İşlem sonrası-işleme yoluyla yüksek-hassasiyet toleransına nasıl ulaşılır?

一, Teknik prensip: Birlikte çalışmak üzere farklı fiziksel alanlarla çalışan bir tolerans düzeltme mekanizması.
İşlem sonrası teknolojisi, mikro yapıyı değiştirmek ve işlenen parçaların performansını iyileştirmek için mekanik, kimyasal, termodinamik ve diğer fiziksel alanların birleşik etkilerini kullanır. Temel ilkelerinin üç ana grubu vardır:
Mekanik stres azaltmanın düzeltilmesi
Metal parçaları işlediğinizde, bunlar şekil değiştirmelerine neden olacak artık gerilim yaratacaktır. Örneğin, lazerle eritmenin ardından, 3D baskıyla yapılan titanyum alaşımlı parçaların iç gerilimi 200 ila 300 MPa kadar yüksek olabilir. Gerilme azaltımı yapılmazsa tolerans sapması 0,05 mm'den fazla olabilir. Titreşimi belirli bir frekansta (tipik olarak 15 ila 100 Hz arasında) uygulayarak, titreşim yaşlandırma teknolojisi mikroskobik tanecikleri yeniden düzenler ve gerilim giderme oranını %85'in üzerine çıkarır. Bir Alman havacılık üreticisi bu yöntemi kullandı ve uydu parçalarının yeterlilik oranı %85'ten %95'e çıktı. Tolerans dalgalanma aralığı da ± 0,003 mm'ye düşürüldü.
Kimyasal çözünmenin seçici düzeltilmesi
Elektrolitik parlatma tekniği, anodik çözünme hızını ayarlayarak yüzeyin mikro geometrik morfolojisini daha düzgün hale getirir. Örneğin, 316L paslanmaz çeliğin iç boşluğunun 15V voltajla fosforik asit ve sülfürik asit karışımı elektrolit içinde 3 dakika süreyle işlenmesi, yüzey pürüzlülüğünü Ra2,5 μm'den Ra0,4 μm'ye düşürebilir ve tolerans sapmasını ± 0,02 mm'den ± 0,005 mm'ye sabitleyebilir. Bu yaklaşım, işlemeden kaynaklanan artık çapakları ortadan kaldırabilen ve yakıt enjeksiyonunun eşit olmasını sağlayan, araba yakıt enjektörlerinin mikro delik işlemi gibi karmaşık iç boşluk yapılarında en iyi sonucu verir.
Termodinamik faz geçişlerinin düzeltilmesi
Isıl işlem tekniği, boyut toleranslarını sabitleyen ısıtma ve soğutma eğrisini yöneterek malzemenin kristal yapısını değiştirir. Örneğin, T6 ısıl işlemi (540 derece çözüm + 175 derece yaşlanma), alüminyum alaşımlı parçaların doğrusal genleşme katsayısını %12 oranında azaltabilir ve boyutsal stabilitelerini %30 oranında artırabilir. Bu prosedür, ABD'li bir motor üreticisi tarafından türbin disklerini işlemek için kullanılıyor. Tolerans dalgalanma aralığını ± 0,03 mm'den ± 0,01 mm'ye kadar keser ve yorulma ömrünü orijinalin 2,5 katına kadar uzatır.
2, Süreç uygulaması: her durum için kesin cevaplar
1. 3D baskılı metal eşyaların işlenmesi
SLM ve EBM gibi metal 3D baskı teknolojileri karmaşık yapılar oluşturabilir ancak yüzey pürüzlülüğü normalde Ra10-20 μm'dir ve erimemiş toz gibi sorunlar vardır. İşleme sonrasında toleransları düzenlemek için üç şey yapmanız gerekir:
Destek yapısını çıkarmak için su jeti ile kesme veya elektrik deşarjlı işleme (EDM) kullanın. Bu, mekanik sıkıştırma nedeniyle şeklin değişmesini önleyecektir. Örneğin GE Aviation, LEAP motorları için yakıt nozulları yaparken destekleri hassas bir şekilde çıkarmak ve tolerans hatalarını ± 0,008 mm dahilinde tutmak için EDM'yi kullanıyor.
Yüzey yoğunlaştırma işlemi: Gözenekli malzemelere sıcak izostatik presleme (HIP) uygulanır. 1200 derece ve 150 MPa'da 4 saatlik işlemden sonra gözeneklilik %5'ten %0,1'e düşürülebilir ve boyutsal büzülme oranı %0,3 ila %0,5 arasında tutulabilir, bu da toleranslarda doğruluk sağlar.
Hassas parlatma: Aşındırıcı akışlı parlatma teknolojisi kullanılarak, iç boşluğun pürüzlülüğü, 0,5MPa basınçta silisyum karbür aşındırıcı ile 10 dakika süreyle işlenerek Ra12 μm'den Ra0,8 μm'ye düşürülebilir. Tolerans dalgalanması ± 0,005 mm'nin altında kalmalıdır.
2. CNC ile işlenmiş bileşenleri işledikten sonra
CNC işleme çok hassas olsa da takım aşınması ve termal bozulma gibi şeyler yine de tolerans hatalarına neden olabilir. Son-işlemenin sonraki teknolojilerle entegre edilmesi gerekir:
Akıllı takım telafisi: Sensörler, takım çapındaki değişiklikleri gerçek zamanlı olarak izler ve kesme yollarını otomatik olarak uyarlar. Örneğin, Fanuc CNC sistemi, takım 0,03 mm kadar aşındığında koordinat değerlerini otomatik olarak sabitleyebilir ve açıklık toleransının ± 0,005 mm'de kalmasını sağlar.
Düşük-sıcaklıkta soğutma işlemi: İşleme sırasında, iş parçasının sıcaklığının 2 dereceden fazla değişmesini önlemek için sürekli olarak -40 derecede sıvı nitrojen püskürtün. Bu, iş parçasının çok fazla genişlemesini ve boyutsal değişikliğe neden olmasını önler. Hassas parçalar üreten bir Japon şirketinin bu yöntemi kullanmasının ardından ince duvarlı parçaların tolerans sertifikasyon oranı %78'den %95'e çıktı.
Lazer interferometre ile kalibrasyon: Takım tezgahının ne kadar doğru konumlandırıldığını kontrol etmek ve telafi algoritmaları kullanarak geometrik hataları düzeltmek için düzenli olarak bir lazer interferometre kullanın. Örneğin kalibrasyondan sonra, beş-eksenli bir işleme merkezinin uzamsal yerleşiminin doğruluğu 0,015 mm/1000 mm'den 0,005 mm/1000 mm'ye çıkabilir.
3. Kompozit malzeme parçalarının işlenmesinden sonra
İşleme sonrasında kompozit malzemelerin (karbon fiberle güçlendirilmiş plastikler gibi) tabakalara ayrılma ve çapak gibi kusurlara sahip olması muhtemeldir. Tolerans kontrolü, sonradan-işleme yoluyla yapılmalıdır.
Ultrasonik temizleme: 10 dakika boyunca 40 kHz frekansta ultrasonik dalgalar kullanılarak yapılan temizlik, işlem kalıntılarının %90'ından fazlasını ortadan kaldırabilir. Bu, montaj sırasında parçacık gömülmesinin tolerans sapmasına neden olmasını engeller.
Lazer parlatma: Kenarları mikro-işlemek için nanosaniyelik bir lazer (darbe genişliği 100ns) kullanmak, 0,001 ile 0,005 mm arasında malzeme çıkarmak ve tolerans değişimini ± 0,05 mm'den ± 0,01 mm'ye sabitlemek.
Vakumlu sıcak presleme işlemi: Vakumda 180 derecede ve 5 MPa'da 30 dakika sıcak presleme, kompozit malzemedeki stres konsantrasyonundan kurtulabilir ve onu boyut açısından %40 daha stabil hale getirebilir.
3, Endüstri uygulaması: üst düzey{1}}üretim sektöründeki yaygın örnekler
1. Havacılık alanı
Boeing 787 Dreamliner'ın motor kanatlarını yapmak için SLM teknolojisi kullanıldıktan sonra, toleransları düzenlemek için aşağıdaki-son işlem adımları kullanılır:
HIP tedavisi için malzemeyi 1250 derece ve 170 MPa'ya 6 saat ısıtarak iç gözeneklerden kurtulun ve boyut küçülme oranını %0,4'te tutun.
Elektrolitik parlatma: Ra15 μm'den Ra0,2 μm'ye giderek yüzeyi daha pürüzsüz hale getirmek için 5 dakika süreyle 12V voltajlı fosfat-bazlı bir elektrolit kullanın ve tolerans sapmasını ± 0,03 mm'den ± 0,005 mm'ye sabitleyin.
Lazer ölçümü: Bıçakları tam boyutta kontrol etmek için üç-koordinatlı bir ölçüm makinesi (CMM) kullanılır ve toleransların doğru olması için işleme rotasını sabitlemek amacıyla tersine mühendislik uygulanır.
2. Araba yapma işinde
Toyota, hibrit şanzıman valf gövdelerinin yapımında aşağıdaki-son işleme yöntemlerini kullanır:
Elektrolitik çapak alma: Çapraz deliklerdeki çapakları gidermek için NaCl elektrolitte 10A/cm² akım yoğunluğunu 2 dakika boyunca kullanın ve hidrolik sistemin sızdırmaz olduğundan emin olun.
Aşındırıcı akışlı cilalama: ± 0,008 mm'den daha düşük bir tolerans aralığıyla Ra3,2 μm'den Ra0,4 μm'ye giderek iç boşluğu daha az pürüzlü hale getirmek için 0,3MPa basınçta 800 mesh silikon karbür aşındırıcıyı 3 dakika kullanın.
Çevrimiçi algılama: Açıklık boyutunu gerçek zamanlı olarak takip etmek için işleme hattına bir lazer tarayıcı eklenmesi, geri bildirim kontrolüne göre işleme parametrelerinin değiştirilmesi ve tolerans geçiş oranının %99,2'ye yükseltilmesi.
3. Tıbbi cihaz alanı
Aşağıdaki-işleme sonrası adımları, Johnson&Johnson DePuy Synthes'in hem biyolojik olarak uyumlu hem de tolerans açısından doğru olan asetabuler kaplar oluşturmasına yardımcı olur:
Elektrolitik parlatma: Ti6Al4V substratının yüzey pürüzlülüğünü Ra3,2 μm'den Ra0,2 μm'ye düşürün ve SLM kalıplama sırasında kaynaşmayan parçacıklardan kurtulun.
Mikro ark oksidasyonu: Hidroksiapatit içeren 20 μm kalınlığında bir oksit kaplama yapmak için silikat elektrolitte 300 V voltajı 5 dakika boyunca kullanın. Bu, kemik bağlanma mukavemetini %40 daha güçlü hale getirir ve tolerans sapmasını ± 0,005 mm dahilinde tutar.
Aseptik paketleme: Parçalar bir araya getirilmeden önce ISO 13485 standartlarını karşıladıklarından emin olmak için etilen oksitle sterilize edilir. Bu, kirlenmenin parçaların boyutunu değiştirmesini önler.