Zal oppervlaktebehandeling de toleranties van onderdelen beïnvloeden?

1. Het verband tussen verschillende soorten oppervlaktebehandeling en hun effecten op tolerantie
Er zijn vier hoofdtypen oppervlaktebehandelingsprocessen: oppervlaktemodificatie, oppervlaktelegering, oppervlakteconversiecoating en oppervlaktecoating. De mate van impact van verschillende processen op toleranties varieert aanzienlijk.
Technologie voor het veranderen van het oppervlak
Zandstralen maakt het oppervlak bijvoorbeeld ruwer door er met hoge-snelheid zanddeeltjes op te slaan, maar het kan het onderdeel ook 0,01–0,03 mm kleiner maken. Walsen verhardt het oppervlak door de vorm ervan te veranderen, waardoor de diameter van de asdelen 0,005–0,015 mm groter kan worden. Versterking van laserfasetransformatie heeft vrijwel geen effect op de grootte, omdat de door hitte-geïnfecteerde zone zo klein is.
Technologie voor oppervlaktelegering
Carbureren en nitreren maken legeringslagen door diffusie. Vloeibaar nitreren maakt de schacht 0,01 mm breder en de opening 0,01 mm smaller, dus u moet tijdens de verwerking aan één kant een ruimte van 0,01 mm overlaten. Ionische nitridatie daarentegen kan de grootteverandering binnen ± 0,002 mm houden zonder gebruik te maken van een vloeibare fase.
Technologie voor oppervlakteconversiecoating
Door een fosfateringsbehandeling ontstaat er een fosfaatfilm op het oppervlak van staal die doorgaans 2 tot 10 μm dik is en een klein effect heeft op de toleranties. Aan de andere kant creëert anodiseren (zoals hard anodiseren van aluminiumlegeringen) een oxidefilm van 30 tot 50 μm dik, waardoor de onderdelen in één richting groter worden. Om dit goed te maken moet de strategie van ‘kleiner verschil kleiner’ worden gebruikt.
Technologie voor het bedekken van oppervlakken
De dikte van de galvanische laag heeft een direct effect op de tolerantie. Als de schroeflengte bijvoorbeeld kleiner is dan of gelijk is aan vijf keer de diameter, moet de maximale laagdikte op 8 μm worden gehouden. Als dit niet het geval is, is een niet-standaard stopmeterinspectie nodig. De dikte van de thermisch verzinkte laag is 30-80 μm, wat de steekdiameter van de bevestigingsmiddelen aanzienlijk zal veranderen. Om er zeker van te zijn dat ze passen, moeten de afmetingen vóór-de beplating worden gewijzigd.
2. Het kleine mechanisme van tolerantieverandering en sectorgegevens
Er zijn drie belangrijke fysische en chemische processen die de toleranties beïnvloeden wanneer u het oppervlak behandelt:
Verandering in volume en fase van het materiaal
Wanneer staal zwart wordt, ontstaat er een Fe∝₄-oxidelaag waardoor het volume 1,3 keer uitzet, wat uitsteeksels aan het oppervlak veroorzaakt. Wanneer een aluminiumlegering wordt geanodiseerd om Al ₂ O ∝ te vormen, krimpt het volume met ongeveer 15%, wat microscheuren kan veroorzaken.
Anisotropie bij de afzetting van coatings
Tijdens het galvaniseerproces kan een ongelijkmatige stroomdichtheid ervoor zorgen dat de coating verschillende diktes heeft. De galvanische coating op interne schroefdraden is bijvoorbeeld normaal gesproken 30% tot 50% dunner dan het buitenoppervlak. Om er zeker van te zijn dat deze past, is de norm "interne draadtolerantiezone onderhoud 6H" nodig.
Het vrijgeven van restspanning tijdens mechanische verwerking
Bij een zandstraalbehandeling wordt drukkracht op het oppervlak uitgeoefend, waardoor de onderdelen gaan kruipen wanneer ze opnieuw worden gebruikt. Volgens experimenten kunnen gezandstraalde 45 # stalen ascomponenten in diameter met 0,008 mm uitzetten nadat ze 24 uur op 100 graden zijn gehouden.
Gegevens uit de branche:
Een specifiek vliegtuigbedrijf zegt dat de groottevariatie van niet-gecompenseerde 316L roestvrijstalen onderdelen na elektrisch polijsten 12% bedraagt. Door een speelruimte van 0,02 mm te laten, is het kwalificatiepercentage gestegen naar 98%.
De automotive sector hanteert strikte regels over hoeveel tolerantie gegalvaniseerde bouten mogen hebben. Voor M12-bouten moet de laagdikte tussen 8 en 2 μm worden gehouden, anders zal de koppelcoëfficiënt met meer dan 15% veranderen.
3. Veelvoorkomende problemen en hun oplossingen in de branche
Op het gebied van de lucht- en ruimtevaart
Bij het maken van brandstofsproeiers voor LEAP-motoren maakt GE Aviation gebruik van de SLM-methode (Selective Laser Melting) en de HIP-behandeling (Hot Isostatic Pressure). Door het optimaliseren van de scanstrategie (spiraalscannen) en laagdikte (30 μm) wordt de oppervlakteruwheid binnen Ra12 μm gehouden. Een HIP-behandeling verwijdert poriën (van 0,8% naar 0,02%), waardoor de levensduur van vermoeidheid drie keer wordt verlengd en wordt voldaan aan de strenge tolerantie-eisen van de luchtvaartnormen.
Gebied van medische hulpmiddelen
Johnson&Johnson Medical heeft een samengesteld proces ontwikkeld genaamd 'vacuümgloeien+chemisch polijsten' voor 3D-geprinte heupgewrichtsimplantaten. Dit proces verwijdert restspanningen door gebruik te maken van vacuümgloeien, en vervolgens wordt een op citroenzuur-gebaseerde polijstoplossing gebruikt om het oppervlak glad te maken van Ra50 μm tot Ra0,8 μm terwijl het biocompatibel blijft. Deze methode geeft het implantaat een levensduur van meer dan 20 jaar, wat meer is dan wat in de kliniek nodig is.
Het vakgebied van het maken van auto's
Volkswagen maakt motorcilinderblokken met behulp van een methode die 'fosfateren+elektroforese' wordt genoemd. De ruwheid van de binnenwand van de cilinder ging van Ra3,2 μm naar Ra0,4 μm door de dikte van de fosfateringsfilm (2–3 μm) en de elektroforetische coatingfilm (20–25 μm) te veranderen. Dit verlaagde ook de wrijvingscoëfficiënt met 30% en verhoogde het brandstofverbruik met 2%.
4. Nieuwe technologie en strategieën voor het beheersen van tolerantie
Ontwerp van omgekeerde compensatie
Door een database aan te maken van veranderingen in de omvang van oppervlaktebehandelingsprocessen, worden er tijdens de CAD-modelleringsfase rekeningen gehouden. Eén bedrijf heeft bijvoorbeeld een "tolerantie-pre-compensatiemodule" geproduceerd voor galvaniseertechnologie. Deze module kan de modelgrootte automatisch wijzigen op basis van de dikte van de coating, waardoor het eerste slagingspercentage tot 95% stijgt.
Detectie en gesloten-loopcontrole via internet
Met behulp van 3D-scantechnologie kunt u in realtime veranderingen in grootte zien na de oppervlaktebehandeling. De ‘digital twin’-technologie van Siemens kan bijvoorbeeld virtuele assemblageverificatie uitvoeren op gegalvaniseerde onderdelen, waardoor de kans op tolerantieafwijkingen met 70% wordt verkleind.
Nieuwe methode voor het behandelen van oppervlakken
Plasma-elektrolytische oxidatie (PEO) maakt een keramische film op het oppervlak van een aluminiumlegering. De dikte van de film kan worden geregeld tussen 5 en 200 μm, en de nauwkeurigheid van de afmetingen is ± 1 μm. Het is gebruikt in de structurele delen van ruimtevaartuigen.
Koudspuittechnologie: bij deze methode wordt gebruik gemaakt van hoge-inslagen van vaste deeltjes om coatings af te zetten. De door hitte beïnvloede zone is minder dan 50 μm, waardoor deze goed geschikt is voor het bevestigen en versterken van precieze onderdelen.