Poškodí následné{0}}spracovanie vnútornú štruktúru?

一, Technický princíp: Hlavný problém strojového spracovania po-spracovaní
Hlavným účelom následného{0}}spracovania je zlepšiť kvalitu povrchu, rozmerovú presnosť alebo mechanické vlastnosti dielov rezaním, leštením, tepelným spracovaním a inými metódami. Spracované predmety sú zvyčajne časti, ktoré boli vyrobené postupmi ako aditívna výroba (AM), odlievanie alebo kovanie. Vnútorná štruktúra týchto častí môže obsahovať nasledujúce vlastnosti:
Mikroskopické chyby, ako je pórovitosť, chýbajúca zóna fúzie (LOF) v častiach vyrobených pomocou aditívnej výroby alebo zmenšujúca sa pórovitosť a praskliny v odliatkoch.
Zvyškové napätie je napätie, ktoré sa vytvára vo vnútri objektu v dôsledku zmeny teploty alebo fázy. To môže spôsobiť, že sa predmet po spracovaní ohne alebo rozbije.
Prechodové materiály a nerovnomerná štruktúra zŕn sú príkladmi nerovnomerného usporiadania, ktoré môže zmeniť spôsob odstraňovania materiálov počas spracovania.
Zásahy do následného{0}}spracovania môžu zmeniť tieto vnútorné štruktúry mechanickými tlakmi, tepelnými vplyvmi alebo chemickými reakciami, čo môže mať za následok zníženie výkonu alebo zvýšené riziko zlyhania.
2, Efekt a prípadová štúdia typických postupov
1. Mechanické rezanie: uvoľnenie napätia a aktivácia defektov
Keď sa nástroj a súčiastka dostanú do priameho kontaktu pri mechanickom rezaní (ako je frézovanie a sústruženie), materiál sa odoberá. To môže spôsobiť nasledujúce zmeny vo vnútornej štruktúre dielu:
Redistribúcia zvyškového napätia: Rezné sily môžu ovplyvniť stav povrchového napätia dielu a potenciálne spôsobiť tvorbu vnútorných mikrotrhlín. Jedna letecká spoločnosť napríklad zistila, že zvyškové napätie čepelí z titánovej zliatiny vyrobených aditívnou výrobou sa po frézovaní zvýšilo z -150 MPa na +80 MPa. Tým sa znížila ich únavová životnosť o 30 %.
Šírenie defektu: Vibrácie pri rezaní môžu spôsobiť, že malé otvory alebo oblasti neúplného splynutia vo vnútri materiálu prerastú do veľkých trhlín. Štúdie ukazujú, že po-hrubom frézovaní sa pórovitosť komponentov z hliníkovej zliatiny vyrobených pomocou tavenia v laserovom lôžku (LPBF) zvyšuje z 0,5 % na 1,2 %, pričom lomová húževnatosť sa zníži o 25 %.
odpoveď:
Na zníženie reznej sily použite mimoriadne{0}}precízne obrábanie (napríklad jednobodové diamantové sústruženie{1}}. Pred rezaním vykonajte tepelné spracovanie (napríklad žíhanie na uvoľnenie napätia), aby sa vyrovnalo vnútorné napätie. Optimalizujte dráhu nástroja, aby ste sa držali ďalej od miest, kde majú tendenciu sa hromadiť vibrácie.
2. Tepelné spracovanie: zmeny v organizácii a stálosti rozmerov
Zmena fázového stavu materiálov prostredníctvom tepelného spracovania (ako je kalenie, temperovanie a izostatické lisovanie za tepla) môže zlepšiť výkon, ale môže tiež spôsobiť:
Deformácia spôsobená fázovou transformáciou: Zvýšenie objemu, ku ktorému dochádza počas martenzitickej transformácie, môže spôsobiť, že kusy zmenia tvar. Po nauhličení a kalení sa napríklad chyba profilu zubov konkrétneho ozubeného kolesa vozidla zvýšila z ± 0,02 mm na ± 0,05 mm.
Tepelne indukovaná pórovitosť (TIP): Po izostatickom lisovaní za horúca (HIP) môžu póry inertného plynu opäť rásť v častiach, ktoré boli vyrobené s použitím prísad. Štúdie ukazujú, že ak po-HIP trvanie žíhania zliatiny Ti-6Al-4V presiahne 4 hodiny, pórovitosť sa môže zvýšiť o 0,3 %.
odpoveď:
Použitie odstupňovaného kalenia alebo izotermického kalenia na sledovanie tempa zmeny fázy;
Ak chcete zastaviť TIP, jemne-vylaďte parametre procesu HIP (ako je teplota, tlak a čas).
Napätie sa uvoľňuje prostredníctvom procesu „hrubého obrábania → tepelného spracovania → presného obrábania“, ktorý kombinuje tepelné spracovanie a obrábanie.
3. Spevnenie povrchu: zvyškové tlakové napätie a únavový výkon
techniky, ktoré spevňujú povrchy, ako je brokovanie a valcovanie, pridávajú zvyškové tlakové napätie, ktoré zvyšuje únavovú životnosť. Tieto techniky však môžu tiež spôsobiť:
Poškodenie povrchu: Príliš veľa brokov môže spôsobiť mikrotrhliny alebo zjemnenie povrchu. Napríklad po brúsení brokovnicou sa drsnosť povrchu konkrétneho hriadeľa leteckého motora zvýšila z Ra1,6 μm na Ra0,4 μm, zatiaľ čo hĺbka zdroja únavového lomu sa zvýšila o 0,1 mm.
Nerovnováha gradientu napätia: Keď sa vrstva zvyškového tlakového napätia a napätie matrice nezhodujú, môže to spôsobiť delamináciu. Štúdie ukazujú, že komponenty z hliníkovej zliatiny vystavené laserovému šokovému peeningu (LSP) sú náchylné na mikrotrhlinky na rozhraní, keď hĺbka zvyškového tlakového napätia presiahne 0,5 mm.
odpoveď:
Kontrolujte intenzitu prepichovania (napríklad meraním pokrytia testovacieho kusu Almen); použiť postupy spevnenia kompozitu (napríklad otryskávanie a valcovanie) na vyrovnanie gradientov napätia; a použite numerickú simuláciu na nájdenie najlepších parametrov procesu.
3, Riadenie rizika: od návrhu postupu až po sledovanie online
Priemysel potrebuje nastaviť dôkladný systém kontroly procesov, aby sa obmedzili škody, ktoré po{0}}spracovaní spôsobí internej štruktúre.
Vo fáze návrhu procesu si vyberte kombináciu procesov po{0}}spracovaní, ktorá vyhovuje potrebám materiálu, štruktúry a výkonu dielov. Napríklad HIP+elektrolytické leštenie je lepšie ako priame mechanické leštenie pre predmety vyrobené aditívnou výrobou.
Použite analýzu konečných prvkov (FEA), aby ste zistili, ako sa bude šíriť stres a ako veci zmenia tvar, keď sú opracované. Istá spoločnosť použila na zlepšenie nastavenia frézovania simuláciu, ktorá znížila deformáciu obrábania dielov zo zliatiny titánu z 0,15 mm na 0,03 mm.
Fáza vykonania na spracovanie:
Pomocou inteligentných monitorovacích nástrojov, ako sú akustické emisie a snímače reznej sily, môžete v reálnom čase{0}}podávať informácie o tom, ako obrábanie prebieha. Napríklad istý výrobca obrábacích strojov vynašiel „adaptívny rezací systém“, ktorý dokáže meniť rýchlosť posuvu za chodu, aby sa predišlo príliš veľkým vibráciám.
Použite uzavretú{0}}kontrolu a zmeňte parametre procesu v závislosti od údajov z online detekcie. Ak letecká spoločnosť používa laserový interferometer na meranie drsnosti povrchu a potom automaticky upravuje tlak leštenia.
Stupeň kontroly kvality:
Na nájdenie problémov vo vnútri objektu použite metódy ne{0}}deštruktívneho testovania (NDT), ako je röntgenová počítačová tomografia a ultrazvukové testovanie. Štúdie ukazujú, že priemyselné CT dokáže nájsť póry široké 0,02 mm s presnosťou 98 %.
Nastavte reťazec spracovania testovacích údajov a pomocou strojového učenia uhádnite, ako dlho časť vydrží. Daný podnik môže napríklad použiť minulé údaje na trénovanie modelu, ktorý dokáže predvídať pravdepodobnosť zlyhania únavy prevodových stupňov šesť mesiacov vopred.