Kommer ytbehandling att påverka deltoleranser?

1. Sambandet mellan olika typer av ytbehandling och deras effekter på tolerans
Det finns fyra huvudtyper av ytbehandlingsprocesser: ytmodifiering, ytlegering, ytomvandlingsbeläggning och ytbeläggning. Omfattningen av inverkan av olika processer på toleranser varierar avsevärt.
Teknik för att förändra ytan
Sandblästring gör till exempel ytan strävare genom att träffa den med höghastighetssandpartiklar-, men det kan göra delen mindre med 0,01–0,03 mm. Valsning härdar ytan genom att ändra dess form, vilket kan göra diametern på axeldelarna större med 0,005–0,015 mm. Laserfastransformationsförstärkning har nästan ingen effekt på storleken eftersom dess värme-påverkade zon är så liten.
Teknik för ytlegering
Förkolning och nitrering gör legeringsskikt genom diffusion. Flytande nitrering kommer att göra skaftet 0,01 mm bredare och öppningen 0,01 mm smalare, så du måste lämna ett utrymme på 0,01 mm på ena sidan under bearbetningen. Jonnitridering, å andra sidan, kan hålla storleksförändringen inom ± 0,002 mm utan att använda en flytande fas.
Teknik för ytomvandlingsbeläggning
Fosfatbehandling skapar en fosfatfilm på ytan av stål som vanligtvis är 2 till 10 μm tjock och har en liten effekt på toleranserna. Å andra sidan skapar anodisering (som hårdanodisering av aluminiumlegeringar) en oxidfilm som är 30 till 50 μm tjock, vilket gör delarna större i en riktning. För att kompensera för detta måste strategin "lägre skillnad mindre" användas.
Teknik för att täcka ytor
Tjockleken på elektropläteringsskiktet har en direkt effekt på toleransen. Till exempel, om skruvlängden är mindre än eller lika med fem gånger diametern, bör den maximala beläggningstjockleken hållas till 8 μm. Om det inte är det, behövs en icke-standard stoppmätareinspektion. Tjockleken på det varmförzinkade skiktet är 30–80 μm, vilket kommer att ändra stigningsdiametern på fästelementen mycket. För att se till att de passar måste för-måtten ändras.
2. Den lilla mekanismen för toleransförändringar och branschdata
Det finns tre huvudsakliga fysiska och kemiska processer som påverkar toleranserna när du behandlar ytan:
Förändring i volym och fas av materialet
När stål svärtas, genererar det ett Fe∝₄-oxidskikt som gör att volymen expanderar med 1,3 gånger, vilket orsakar ytutsprång. När en aluminiumlegering anodiseras för att bilda Al ₂ O ∝, krymper volymen med cirka 15 %, vilket kan orsaka mikrosprickor.
Anisotropi vid avsättning av beläggningar
Under galvaniseringsprocessen kan ojämn strömtäthet göra att beläggningen har olika tjocklek. Till exempel är elektropläteringsbeläggningen på invändiga gängor normalt 30 % till 50 % tunnare än den yttre ytan. För att se till att den passar behövs standarden "intern thread tolerance zone maintenance 6H".
Frigör restspänningar under mekanisk bearbetning
Sandblästring ger en tryckkraft på ytan vilket gör att delarna kryper när de används igen. Enligt experiment kan sandblästrade 45# stålaxelkomponenter expandera i diameter med 0,008 mm efter att ha hållits vid 100 grader i 24 timmar.
Data från branschen:
Ett specifikt flygplansföretag säger att storleksvariationen för okompenserade 316L rostfria delar efter elektrisk polering är 12 %. Genom att lämna ett spelrum på 0,02 mm har kvalificeringsgraden gått upp till 98 %.
Bilsektorn har strikta regler om hur stor tolerans galvaniserade bultar kan ha. För M12-bultar måste beläggningstjockleken hållas mellan 8 och 2 μm, annars ändras vridmomentkoefficienten med mer än 15 %.
3. Vanliga problem och deras lösningar i branschen
Inom flyg- och rymdområdet
Vid tillverkning av bränslemunstycken för LEAP-motorer använder GE Aviation metoden SLM (Selective Laser Melting) och HIP-behandlingen (Hot Isostatic Pressure). Genom att optimera skanningsstrategin (spiralskanning) och skikttjockleken (30 μm) hålls ytråheten inom Ra12 μm. HIP-behandling tar bort porer (från 0,8% till 0,02%), vilket ökar utmattningslivslängden med tre gånger och uppfyller de strikta toleranskraven i flygstandarder.
Område för medicinsk utrustning
Johnson&Johnson Medical har skapat en sammansatt process som kallas "vakuumglödgning+kemisk polering" för 3D-tryckta höftledsimplantat. Denna process blir av med kvarvarande stress genom att använda vakuumglödgning, och sedan använder den en citronsyra-baserad poleringslösning för att jämna ut ytan från Ra50 μm till Ra0,8 μm samtidigt som den håller den biokompatibel. Denna metod ger implantatet en utmattningslivslängd på mer än 20 år, vilket är mer än vad som behövs på kliniken.
Området för att tillverka bilar
Volkswagen tillverkar motorcylinderblock med en metod som kallas "fosfatering+elektrofores". Grovheten på cylinderns innervägg gick från Ra3,2 μm till Ra0,4 μm genom att ändra tjockleken på fosfateringsfilmen (2–3 μm) och den elektroforetiska beläggningsfilmen (20–25 μm). Detta sänkte också friktionskoefficienten med 30 % och ökade bränsleekonomin med 2 %.
4. Ny teknik och strategier för att kontrollera tolerans
Utformning av omvänd kompensation
Genom att göra en databas över förändringar i storleken på ytbehandlingsprocesser avsätts tillägg under CAD-modelleringsfasen. Ett företag har till exempel tagit fram en "toleransför-kompensationsmodul" för galvaniseringsteknik. Denna modul kan automatiskt ändra modellstorleken baserat på tjockleken på beläggningen, vilket höjer den första genomgångshastigheten till 95 %.
Detektering och sluten-slingkontroll över internet
Med hjälp av 3D-skanningsteknik kan du se förändringar i storlek i realtid efter ytbehandling. Siemens "digital twin"-teknologi kan till exempel göra virtuell monteringsverifiering på galvaniserade delar, vilket minskar risken för toleransavvikelse med 70 %.
Ny metod för behandling av ytor
Plasma elektrolytisk oxidation (PEO) gör en keramisk film på ytan av aluminiumlegering. Filmens tjocklek kan styras mellan 5 och 200 μm, och noggrannheten på dimensionerna är ± 1 μm. Det har använts i de strukturella delarna av rymdfarkoster.
Kallsprutningsteknik: Den här metoden använder höghastighets-påverkan av fasta partiklar för att avsätta beläggningar. Den värmepåverkade zonen är mindre än 50 μm, vilket gör den bra för att fixera och förstärka exakta delar.