Czy końcowe-przetwarzanie uszkodzi wewnętrzną strukturę?

一, Zasada techniczna: główny problem związany z-przetwarzaniem maszynowym do przetwarzania końcowego
Głównym celem obróbki końcowej-jest poprawa jakości powierzchni, dokładności wymiarowej lub właściwości mechanicznych części poprzez cięcie, polerowanie, obróbkę cieplną i inne metody. Przetworzone obiekty to zazwyczaj części, które zostały wykonane w drodze procesów takich jak wytwarzanie przyrostowe (AM), odlewanie lub kucie. Wewnętrzna struktura tych części może zawierać następujące cechy:
Mikroskopijne wady, takie jak porowatość, brak strefy wtopienia (LOF) w częściach wykonanych metodą wytwarzania przyrostowego lub kurcząca się porowatość i pęknięcia w częściach odlewanych.
Naprężenie szczątkowe to napięcie powstające wewnątrz obiektu w wyniku zmiany temperatury lub fazy. Może to spowodować wygięcie lub rozbicie przedmiotu po obróbce.
Materiały gradientowe i-niejednorodna struktura ziaren to przykłady nierównej organizacji, które mogą zmienić sposób usuwania materiałów podczas przetwarzania.
Ingerencje w obróbkę końcową- mogą modyfikować te wewnętrzne struktury pod wpływem nacisków mechanicznych, uderzeń termicznych lub reakcji chemicznych, powodując pogorszenie wydajności lub zwiększone ryzyko awarii.
2, Efekt i studium przypadku typowych procedur
1. Cięcie mechaniczne: odpuszczenie naprężeń i aktywacja defektów
Kiedy narzędzie i część wchodzą w bezpośredni kontakt podczas obróbki mechanicznej (takiej jak frezowanie i toczenie), materiał jest usuwany. Może to spowodować następujące zmiany w wewnętrznej strukturze części:
Redystrybucja naprężeń szczątkowych: Siły skrawania mogą wpływać na stan naprężeń powierzchniowych części i potencjalnie powodować powstawanie wewnętrznych mikropęknięć. Na przykład producent samolotów zaobserwował, że naprężenie szczątkowe ostrzy ze stopu tytanu wytworzonych w procesie wytwarzania przyrostowego spadło z -150 MPa do +80 MPa po frezowaniu. Zmniejszyło to ich trwałość zmęczeniową o 30%.
Rozprzestrzenianie się defektów: Wibracje cięcia mogą powodować, że małe dziury lub obszary niepełnego stopienia wewnątrz materiału przekształcą się w duże pęknięcia. Badania wskazują, że po-zgrubnym frezowaniu porowatość komponentów ze stopów aluminium wytwarzanych przy użyciu laserowego topienia w złożu proszkowym (LPBF) wzrasta z 0,5% do 1,2%, podczas gdy odporność na pękanie zmniejsza się o 25%.
Odpowiedź:
Stosuj ultra-precyzyjną obróbkę (np. jedno-toczenie diamentowe), aby zmniejszyć siłę skrawania. Przed cięciem przeprowadzić obróbkę cieplną (np. wyżarzanie odprężające), aby wyrównać naprężenia wewnętrzne. Zoptymalizuj ścieżkę narzędzia, aby trzymać się z dala od miejsc, w których zwykle narastają wibracje.
2. Obróbka cieplna: zmiany w organizacji i stabilności wymiarów
Zmiana stanu fazowego materiałów poprzez obróbkę cieplną (taką jak hartowanie, odpuszczanie i prasowanie izostatyczne na gorąco) może poprawić wydajność, ale może również powodować:
Odkształcenie spowodowane przemianą fazową: Wzrost objętości występujący podczas przemiany martenzytycznej może spowodować zmianę kształtu kawałków. Na przykład po nawęglaniu i hartowaniu błąd profilu zęba określonego koła zębatego pojazdu wzrósł z ± 0,02 mm do ± 0,05 mm.
Porowatość indukowana termicznie (TIP): Po prasowaniu izostatycznym na gorąco (HIP) pory gazu obojętnego mogą ponownie wzrosnąć w częściach wykonanych przy użyciu dodatków. Badania wskazują, że po-HIP, jeśli czas wyżarzania stopu Ti-6Al-4V przekracza 4 godziny, porowatość może wzrosnąć o 0,3%.
Odpowiedź:
Stosowanie hartowania stopniowanego lub hartowania izotermicznego w celu monitorowania tempa zmiany fazowej;
Aby zatrzymać TIP,-dostosuj parametry procesu HIP (takie jak temperatura, ciśnienie i czas).
Naprężenia są odprowadzane w procesie „obróbki zgrubnej → obróbki cieplnej → obróbki precyzyjnej”, który łączy obróbkę cieplną i obróbkę skrawaniem.
3. Wzmocnienie powierzchni: szczątkowe naprężenia ściskające i wytrzymałość zmęczeniowa
techniki wzmacniania powierzchni, takie jak śrutowanie i walcowanie, powodują dodatkowe naprężenia ściskające, co zwiększa trwałość zmęczeniową. Jednak te techniki mogą również powodować:
Uszkodzenia powierzchni: Zbyt mocne śrutowanie może spowodować mikropęknięcia lub rozdrobnienie słojów na powierzchni. Przykładowo po śrutowaniu chropowatość powierzchni konkretnego wału silnika lotniczego wzrosła z Ra1,6 µm do Ra0,4 µm, natomiast głębokość źródła pęknięcia zmęczeniowego wzrosła o 0,1 mm.
Brak równowagi gradientu naprężeń: Gdy warstwa resztkowego naprężenia ściskającego i naprężenia matrycy nie pasują do siebie, może to spowodować rozwarstwienie. Badania wskazują, że elementy ze stopów aluminium poddane procesowi śrutowania laserowego (LSP) są podatne na mikropęknięcia na styku, gdy głębokość szczątkowego naprężenia ściskającego przekracza 0,5 mm.
Odpowiedź:
Kontrolować intensywność śrutowania (na przykład poprzez pomiar pokrycia próbki Almen); stosować procedury wzmacniania kompozytów (na przykład śrutowanie i walcowanie), aby zrównoważyć gradienty naprężeń; i wykorzystaj symulację numeryczną, aby znaleźć najlepsze parametry procesu.
3, Zarządzanie ryzykiem: od zaprojektowania procedury do śledzenia jej online
Branża musi stworzyć dokładny system kontroli procesu, aby ograniczyć szkody, jakie obróbka końcowa wyrządza-strukturze wewnętrznej.
Na etapie projektowania procesu wybierz kombinację-procesów przetwarzania końcowego, która odpowiada potrzebom materiałowym, strukturalnym i wydajnościowym części. Na przykład polerowanie elektrolityczne HIP+ jest lepsze niż bezpośrednie polerowanie mechaniczne w przypadku przedmiotów wykonanych metodą wytwarzania przyrostowego.
Skorzystaj z analizy elementów skończonych (FEA), aby dowiedzieć się, jak rozkładają się naprężenia i jak elementy będą zmieniać kształt podczas obróbki. Pewna firma zastosowała symulację w celu ulepszenia ustawień frezowania, co zmniejszyło odkształcenie obróbkowe części ze stopu tytanu z 0,15 mm do 0,03 mm.
Etap realizacji do przetworzenia:
Korzystanie z inteligentnych narzędzi monitorujących, takich jak czujniki emisji akustycznej i siły skrawania, w celu uzyskiwania informacji w czasie rzeczywistym- o przebiegu obróbki. Na przykład pewien producent obrabiarek wynalazł „adaptacyjny system cięcia”, który może zmieniać prędkość posuwu w locie, aby uniknąć nadmiernych wibracji.
Korzystaj z kontroli w-pętli zamkniętej i zmieniaj parametry procesu w zależności od danych z wykrywania online. Jeśli firma lotnicza używa interferometru laserowego do pomiaru chropowatości powierzchni, a następnie automatycznie dostosowuje nacisk polerowania.
Etap kontroli jakości:
Używaj metod badań nieniszczących (NDT), takich jak rentgenowska tomografia komputerowa- i badania ultradźwiękowe, aby znaleźć problemy wewnątrz obiektu. Badania pokazują, że przemysłowa tomografia komputerowa może znaleźć pory o szerokości 0,02 mm z dokładnością do 98%.
Skonfiguruj łańcuch przetwarzania danych testowych i wykorzystaj uczenie maszynowe, aby odgadnąć, jak długo wytrzyma dana część. Na przykład dana firma może wykorzystać dane z przeszłości do wytrenowania modelu, który będzie w stanie przewidzieć prawdopodobieństwo awarii zmęczeniowej przekładni z sześciomiesięcznym wyprzedzeniem.