Ovplyvní tepelné spracovanie rozmerovú presnosť dielov?

一, Hlavný spôsob, akým tepelné spracovanie mení veľkosť vecí
1. Uvoľnenie zvyškového napätia a tepelného napätia
Metóda kovovej 3D tlače rýchlo ohrieva a ochladzuje materiál, čo spôsobuje deformáciu vnútornej mriežky a zvyškové napätie. Na zmiernenie napätia prostredníctvom uvoľnenia mriežky sa tepelným spracovaním zahrieva na teplotu pod teplotou rekryštalizácie (napríklad udržiavanie titánovej zliatiny pri teplote 800 stupňov počas 2 hodín). Ale nerovnomernosť uvoľnenia napätia by mohla vyvolať lokálnu deformáciu. Napríklad, ak návrh nosnej konštrukcie pre lopatky turbíny leteckého motora nie je dobrý, odstránenie podpery po tepelnom spracovaní môže vyvolať lokálnu koncentráciu napätia a deformáciu hrán lopatiek s deformáciou 0,1–0,3 mm.
2. Zmena objemu v dôsledku zmeny fázy
Počas tepelného spracovania môžu materiály meniť fázy (napríklad martenzitická premena), čo môže spôsobiť zväčšenie alebo zmenšenie ich objemu. Napríklad vysokoteplotné zliatiny na -niklovej báze- sa môžu zmeniť z austenitu na martenzit, ak je rýchlosť ochladzovania po spracovaní v roztoku príliš vysoká (1080 stupňov po dobu 1 hodiny). To môže spôsobiť, že diely vytlačené tavením laserového prášku (LPBF) zväčšia svoj objem a zmenia veľkosť. Experimentálne údaje naznačujú, že kritická rozmerová chyba komponentov, ktorým chýba regulovaná rýchlosť chladenia, môže dosiahnuť ± 0,05 mm po tepelnom spracovaní-, čo prekračuje povolené limity stanovené leteckými normami.
3. Rast zŕn a homogenita pletív
Ovládanie rýchlosti zahrievania a doby zdržania počas tepelného spracovania môže zlepšiť rovnomernosť tkaniva a veľkosť zŕn. Ale ak zrná rastú nerovnomerne, mohlo by to spôsobiť rôzne množstvá zmrštenia na rôznych miestach. Napríklad zahriatie kontinuálneho kompozitu vystuženého uhlíkovými vláknami (CCFRC) na 100 stupňov zvyšuje jeho kryštalinitu matrice zo 17,42 % na 22,76 %. Ak však vlákna nie sú rovnomerne rozmiestnené, môže to spôsobiť rozdiel vo veľkosti 0,02 až 0,05 mm, čo by sťažilo správne poskladanie vecí.
2, Bežný príklad: tepelné spracovanie má dva účinky na rozmerovú presnosť
1. Letectvo: nájsť správnu rovnováhu medzi vysokou presnosťou a vysokým výkonom
Boeing vyrába držiaky lietadiel pomocou technológie LPBF, avšak musia byť tepelne-spracované, aby sa ich pevnosť v ťahu zvýšila na 520 MPa. Ale po tepelnom spracovaní je ťažké udržať rozmery kusov stabilné. Ak chcete získať presnú kontrolu, postupujte takto:
Kompenzácia pred{0}deformácie: Použite spätnú pred{1}}deformáciu pôvodného modelu na priblíženie kompenzovaného modelu k optimálnej veľkosti po tepelnom spracovaní. Tým sa zvýši presnosť tlače o 66,2 %.
Segmentovaný ohrev a chladenie: Použitie fázového ohrevu (udržanie 50 stupňov počas 30 minút) a oneskoreného chladenia (chladenie vzduchom po ochladení pece na 200 stupňov) na zníženie tepelného napätia spôsobeného teplotnými gradientmi, s deformáciou regulovanou v rozmedzí ± 0,03 mm.
2. Lekárske implantáty: kombinácia biokompatibility a rozmerovej správnosti
Pri 3D tlači acetabulárnych pohárikov z titánovej zliatiny musí byť povrchová mikroporézna štruktúra (5–10 μm) veľmi presná, pokiaľ ide o veľkosť. Konkrétna spoločnosť získa presnú kontrolu kombinovanou metódou „žíhanie na odľahčenie napätia + leptanie kyselinou“:
Žíhanie na zníženie napätia: Podržte pri 650 stupňoch 2 hodiny, aby ste sa zbavili akéhokoľvek zvyšného tlačového napätia a znížili pravdepodobnosť zmeny veľkosti počas nasledujúceho leptania kyselinou.
Ošetrenie leptaním kyselinou: Použite zmes kyseliny fluorovodíkovej a roztoku kyseliny dusičnej na leptanie po dobu 10 minút, aby sa vytvorili homogénne mikropóry. Tým sa zabráni uvoľneniu napätia, ktoré spôsobí lokálnu koróziu. Rozdiely vo veľkostiach by sa mali udržiavať v rozmedzí ± 0,02 mm.
3. Priemyselné formy: Nájdenie správnej rovnováhy medzi cenou a použitím
Prostredníctvom postupu „tuhé riešenie + starnutie“ pri tepelnom spracovaní konkrétna spoločnosť urobila formy z hliníkových zliatin tvrdšie na 120 HB. Musia však nájsť kompromis medzi cenou a presnosťou:
Nákladovo{0}}efektívnou metódou je iba pieskovanie (hodnota Ra menšia alebo rovná 3,2 μm), aby sa splnili typické potreby lisovania plastov. To znižuje náklady na každý kus o 40%, ale rozmery nie sú príliš stabilné.
Vysoko{0}}výkonné riešenie: Zvýšte presnosť CNC obrábania (hodnota Ra menšia alebo rovná 0,8 μm), čo je dobré pre diely foriem, ktoré musia byť veľmi lesklé alebo čisté. Tým sa strojnásobí čas spracovania, ale rozmerová presnosť bude ± 0,01 mm.
3, Stratégia kontroly rozmerovej presnosti: zlepšovanie procesov a vymýšľanie nových technológií
1. Zhoda parametrov procesu: aby procesy tepelného spracovania a tlače fungovali spoločne
Nastavenia tepelného spracovania musia byť rovnaké ako nastavenia pre proces 3D tlače, napríklad teplota a rýchlosť chladenia. Napríklad, ak tlačíte zliatinu Inconel 718 pomocou LPBF a tlačová vrstva má hrúbku 0,05 mm, musíte použiť 1150 stupňovú úpravu v roztoku a 720 stupňovú úpravu starnutia, aby ste minimalizovali praskliny a zmeny rozmerov, ku ktorým dochádza, keď sa materiál príliš rýchlo ochladí. Testy ukázali, že zodpovedajúce parametre môžu spôsobiť, že diely vydržia trikrát dlhšie a ich rozmery budú stabilnejšie o 50 %.
2. Inteligentný systém riadenia teploty: sleduje veci v reálnom čase a podľa potreby vykonáva zmeny
Pomocou infračervených snímačov a regulácie teplotnej spätnej väzby robí inteligentný systém riadenia teploty tepelné pole rovnomernejšie. Systém AI vyrobený spoločnosťou Platinum Technology dokáže meniť výkon lasera a rýchlosť skenovania v reálnom čase. To zabraňuje prílišným zmenám teploty počas tlače držiakov z titánovej zliatiny, pričom sa udržiava v rozmedzí ± 5 stupňov. Po tepelnom spracovaní systém tiež znižuje rozmerovú odchýlku z ± 0,05 mm na ± 0,02 mm.
3. Nové spôsoby tepelného spracovania vecí: lokálne vykurovanie a kompozitný proces
Lokálne tepelné spracovanie: Indukčný ohrev alebo laserové lokálne tepelné spracovanie sa používa na veľkých kusoch, aby sa zabránilo ich deformácii, keď sú celé zahrievané. Prostredníctvom lokálneho spracovania v roztoku dosiahol špecifický držiak pre letectvo pevnosť v ťahu 520 MPa a rozmerovú stabilitu lepšiu ako ± 0,03 mm.
Kompozitný proces: použitie tepelného spracovania a horúceho izostatického lisovania (HIP) na odstránenie vnútorných chýb a zlepšenie štruktúry. Únavová životnosť lopatiek turbín leteckých motorov GE je po ošetrení HIP trikrát dlhšia a rozmerová deformácia je udržiavaná pod 0,05 %.