Hur uppnår man ytbehandling av den inre kavitetsstrukturen?

一, Teknisk princip: Ytmodifiering genom kombinerade effekter av flera fysiska fält
Huvudmålet med ytbehandling av inre kavitetsstrukturer är att öka prestanda och optimera ytmorfologi via mekaniska, kemiska eller kompositmetoder. Det finns tre huvudgrupper av tekniska principer:
Mekanisk borttagningstyp: använder mikroskärningseffekten av slipande partiklar för att bli av med lager av ytdefekter. Slipande flödespoleringsmetod, till exempel, använder halv-solid polymer slipmedel som flyter under tryck för att polera komplicerade strukturer som tvärhål och inre håligheter jämnt, vilket resulterar i en ytråhet på Ra0,1 μm.
Typ av kemisk upplösning: Denna typ av kemisk upplösning använder idéerna om elektrokemi eller kemisk korrosion för att selektivt eliminera stötar från ytan. Elektrolytisk poleringsteknik styr takten för anodupplösningen för att göra ytans mikrogeometriska morfologi jämnare. Det gör också en tjock oxidfilm för att göra ytan mer motståndskraftig mot korrosion. Behandlingen av den inre kaviteten i 316L rostfritt stål kan sänka grovheten från Ra6 μm ​​till Ra0,2 μm.
Kompositarmeringstyp: Att göra en funktionellt graderad yta genom att använda både fysisk avsättning och kemisk modifiering. Till exempel, PVD (Physical Vapour Deposition)-teknik sätter TiN-beläggning i formhåligheten. Denna beläggning är upp till 2200HV hård och tre gånger mer motståndskraftig mot slitage. Tekniken för infiltration av sällsynta jordartsmetaller lägger till element som Ce och La under nitreringsprocessen för att göra infiltrationsskiktet 40 % djupare, vilket avsevärt förbättrar utmattningsmotståndet.
2, Processimplementering: exakta svar för varje situation
1. Polering av inre hålrum med djupa hål: en innovativ användning av slipande flödesteknik
Traditionella poleringsmetoder fungerar inte bra på strukturer med djupa hål som den inre håligheten i flygplansmotorblad och bilbränsleinjektorer eftersom de är svåra att komma till och inte fungerar särskilt bra. Den slipande flödestekniken gör framsteg genom att använda följande nya idéer:
Medium optimering: En halv-slipande blandning av kiselkarbidpartiklar och polymerbärare används för att säkerställa att den kan skära och inte repar ytan.
Kanaldesign: Genom att använda beräkningsvätskedynamik (CFD) för att simulera och förbättra verktygskanalen, kan vi säkerställa att den slipande flödeshastigheten i 0,3 mm mikroporerna är mer än 95 % enhetlig.
Kontroll av parametrar: Vid behandling av den inre kaviteten hos en viss typ av turbinblad kan till exempel grovheten minskas från Ra3,2 μm till Ra0,4 μm efter tre cykler (5 minuter vardera). Trycket är 0,5 MPa och flödet är 15 mm/s.
2. För komplex hålighetsgradning, använd en elektrokemisk och mekanisk kompositmetod.
När du tar bort grader från tvärhålsstrukturer som transmissionsventilhus och hydrauliska ventilblock måste du hitta en kompromiss mellan hastighet och kvalitet. Ett företag kom med processen "elektrokemisk avgradning+slipande flödespolering":
Elektrokemiskt steg: En 10% NaCl-lösning används som elektrolyt, och en pulsströmförsörjning med en frekvens på 10kHz och en arbetscykel på 30% används för att avlägsna 90% av graderna vid en strömtäthet på 0,5A/cm². Processen tar inte mer än 2 minuter.
Slipningspartikelflödessteget använder 800 mesh kiselkarbidslipmedel för att polera i 2 minuter vid ett tryck på 0,3 MPa. Detta tar bort elektrokemiska rester och lämnar en ytkvalitet på Ra0,2 μm.
3. Göra insidan av kaviteten motståndskraftig mot korrosion: med både elektrolytisk polering och beläggningsteknik
Insidan av implantat för medicintekniska produkter, inklusive proteser, måste vara både biokompatibla och korrosionsbeständiga. Ett företag använder processen med "elektrolytisk polering + DLC (diamant-liknande kol) beläggning":
Elektrolytisk polering: Genom att använda en spänning på 15V och en ström på 20A i 5 minuter i en fosforsyra- och svavelsyrablandad elektrolyt, minskas ytråheten hos Ti6Al4V från Ra1,6 μm till Ra0,08 μm och en 100 nm tjock oxidbeläggning.
DLC-beläggning: En 2 μm tjock DLC-beläggning appliceras med hjälp av magnetronförstoftningsteknik. Hårdheten närmar sig 20 GPa, friktionskoefficienten sänks till 0,05 och korrosionsbeständigheten ökas med 10 gånger i en simulerad kroppsvätskemiljö.
3, Användning i näringslivet: vanliga exempel i den avancerade tillverkningssektorn
1. Flyg- och rymdområdet
Selektiv lasersmältningsteknik (SLM) används av GE Aviation för att tillverka bränslemunstycken för LEAP-motorer. Efter att ha gjorts poleras den inre flödeskanalen med slipande flöde för att göra ytan jämnare (från Ra12 μm till Ra0,8 μm), göra bränsleflödet jämnare (med 8%) och göra motorn mer bränsleeffektiv (med 1,5%).
2. I branschen för att tillverka bilar
Bosch har kommit på ett nytt sätt att rengöra och polera oljepumpens högtrycksutrymme- i common rail-systemet. Den använder både ultraljudsrengöring och elektrolytisk polering.
Ultraljudsrengöring: För att bli av med överbliven skärvätska från bearbetning, rengör i 10 minuter med en frekvens på 40kHz och en effekt på 100W.
Elektrolytisk polering: Använd en fosfatbaserad-elektrolyt och 12V spänning i 3 minuter för att göra hålrummet i 316L rostfritt stål mindre grovt (från Ra2,5 μm till Ra0,4 μm) och öka varaktigheten den tål saltstänkkorrosion (från 5000 timmar).
3. Området medicintekniska produkter
Johnson&Johnson DePuy Synthes gör acetabulära koppar med metoden "elektrolytisk polering+mikrobågeoxidation".
Elektrolytisk polering: Sänk ytjämnheten på Ti6Al4V-substratet från Ra3,2 μm till Ra0,2 μm och bli av med de osammansatta partiklarna som gjordes under SLM-gjutning.
Mikrobågeoxidation: En 20 μm tjock oxidbeläggning med hydroxiapatit görs i en silikatelektrolyt genom att applicera 300V i 5 minuter. Implantatets överlevnadsgrad är 99,2 %, och styrkan på benbindningen förstärks med 40 %.