Hur uppnår man hög-precisionstolerans genom efter-bearbetning?

一, Teknisk princip: En toleranskorrigeringsmekanism som arbetar med olika fysiska fält för att fungera tillsammans.
Efter-bearbetningsteknik använder de kombinerade effekterna av mekaniska, kemiska, termodynamiska och andra fysikaliska fält för att förändra mikrostrukturen och förbättra prestandan hos delar som har bearbetats. Det finns tre huvudgrupper av dess nyckelprinciper:
Fixering av mekanisk spänningsminskning
När du bearbetar metallbitar kommer de att skapa restspänningar, vilket gör att de ändrar form. Till exempel, efter lasersmältning, kan den inre spänningen hos titanlegeringsdelar gjorda med 3D-utskrift vara så hög som 200 till 300 MPa. Toleransavvikelsen kan vara mer än 0,05 mm om spänningsreduktion inte görs. Genom att applicera vibrationer vid en viss frekvens (vanligtvis mellan 15 och 100 Hz), omorganiserar vibrationsåldringsteknologi de mikroskopiska kornen och påskyndar spänningsfrigöringshastigheten till över 85 %. En tysk flyg- och rymdtillverkare använde denna metod, och kvalificeringsgraden för satellitdelar gick från 85 % till 95 %. Toleransfluktuationsområdet skars också ner till ± 0,003 mm.
Selektiv korrigering av kemisk upplösning
Genom att justera hastigheten för anodisk upplösning gör elektrolytisk poleringsteknik ytans mikrogeometriska morfologi mer enhetlig. Till exempel kan behandling av det inre hålrummet i 316L rostfritt stål i en fosforsyra- och svavelsyrablandad elektrolyt med en spänning på 15V under 3 minuter sänka ytjämnheten från Ra2,5 μm till Ra0,4 μm och fixera toleransavvikelsen från ± 5 ± 0,02 mm till ± 0,02 mm till ± 0,02 mm. Detta tillvägagångssätt fungerar bäst på komplicerade inre kavitetsstrukturer, som mikrohålsbehandlingen av bilbränsleinsprutare, som kan bli av med överblivna grader från bearbetning och se till att bränsleinsprutningen är jämn.
Korrigering av termodynamiska fasövergångar
Värmebehandlingstekniken förändrar materialets kristallstruktur genom att hantera värme- och kylkurvan, som fixerar dimensionstoleranser. T6 termisk behandling (540 graders lösning + 175 graders åldring) kan till exempel minska den linjära expansionskoefficienten för aluminiumlegeringsdelar med 12 % och förbättra deras dimensionella stabilitet med 30 %. Denna procedur används av en amerikansk motortillverkare för att behandla turbinskivor. Den minskar toleransintervallet från ± 0,03 mm till ± 0,01 mm och förlänger utmattningslivslängden till 2,5 gånger originalet.
2, Processimplementering: exakta svar för varje situation
1. Bearbetning av metallföremål som 3D-printades
Metall 3D-utskriftstekniker som SLM och EBM kan skapa komplicerade strukturer, men ytråheten är normalt Ra10-20 μm, och det finns problem som oförmält pulver. För att reglera toleranser efter bearbetning måste du göra tre saker:
För att ta bort stödstrukturen, använd vattenskärning eller elektrisk urladdningsbearbetning (EDM). Detta kommer att förhindra att formen förändras på grund av mekanisk fastspänning. Till exempel använder GE Aviation EDM för att exakt ta bort stöd och hålla toleransfel inom ± 0,008 mm vid tillverkning av bränslemunstycken för LEAP-motorer.
Behandling för ytförtätning: Varmisostatisk pressning (HIP) används på porösa material. Efter 4 timmars behandling vid 1200 grader och 150 MPa kan porositeten minskas från 5 % till 0,1 %, och graden av dimensionell krympning kan hållas vid 0,3 % till 0,5 %, vilket säkerställer noggrannhet i toleranser.
Precisionspolering: Genom att använda slipande flödespoleringsteknik kan grovheten i den inre kaviteten minskas från Ra12 μm till Ra0,8 μm genom att behandla den med slipmedel av kiselkarbid vid ett tryck på 0,5 MPa i 10 minuter. Toleransfluktuationen måste vara under ± 0,005 mm.
2. Efter bearbetning av CNC-bearbetade komponenter
Även om CNC-bearbetning kan vara mycket exakt, kan saker som verktygsslitage och termisk distorsion fortfarande orsaka toleransfel. Efter-bearbetning måste integreras med följande teknologier:
Intelligent verktygskompensation: Sensorer håller ett öga på variationer i verktygsdiameter i realtid och anpassar automatiskt skärvägarna. Till exempel kan Fanuc CNC-systemet automatiskt fixa koordinatvärdena när verktyget slits med 0,03 mm, och se till att bländartoleransen stannar vid ± 0,005 mm.
Låg-temperaturkylningsbehandling: Spraya flytande kväve vid -40 grader under bearbetningen kontinuerligt för att förhindra att arbetsstyckets temperatur ändras med mer än 2 grader. Detta hindrar arbetsstycket från att expandera för mycket och orsaka dimensionsvariationer. Toleranscertifieringsgraden för tunnväggiga delar ökade från 78 % till 95 % efter att ett japanskt företag som tillverkar precisionsdetaljer använt denna metod.
Kalibrering med en laserinterferometer: Använd en laserinterferometer regelbundet för att kontrollera hur exakt verktygsmaskinen är placerad och fixa eventuella geometriska fel med hjälp av kompensationsalgoritmer. Efter kalibrering, till exempel, kan noggrannheten för den rumsliga placeringen av ett fem-bearbetningscenter gå från 0,015 mm/1 000 mm till 0,005 mm/1 000 mm.
3. Efter behandling av kompositmaterialdelar
Efter bearbetning kommer kompositmaterial (sådana plaster förstärkta med kolfiber) sannolikt att ha fel som delaminering och grader. Toleranskontroll måste göras genom-efterbehandling.
Ultraljudsrengöring: Rengöring med ultraljudsvågor med en frekvens på 40 kHz under 10 minuter kan bli av med mer än 90 % av processrester. Detta stoppar inbäddning av partiklar under monteringen från att orsaka toleransavvikelser.
Laserpolering: Använd en nanosekundlaser (pulsbredd 100 ns) för att mikro-bearbeta kanterna, ta bort mellan 0,001 och 0,005 mm material och fixera toleransvariationen från ± 0,05 mm till ± 0,01 mm.
Vakuum varmpressningsbehandling: Varmpressning i 30 minuter vid 180 grader och 5 MPa i vakuum kan bli av med spänningskoncentration i kompositmaterialet och göra det 40% stabilare storleksmässigt.
3, Industriapplikation: vanliga exempel inom den avancerade tillverkningssektorn
1. Flyg- och rymdområdet
Efter att SLM-tekniken har använts för att tillverka motorbladen på Boeing 787 Dreamliner, används följande efter-bearbetningssteg för att reglera toleranserna:
För HIP-behandling, värm materialet till 1250 grader och 170 MPa i 6 timmar för att bli av med inre porer och hålla storlekskrympningshastigheten på 0,4%.
Elektrolytisk polering: Använd en fosfatbaserad-elektrolyt med 12V spänning i 5 minuter för att göra ytan slätare, från Ra15 μm till Ra0,2 μm, och fixera toleransavvikelsen från ± 0,03 mm till ± 0,005 mm.
Lasermätning: En tre-koordinatmätmaskin (CMM) används för att kontrollera blad i full storlek, och omvänd konstruktion utförs för att fixera bearbetningsvägen så att toleranserna blir rätt.
2. I branschen för att tillverka bilar
Vid tillverkningen av hybridtransmissionsventilhus använder Toyota följande efterbearbetningsmetoder:-
Elektrolytisk gradning: Använd en strömtäthet på 10A/cm² i NaCl-elektrolyt i 2 minuter för att bli av med grader vid tvärhålen och se till att hydraulsystemet är tätt.
Slipande flödespolering: Använd slipmedel av 800 mesh kiselkarbid vid ett tryck på 0,3 MPa i 3 minuter för att göra den inre håligheten mindre grov, från Ra3,2 μm till Ra0,4 μm, med ett toleransintervall på mindre än ± 0,008 mm.
Onlinedetektering: Lägga till en laserskanner till bearbetningslinjen för att hålla ett öga på bländarstorleken i realtid, ändra bearbetningsparametrarna baserat på återkopplingskontroll och höja toleranspassfrekvensen till 99,2 %.
3. Medicintekniska produkter
Följande efter-bearbetningssteg hjälper Johnson&Johnson DePuy Synthes att tillverka acetabulära koppar som är både biokompatibla och exakta när det gäller tolerans:
Elektrolytisk polering: Sänk ytjämnheten på Ti6Al4V-substratet från Ra3,2 μm till Ra0,2 μm och bli av med partiklarna som inte smälte samman under SLM-gjutning.
Mikrobågeoxidation: Använd en 300V spänning i en silikatelektrolyt i 5 minuter för att göra en 20 μm tjock oxidbeläggning som innehåller hydroxiapatit. Detta gör benbindningsstyrkan 40 % starkare och håller toleransavvikelsen inom ± 0,005 mm.
Aseptisk förpackning: Delar steriliseras med etylenoxid för att säkerställa att de uppfyller ISO 13485-standarderna innan de sätts ihop. Detta hindrar kontaminering från att ändra storleken på delarna.