt met koolstofvezels) waarschijnlijk gebreken vertonen zoals delaminatie en bramen. Tolerantiecontrole moet worden uitgevoerd door middel van na-verwerking.
Ultrasoon reinigen: Reinigen met ultrasone golven met een frequentie van 40 kHz gedurende 10 minuten kan meer dan 90% van de verwerkingsresten verwijderen. Dit voorkomt dat het inbedden van deeltjes tijdens de montage tolerantieafwijkingen veroorzaakt.
Laserpolijsten: het gebruik van een laser van nanoseconden (pulsbreedte 100 ns) om de randen micro- te bewerken, waarbij tussen 0,001 en 0,005 mm materiaal wordt verwijderd en de tolerantievariatie wordt gefixeerd van ± 0,05 mm tot ± 0,01 mm.
Vacuüm heetpersbehandeling: Heetpersen gedurende 30 minuten op 180 graden en 5 MPa in een vacuüm kan de spanningsconcentratie in het composietmateriaal wegnemen en het 40% stabieler maken qua grootte.
3, Industriële toepassing: veelvoorkomende voorbeelden in de hoogwaardige-productiesector
1. Het gebied van de lucht- en ruimtevaart
Nadat de SLM-technologie is gebruikt om de motorbladen van de Boeing 787 Dreamliner te maken, worden de volgende na-verwerkingsstappen gebruikt om de toleranties te regelen:
Voor een HIP-behandeling verwarmt u het materiaal gedurende 6 uur tot 1250 graden en 170 MPa om de interne poriën te verwijderen en de krimpsnelheid op 0,4% te houden.
Elektrolytisch polijsten: gebruik een elektrolyt op fosfaat-basis met een spanning van 12 V gedurende 5 minuten om het oppervlak gladder te maken, gaande van Ra15 μm tot Ra0,2 μm, en corrigeer de tolerantieafwijking van ± 0,03 mm tot ± 0,005 mm.
Lasermeting: Er wordt een drie-coördinatenmeetmachine (CMM) gebruikt om de bladen op volledige grootte te controleren, en reverse engineering wordt uitgevoerd om het bewerkingstraject zo vast te leggen dat de toleranties kloppen.
2. Auto's maken
Bij het maken van kleplichamen voor hybride transmissies gebruikt Toyota de volgende na-nabewerkingsmethoden:
Elektrolytisch ontbramen: Gebruik een stroomdichtheid van 10 A/cm² in NaCl-elektrolyt gedurende 2 minuten om bramen bij de kruisgaten te verwijderen en ervoor te zorgen dat het hydraulische systeem afgedicht is.
Schuurpolijsten met vloeimiddel: Gebruik siliciumcarbide schuurmateriaal van 800 mesh bij een druk van 0,3 MPa gedurende 3 minuten om de binnenholte minder ruw te maken, gaande van Ra3,2 μm tot Ra0,4 μm, met een tolerantiebereik van minder dan ± 0,008 mm.
Online detectie: het toevoegen van een laserscanner aan de verwerkingslijn om de openingsgrootte in realtime in de gaten te houden, het wijzigen van de verwerkingsparameters op basis van feedbackcontrole en het verhogen van het slagingspercentage van de tolerantie tot 99,2%.
3. Gebied van medische hulpmiddelen
De volgende na-verwerkingsstappen helpen Johnson&Johnson DePuy Synthes bij het maken van acetabulumcups die zowel biocompatibel als nauwkeurig zijn qua tolerantie:
Elektrolytisch polijsten: Verlaag de oppervlakteruwheid van het Ti6Al4V-substraat van Ra3,2 μm naar Ra0,2 μm en verwijder de deeltjes die niet zijn versmolten tijdens het SLM-gieten.
Microboogoxidatie: Gebruik gedurende 5 minuten een spanning van 300 V in een silicaat-elektrolyt om een ​​20 μm dikke oxidecoating te maken die hydroxyapatiet bevat. Hierdoor wordt de bothechtsterkte 40% sterker en blijft de tolerantieafwijking binnen ± 0,005 mm.
Aseptische verpakking: Onderdelen worden gesteriliseerd met ethyleenoxide om er zeker van te zijn dat ze voldoen aan de ISO 13485-normen voordat ze in elkaar worden gezet. Dit voorkomt dat vervuiling de grootte van de onderdelen verandert.