Zal de na-verwerking de interne structuur beschadigen?

一, Technisch principe: het grootste probleem met machinale nabewerking
Het belangrijkste doel van na{0}}nabewerking is het verbeteren van de oppervlaktekwaliteit, maatnauwkeurigheid of mechanische eigenschappen van onderdelen door snijden, polijsten, warmtebehandeling en andere methoden. De verwerkte objecten zijn meestal onderdelen die zijn gemaakt door middel van procedures zoals additive manufacturing (AM), gieten of smeden. De interne structuur van deze onderdelen kan de volgende kenmerken bevatten:
Microscopische gebreken, zoals porositeit, het ontbreken van een fusiezone (LOF) in onderdelen die zijn gemaakt met behulp van additieve productie, of krimpende porositeit en scheuren in gegoten onderdelen.
Restspanning is spanning die zich in een object opbouwt als gevolg van een verandering in temperatuur of fase. Hierdoor kan het object na bewerking verbuigen of versplinteren.
Verloopmaterialen en een niet-uniforme korrelstructuur zijn voorbeelden van een ongelijkmatige organisatie die de manier waarop materialen tijdens de verwerking worden verwijderd, kan veranderen.
Interventies in de na{0}}verwerking kunnen deze interne structuren wijzigen door mechanische druk, thermische schokken of chemische reacties, wat resulteert in prestatieverslechtering of verhoogde risico's op falen.
2, Het effect en de casestudy van typische procedures
1. Mechanisch snijden: stress loslaten en defecten activeren
Wanneer een gereedschap en een onderdeel tijdens mechanisch snijden (zoals frezen en draaien) direct contact maken, wordt materiaal verwijderd. Dit kan de volgende veranderingen in de interne structuur van het onderdeel veroorzaken:
Herverdeling van restspanning: Snijkrachten kunnen de oppervlaktespanning van het onderdeel beïnvloeden en mogelijk interne microscheurtjes veroorzaken. Een vliegtuigbedrijf merkte bijvoorbeeld op dat de restspanning van bladen van titaniumlegeringen, vervaardigd door additieve productie, na het frezen van -150 MPa naar +80 MPa ging. Dit verkortte hun levensduur tegen vermoeidheid met 30%.
Voortplanting van defecten: Snijtrillingen kunnen ervoor zorgen dat kleine gaatjes of gebieden met onvolledige versmelting in het materiaal uitgroeien tot grote scheuren. Uit onderzoek blijkt dat na-ruw frezen de porositeit van componenten van aluminiumlegeringen geproduceerd met behulp van laserpoederbedsmelten (LPBF) stijgt van 0,5% naar 1,2%, terwijl de breuktaaiheid met 25% afneemt.
Antwoord:
Gebruik ultra-precieze bewerking (zoals diamantdraaien met één- punt) om de snijkracht te verlagen. Voer vóór het snijden een warmtebehandeling uit (zoals spanningsarmgloeien) om de interne spanning te egaliseren. Optimaliseer het gereedschapspad om uit de buurt te blijven van locaties waar trillingen de neiging hebben zich op te bouwen.
2. Warmtebehandeling: veranderingen in de organisatie en stabiliteit van de afmetingen
Het veranderen van de fasetoestand van materialen door middel van warmtebehandeling (zoals afschrikken, temperen en heet isostatisch persen) kan de prestaties verbeteren, maar kan ook leiden tot:
Vervorming veroorzaakt door fasetransformatie: De volumetoename die optreedt tijdens martensitische transformatie kan ervoor zorgen dat de stukken van vorm veranderen. Na het carbureren en blussen steeg de tandprofielfout van bijvoorbeeld een specifiek voertuigtandwiel van ± 0,02 mm naar ± 0,05 mm.
Thermisch geïnduceerde porositeit (TIP): Na heet isostatisch persen (HIP) kunnen inerte gasporiën opnieuw groeien in delen die met additieven zijn gemaakt. Uit onderzoek blijkt dat na-HIP, als de gloeiduur van de Ti-6Al-4V-legering meer dan 4 uur bedraagt, de porositeit met 0,3% kan stijgen.
Antwoord:
Het gebruik van graduele quenching of isotherme quenching om het tempo van de faseverandering in de gaten te houden;
Om TIP te stoppen, moet u de HIP-procesparameters (zoals temperatuur, druk en tijd) verfijnen-.
Stress wordt afgevoerd door het proces van "ruwe bewerking → warmtebehandeling → precisiebewerking", waarbij warmtebehandeling en bewerking worden gecombineerd.
3. Versterking van het oppervlak: resterende drukspanning en vermoeidheidsprestaties
technieken die oppervlakken versterken, zoals kogelstralen en walsen, voegen resterende drukspanning toe, waardoor de levensduur tegen vermoeiing toeneemt. Deze technieken kunnen echter ook leiden tot:
Schade aan het oppervlak: Te veel kogelstralen kan microscheuren of verfijning van de oppervlaktekorrel veroorzaken. Na het kogelstralen ging de oppervlakteruwheid van een specifieke vliegtuigmotoras bijvoorbeeld van Ra1,6 μm naar Ra0,4 μm, terwijl de diepte van de bron van vermoeiingsbreuken met 0,1 mm toenam.
Onbalans van de spanningsgradiënt: Wanneer de resterende drukspanningslaag en de matrixspanning niet overeenkomen, kan dit delaminatie veroorzaken. Uit onderzoek blijkt dat componenten van aluminiumlegeringen die worden onderworpen aan laser shock peening (LSP) gevoelig zijn voor microscheuren op het grensvlak wanneer de resterende drukspanningsdiepte groter is dan 0,5 mm.
Antwoord:
Controle van de intensiteit van het shotpeening (bijvoorbeeld door de dekking van een Almen-proefstuk te meten); gebruik composietversterkingsprocedures (bijvoorbeeld kogelstralen en walsen) om spanningsgradiënten in evenwicht te brengen; en gebruik numerieke simulatie om de beste procesparameters te vinden.
3, Risicomanagement: van het ontwerpen van de procedure tot het online in de gaten houden ervan
De industrie moet een grondig procescontrolesysteem opzetten om de schade die na{0}}verwerking aan de interne structuur toebrengt, te beperken.
Kies tijdens de procesontwerpfase een mix van na{0}}verwerkingsprocessen die passen bij de materiaal-, structuur- en prestatiebehoeften van de onderdelen. HIP+elektrolytisch polijsten is bijvoorbeeld beter dan direct mechanisch polijsten voor artikelen die zijn gemaakt met additieve productie.
Gebruik eindige elementenanalyse (FEA) om erachter te komen hoe spanning zich zal verspreiden en hoe dingen van vorm zullen veranderen wanneer ze worden bewerkt. Een bepaald bedrijf gebruikte simulatie om de freesinstellingen te verbeteren, waardoor de bewerkingsvervorming van onderdelen van titaniumlegeringen werd teruggebracht van 0,15 mm naar 0,03 mm.
Fase van uitvoering voor verwerking:
Met behulp van slimme monitoringtools zoals akoestische emissie- en snijkrachtsensoren om real-time input te geven over hoe de bewerking verloopt. Een bepaalde fabrikant van werktuigmachines heeft bijvoorbeeld het 'adaptieve snijsysteem' uitgevonden, dat de voedingssnelheid direct kan veranderen om te veel trillingen te voorkomen.
Gebruik closed-loopcontrole en wijzig procesparameters afhankelijk van gegevens van online detectie. Als een vliegtuigfabrikant een laserinterferometer gebruikt om te meten hoe ruw een oppervlak is en vervolgens automatisch de druk van het polijsten aanpast.
Fase van kwaliteitsinspectie:
Gebruik niet-destructieve testmethoden (NDT), zoals röntgen-computertomografie en ultrasoon onderzoek, om problemen in het object op te sporen. Uit onderzoek blijkt dat industriële CT poriën kan vinden die 0,02 mm breed zijn met een nauwkeurigheid van 98%.
Zet een keten van verwerkingstestgegevens op en gebruik machine learning om te raden hoe lang een onderdeel meegaat. Een bepaald bedrijf kan bijvoorbeeld gegevens uit het verleden gebruiken om een ​​model te trainen dat zes maanden van tevoren kan anticiperen op de waarschijnlijkheid van defecten aan tandwielvermoeidheid.