Com aconseguir una tolerància d'alta-precisió mitjançant el post-processament?

一, Principi tècnic: un mecanisme de correcció de tolerància que funciona amb diferents camps físics per treballar conjuntament.
La tecnologia de post-processament utilitza els impactes combinats de camps mecànics, químics, termodinàmics i altres físics per canviar la microestructura i millorar el rendiment de les peces que s'han processat. Hi ha tres grups principals dels seus principis clau:
Correcció de l'alleujament de l'estrès mecànic
Quan mequineu peces metàl·liques, crearan una tensió residual, que farà que canviïn de forma. Per exemple, després de la fusió del làser, la tensió interna de les peces d'aliatge de titani fetes amb impressió 3D pot arribar a ser de 200 a 300 MPa. La desviació de la tolerància podria ser superior a 0,05 mm si no es fa la reducció de l'esforç. Mitjançant l'aplicació de vibracions a una freqüència determinada (normalment entre 15 i 100 Hz), la tecnologia d'envelliment de vibracions reorganitza els grans microscòpics i accelera la taxa d'alliberament d'estrès a més del 85%. Un fabricant aeroespacial alemany va utilitzar aquest mètode i la taxa de qualificació de peces de satèl·lit va passar del 85% al ​​95%. El rang de fluctuació de tolerància també es va reduir a ± 0,003 mm.
Correcció selectiva de la dissolució química
Mitjançant l'ajust de la velocitat de dissolució anòdica, la tècnica de poliment electrolític fa que la morfologia micro geomètrica de la superfície sigui més uniforme. Per exemple, el tractament de la cavitat interior de l'acer inoxidable 316L en un electròlit mixt d'àcid fosfòric i àcid sulfúric amb una tensió de 15 V durant 3 minuts pot reduir la rugositat de la superfície de Ra2,5 μ m a Ra0,4 μ m i fixar la desviació de tolerància de ± 0,02 mm a ± 0,005 mm. Aquest enfocament funciona millor en estructures complicades de cavitats interiors, com el tractament de microforats d'injectors de combustible per a cotxes, que pot eliminar les rebaves sobrants de la mecanització i assegurar-se que la injecció de combustible sigui uniforme.
Correcció de transicions de fase termodinàmiques
La tècnica de tractament tèrmic canvia l'estructura cristal·lina del material mitjançant la gestió de la corba de calefacció i refrigeració, que fixa les toleràncies dimensionals. Per exemple, el tractament tèrmic T6 (envelliment de la solució de 540 graus + 175 graus) pot reduir el coeficient d'expansió lineal de les peces d'aliatge d'alumini en un 12% i millorar la seva estabilitat dimensional en un 30%. Aquest procediment és utilitzat per un fabricant de motors dels Estats Units per tractar els discos de turbina. Redueix el rang de fluctuació de la tolerància de ± 0,03 mm a ± 0,01 mm i allarga la vida a la fatiga fins a 2,5 vegades l'original.
2, Implementació del procés: respostes exactes per a cada situació
1. Processament d'articles metàl·lics que es van imprimir en 3D
Les tecnologies d'impressió 3D metàl·liques com SLM i EBM poden fer estructures complicades, però la rugositat de la superfície normalment és Ra10-20 μ m, i hi ha problemes com la pols sense fusionar. Per regular les toleràncies després del processament, heu de fer tres coses:
Per eliminar l'estructura de suport, utilitzeu el tall per raig d'aigua o el mecanitzat de descàrrega elèctrica (EDM). Això evitarà que la forma canviï a causa de la subjecció mecànica. Per exemple, GE Aviation utilitza EDM per eliminar amb precisió els suports i mantenir els errors de tolerància dins de ± 0,008 mm quan es fabriquen broquets de combustible per a motors LEAP.
Tractament per a la densificació superficial: el premsat isostàtic en calent (HIP) s'utilitza en materials porosos. Després de 4 hores de tractament a 1200 graus i 150 MPa, la porositat es pot reduir del 5% al ​​0,1% i la taxa de contracció dimensional es pot mantenir entre el 0,3% i el 0,5%, cosa que garanteix la precisió de les toleràncies.
Polit de precisió: mitjançant l'ús de la tecnologia de poliment de flux abrasiu, la rugositat de la cavitat interior es pot reduir de Ra12 μ m a Ra0,8 μ m tractant-la amb abrasiu de carbur de silici a una pressió de 0,5 MPa durant 10 minuts. La fluctuació de la tolerància s'ha de mantenir per sota de ± 0,005 mm.
2. Després de processar components mecanitzats CNC
Tot i que el mecanitzat CNC pot ser molt precís, coses com el desgast de les eines i la distorsió tèrmica encara poden causar errors de tolerància. El post-processament s'ha d'integrar amb les tecnologies posteriors:
Compensació d'eines intel·ligents: els sensors vigilen les variacions del diàmetre de l'eina en temps real i adapten automàticament les rutes de tall. Per exemple, el sistema CNC Fanuc pot fixar automàticament els valors de coordenades quan l'eina es desgasta en 0,03 mm, assegurant-se que la tolerància d'obertura es mantingui en ± 0,005 mm.
Tractament de refrigeració a -baixa temperatura: durant el processament, ruixeu nitrogen líquid a -40 graus contínuament per evitar que la temperatura de la peça de treball canviï més de 2 graus . Això evita que la peça de treball s'expandeixi massa i provoqui variacions dimensionals. La taxa de certificació de tolerància de les peces de paret primes va augmentar del 78% al 95% després que una empresa japonesa que fabrica peces de precisió utilitzés aquest mètode.
Calibració amb un interferòmetre làser: Utilitzeu un interferòmetre làser de manera regular per comprovar la precisió amb la qual es col·loca la màquina-eina i corregir qualsevol falla geomètrica mitjançant algorismes de compensació. Després del calibratge, per exemple, la precisió de la col·locació espacial d'un centre de mecanitzat de cinc-eixos pot anar de 0,015 mm/1000 mm a 0,005 mm/1000 mm.
3. Després del tractament de peces de material compost
Després del processament, és probable que els materials compostos (com els plàstics reforçats amb fibra de carboni) tinguin defectes com la delaminació i les rebaves. El control de la tolerància s'ha de fer mitjançant postprocessament.
Neteja per ultrasons: la neteja amb ones ultrasòniques a una freqüència de 40 kHz durant 10 minuts pot eliminar més del 90% dels residus de processament. Això evita que la incrustació de partícules durant el muntatge provoqui una desviació de tolerància.
Polit làser: utilitzant un làser de nanosegons (amplada de pols 100 ns) per micro-processar les vores, treure entre 0,001 i 0,005 mm de material i fixar la variació de tolerància de ± 0,05 mm a ± 0,01 mm.
Tractament de premsat en calent al buit: el premsat en calent durant 30 minuts a 180 graus i 5 MPa al buit pot desfer-se de la concentració d'estrès en el material compost i fer-lo un 40% més estable en termes de mida.
3, Aplicació de la indústria: exemples habituals en el sector de la fabricació de gamma alta-
1. L'àmbit aeroespacial
Després d'utilitzar la tecnologia SLM per fabricar les pales del motor del Boeing 787 Dreamliner, s'utilitzen els següents passos de post-processament per regular les toleràncies:
Per al tractament HIP, escalfeu el material a 1250 graus i 170 MPa durant 6 hores per desfer-se dels porus interns i mantenir la taxa de contracció de la mida al 0,4%.
Polit electrolític: utilitzeu un electròlit basat en fosfat- amb 12 V de tensió durant 5 minuts per fer la superfície més llisa, passant de Ra15 μm a Ra0,2 μm, i fixeu la desviació de tolerància de ± 0,03 mm a ± 0,005 mm.
Mesurament làser: s'utilitza una màquina de mesurament de tres-coordenades (CMM) per comprovar les fulles a mida completa i es realitza enginyeria inversa per fixar la ruta de mecanitzat de manera que les toleràncies siguin correctes.
2. En el negoci de fabricar cotxes
En la fabricació de cossos de vàlvules de transmissió híbrida, Toyota utilitza els mètodes de post{0}}processament següents:
Desbarbat electrolític: utilitzeu una densitat de corrent de 10 A/cm² en electròlit de NaCl durant 2 minuts per eliminar les rebaves als forats creuats i assegurar-vos que el sistema hidràulic estigui segellat.
Polit de flux abrasiu: utilitzeu un abrasiu de carbur de silici de malla 800 a una pressió de 0,3 MPa durant 3 minuts per fer que la cavitat interior sigui menys rugosa, passant de Ra3,2 μ m a Ra0,4 μ m, amb un rang de tolerància inferior a ± 0,008 mm.
Detecció en línia: afegir un escàner làser a la línia de processament per vigilar la mida de l'obertura en temps real, canviar els paràmetres de processament basats en el control de retroalimentació i augmentar la taxa de pas de tolerància al 99,2%.
3. Àmbit dels dispositius mèdics
Els passos posteriors al-processament següents ajuden Johnson&Johnson DePuy Synthes a fabricar copes acetabulars que siguin biocompatibles i precises en termes de tolerància:
Polit electrolític: reduïu la rugositat superficial del substrat Ti6Al4V de Ra3,2 μm a Ra0,2 μm i elimineu les partícules que no es van fusionar durant l'emmotllament SLM.
Oxidació de micro arc: Utilitzeu una tensió de 300 V en un electròlit de silicat durant 5 minuts per fer un recobriment d'òxid de 20 μm de gruix que contingui hidroxiapatita. Això fa que la força d'unió òssia sigui un 40% més forta i manté la desviació de la tolerància dins de ± 0,005 mm.
Embalatge asèptic: les peces s'esteril·litzen amb òxid d'etilè per assegurar-se que compleixen els estàndards ISO 13485 abans de muntar-les. Això evita que la contaminació canviï la mida de les peces.