Sonradan-işleme iç yapıya zarar verir mi?

一, Teknik prensip: İşlem sonrası-makine işlemedeki temel sorun
Son-işlemenin temel amacı kesme, cilalama, ısıl işlem ve diğer yöntemlerle parçaların yüzey kalitesini, boyutsal doğruluğunu veya mekanik niteliklerini iyileştirmektir. İşlenen nesneler genellikle eklemeli imalat (AM), döküm veya dövme gibi prosedürlerle yapılan parçalardır. Bu parçaların iç yapısı aşağıdaki özellikleri içerebilir:
Gözeneklilik, katmanlı imalat kullanılarak yapılan parçalarda füzyon bölgesinin (LOF) bulunmaması veya döküm parçalarda gözenekliliğin daralması ve çatlaklar gibi mikroskobik kusurlar.
Artık stres, sıcaklık veya fazdaki bir değişiklik nedeniyle bir nesnenin içinde oluşan gerilimdir. Bu, işlendikten sonra nesnenin bükülmesine veya parçalanmasına neden olabilir.
Kademeli malzemeler ve-tekdüze olmayan tane yapısı, işleme sırasında malzemelerin çıkarılma şeklini değiştirebilecek düzensiz organizasyon örnekleridir.
İşlem sonrası müdahaleler, bu iç yapıları mekanik basınçlar, termal etkiler veya kimyasal reaksiyonlar yoluyla değiştirerek performansın düşmesine veya arıza risklerinin artmasına neden olabilir.
2, Tipik prosedürlerin etkisi ve örnek olay incelemesi
1. Mekanik kesme: stresi ortadan kaldırmak ve kusurları harekete geçirmek
Mekanik kesme (frezeleme ve tornalama gibi) sırasında bir takım ve bir parça doğrudan temas ettiğinde malzeme çıkarılır. Bu, parçanın iç yapısında aşağıdaki değişiklikleri meydana getirebilir:
Artık gerilimin yeniden dağıtılması: Kesme kuvvetleri, parçanın yüzey gerilimi durumunu etkileyebilir ve potansiyel olarak dahili mikro çatlakların oluşmasına neden olabilir. Örneğin bir uçak şirketi, eklemeli imalatla yapılan titanyum alaşımlı bıçakların artık geriliminin frezeleme sonrasında -150MPa'dan +80MPa'ya çıktığını gözlemledi. Bu onların yorulma ömrünü %30 oranında azalttı.
Kusurun yayılması: Kesme titreşimi, malzeme içindeki küçük deliklerin veya eksik kaynaşma alanlarının büyük çatlaklara dönüşmesine neden olabilir. Çalışmalar, -kaba frezeleme sonrasında, lazer toz yatağı eritme (LPBF) kullanılarak üretilen alüminyum alaşımlı bileşenlerin gözenekliliğinin %0,5'ten %1,2'ye çıktığını, kırılma dayanıklılığının ise %25 azaldığını göstermektedir.
Cevap:
Kesme kuvvetini azaltmak için ultra-hassas işleme (tek-noktalı elmas tornalama gibi) kullanın. İç gerilimi eşitlemek için kesmeden önce ısıl işlem (gerilme giderme tavlaması gibi) yapın. Titreşimlerin oluşma eğiliminde olduğu yerlerden uzak durmak için takım yolunu optimize edin.
2. Isıl işlem: organizasyondaki değişiklikler ve boyutların stabilitesi
Isıl işlem (su verme, temperleme ve sıcak izostatik presleme gibi) yoluyla malzemelerin faz durumunun değiştirilmesi performansı artırabilir, ancak aynı zamanda aşağıdakilere de neden olabilir:
Faz dönüşümünden kaynaklanan deformasyon: Martensitik dönüşüm sırasında meydana gelen hacim artışı, parçaların şekil değiştirmesine neden olabilir. Örneğin karbonlama ve su verme sonrasında belirli bir araç dişlisinin diş profili hatası ± 0,02 mm'den ± 0,05 mm'ye yükseldi.
Termal olarak indüklenen gözeneklilik (TIP): Sıcak izostatik preslemeden (HIP) sonra, katkı maddeleri kullanılarak yapılan parçalarda inert gaz gözenekleri yeniden büyüyebilir. Araştırmalar, -HIP sonrası, Ti-6Al-4V alaşımının tavlama süresinin 4 saati aşması durumunda gözenekliliğin %0,3 oranında artabileceğini göstermektedir.
Cevap:
Faz değişiminin hızını takip etmek için kademeli söndürme veya izotermal söndürmenin kullanılması;
TIP'i durdurmak için-HIP işlem parametrelerinde (sıcaklık, basınç ve zaman gibi) ince ayar yapın.
Stres, ısıl işlem ve işlemeyi birleştiren "kaba işleme → ısıl işlem → hassas işleme" süreci yoluyla boşaltılır.
3. Yüzeyin güçlendirilmesi: artık basınç gerilimi ve yorulma performansı
Bilyeli dövme ve haddeleme gibi yüzeyleri güçlendiren teknikler artık basınç stresini arttırır, bu da yorulma ömrünü artırır. Ancak bu teknikler aşağıdakilere de neden olabilir:
Yüzeyde hasar: Çok fazla bilyalı dövme, mikro çatlaklara veya yüzey taneciklerinin incelmesine neden olabilir. Örneğin, bilyalı dövmenin ardından belirli bir uçak motoru şaftının yüzey pürüzlülüğü Ra1,6 µm'den Ra0,4 µm'ye çıkarken, yorulma kırığı kaynağının derinliği 0,1 mm arttı.
Gerilim gradyanı dengesizliği: Artık basınç gerilimi tabakası ve matris gerilimi eşleşmediğinde, delaminasyona neden olabilir. Çalışmalar, lazer şoklu çekiçlemeye (LSP) tabi tutulan alüminyum alaşımlı bileşenlerin, artık basınç gerilimi derinliği 0,5 mm'yi aştığında arayüzde mikro çatlamaya duyarlı olduğunu göstermektedir.
Cevap:
Bilyalı dövmenin yoğunluğunu kontrol edin (örneğin, bir Almen test parçasının kapsamını ölçerek); gerilim gradyanlarını dengelemek için kompozit güçlendirme prosedürlerini (örneğin, bilyalı dövme ve haddeleme) kullanın; ve en iyi süreç parametrelerini bulmak için sayısal simülasyonu kullanın.
3, Risk yönetimi: prosedürün tasarlanmasından çevrimiçi olarak izlenmesine kadar
Sektörün, sonradan işlemenin iç yapıya vereceği zararı sınırlamak için kapsamlı bir süreç kontrol sistemi kurması gerekiyor.
Süreç tasarımı aşamasında, parçaların malzemesi, yapısı ve performans gereksinimlerine uygun-işleme sonrası süreçlerin bir karışımını seçin. Örneğin, HIP+elektrolitik parlatma, katmanlı üretimle yapılan ürünler için doğrudan mekanik parlatmadan daha iyidir.
Stresin nasıl yayılacağını ve işlenirken işlerin nasıl şekil değiştireceğini anlamak için sonlu elemanlar analizini (FEA) kullanın. Belirli bir şirket, titanyum alaşımlı parçaların işleme deformasyonunu 0,15 mm'den 0,03 mm'ye düşüren frezeleme ayarlarını iyileştirmek için simülasyonu kullandı.
İşleme için yürütme aşaması:
İşlemenin gidişatına ilişkin gerçek zamanlı girdi sağlamak için akustik emisyon ve kesme kuvveti sensörleri gibi akıllı izleme araçlarını-kullanmak. Örneğin, belirli bir takım tezgahı üreticisi, çok fazla titreşimi önlemek için ilerleme hızını anında değiştirebilen "uyarlanabilir kesme sistemi"ni icat etti.
Kapalı-döngü kontrolünü kullanın ve işlem parametrelerini çevrimiçi algılamadan elde edilen verilere göre değiştirin. Bir uçak firması bir yüzeyin ne kadar pürüzlü olduğunu ölçmek için bir lazer interferometre kullanıyorsa ve ardından cilalama basıncını otomatik olarak ayarlıyorsa.
Kalite kontrol aşaması:
Nesnenin içindeki sorunları bulmak için X-bilgisayarlı tomografi ve ultrasonik test gibi-tahribatsız test (NDT) yöntemlerini kullanın. Araştırmalar, endüstriyel CT'nin 0,02 mm genişliğindeki gözenekleri %98 doğrulukla bulabileceğini ortaya koyuyor.
Test verilerinin işlenmesinden oluşan bir zincir oluşturun ve bir parçanın ne kadar dayanacağını tahmin etmek için makine öğrenimini kullanın. Örneğin, belirli bir işletme, dişli yorulması arızası olasılığını altı ay önceden tahmin edebilecek bir modeli eğitmek için geçmiş verileri kullanabilir.