Post{0}}procesarea va deteriora structura internă?

一, Principiu tehnic: principala problemă cu procesarea mașinii de post-procesare
Scopul principal al post-procesării este de a îmbunătăți calitatea suprafeței, precizia dimensională sau calitățile mecanice ale pieselor prin tăiere, lustruire, tratare termică și alte metode. Obiectele prelucrate sunt de obicei piese care au fost realizate prin proceduri precum fabricarea aditivă (AM), turnare sau forjare. Structura internă a acestor părți poate conține următoarele caracteristici:
Defecte microscopice, cum ar fi porozitatea, lipsa unei zone de fuziune (LOF) în piesele realizate folosind fabricarea aditivă sau porozitatea micșorată și fisurile în piesele turnate.
Stresul rezidual este tensiunea care se acumulează în interiorul unui obiect din cauza schimbării temperaturii sau fazei. Acest lucru poate face ca obiectul să se îndoaie sau să se spargă după ce a fost procesat.
Materialele gradiente și structura ne-uniformă a granulelor sunt exemple de organizare neuniformă care ar putea schimba modul în care materialele sunt îndepărtate în timpul procesării.
Intervențiile în post-procesare pot modifica aceste structuri interne prin presiuni mecanice, impact termic sau reacții chimice, ducând la degradarea performanței sau la creșterea riscurilor de defecțiune.
2, Efectul și studiul de caz al procedurilor tipice
1. Tăiere mecanică: eliberarea de stres și activarea defectelor
Când o unealtă și o piesă intră în contact direct în timpul tăierii mecanice (cum ar fi frezarea și strunjirea), materialul este îndepărtat. Acest lucru poate produce următoarele modificări în structura internă a piesei:
Redistribuirea tensiunii reziduale: Forțele de tăiere pot afecta starea de solicitare a suprafeței piesei și pot provoca formarea de microfisuri interne. O companie de avioane, de exemplu, a observat că stresul rezidual al palelor din aliaj de titan realizate prin fabricarea aditivă a crescut de la -150MPa la +80MPa după frezare. Acest lucru le-a redus durata de oboseală cu 30%.
Propagarea defectelor: Vibrația de tăiere poate cauza găuri mici sau zone de fuziune incompletă din interiorul materialului să crească în fisuri mari. Studiile indică faptul că post-frezarea brută, porozitatea componentelor din aliaj de aluminiu produse prin topirea cu strat de pulbere laser (LPBF) crește de la 0,5% la 1,2%, în timp ce duritatea la rupere scade cu 25%.
Răspuns:
Utilizați prelucrarea de ultra-precizie (cum ar fi strunjirea cu diamante într-un singur-punct) pentru a reduce forța de tăiere. Efectuați un tratament termic (cum ar fi recoacere de reducere a tensiunii) înainte de tăiere pentru a egaliza stresul intern. Optimizați traseul sculei pentru a sta departe de locațiile în care tind să se acumuleze vibrații.
2. Tratament termic: modificari in organizarea si stabilitatea dimensiunilor
Modificarea stării de fază a materialelor prin tratament termic (cum ar fi călirea, călirea și presarea izostatică la cald) poate îmbunătăți performanța, dar poate provoca și:
Deformare produsă de transformarea de fază: creșterea volumului care are loc în timpul transformării martensitice poate determina piesele să își schimbe forma. După cementare și stingere, eroarea profilului dintelui a unui anumit angrenaj de vehicul, de exemplu, a crescut de la ± 0,02 mm la ± 0,05 mm.
Porozitate indusă termic (TIP): După presarea izostatică la cald (HIP), porii de gaz inert pot crește din nou în părțile care au fost fabricate folosind aditivi. Studiile indică faptul că după-HIP, dacă durata de recoacere a aliajului Ti-6Al-4V depășește 4 ore, porozitatea poate crește cu 0,3%.
Răspuns:
Utilizarea călirii gradate sau a călirii izoterme pentru a urmări ritmul schimbării de fază;
Pentru a opri SFAT, ajustați-parametrii procesului HIP (cum ar fi temperatura, presiunea și timpul).
Tensiunea este eliminată prin procesul de „prelucrare brută → tratament termic → prelucrare de precizie”, care combină tratamentul termic și prelucrarea.
3. Întărirea suprafeței: efort rezidual de compresiune și performanță la oboseală
tehnicile care întăresc suprafețele, cum ar fi șlefuirea și rularea, adaugă tensiuni de compresiune reziduale, ceea ce crește durata de viață la oboseală. Cu toate acestea, aceste tehnici pot provoca, de asemenea:
Deteriorarea suprafeței: Prea multă șlefuire poate cauza microfisuri sau rafinarea granulelor de suprafață. De exemplu, după aplicarea prin shot peening, rugozitatea suprafeței unui anumit arbore de motor de avion a crescut de la Ra1,6 μm la Ra0,4 μm, în timp ce adâncimea sursei de fractură prin oboseală a crescut cu 0,1 mm.
Dezechilibrul gradientului de stres: atunci când stratul de stres rezidual de compresiune și stresul matricei nu se potrivesc, poate cauza delaminare. Studiile indică faptul că componentele din aliaj de aluminiu supuse la șoc peening cu laser (LSP) sunt susceptibile la microfisurare la interfață atunci când adâncimea tensiunii de compresiune reziduală depășește 0,5 mm.
Răspuns:
Controlați intensitatea shot peeningului (de exemplu, prin măsurarea acoperirii unei piese de testare Almen); utilizați proceduri de întărire compozite (de exemplu, șlefuire și rulare) pentru a echilibra gradienții de stres; și utilizați simularea numerică pentru a găsi cei mai buni parametri de proces.
3, Managementul riscului: de la proiectarea procedurii până la monitorizarea online
Industria trebuie să creeze un sistem complet de control al procesului pentru a limita daunele pe care post{0}}procesarea le provoacă structurii interne.
În timpul etapei de proiectare a procesului, alegeți o combinație de procese de post{0}}procesare care se potrivește nevoilor de material, structura și performanță ale pieselor. De exemplu, lustruirea HIP+electrolitică este mai bună decât lustruirea mecanică directă pentru articolele realizate cu producție aditivă.
Utilizați analiza cu elemente finite (FEA) pentru a afla cum se va răspândi stresul și cum se vor schimba lucrurile atunci când sunt prelucrate. O anumită companie a folosit simularea pentru a îmbunătăți setările de frezare, care reduc deformarea de prelucrare a pieselor din aliaj de titan de la 0,15 mm la 0,03 mm.
Etapa de executie pentru prelucrare:
Folosind instrumente inteligente de monitorizare, cum ar fi senzorii de emisie acustică și forță de tăiere, pentru a oferi informații în timp real-cu privire la modul de prelucrare. De exemplu, un anume producător de mașini-unelte a inventat „sistemul de tăiere adaptiv”, care poate modifica viteza de avans din mers pentru a evita prea multe vibrații.
Folosiți-controlul în buclă închisă și modificați parametrii procesului în funcție de datele de la detectarea online. Dacă o firmă de avioane folosește un interferometru laser pentru a măsura cât de aspră este o suprafață și apoi ajustează automat presiunea lustruirii.
Etapa inspecției calității:
Utilizați metode non-de testare distructivă (NDT) precum tomografia computerizată cu raze X- și testarea cu ultrasunete pentru a găsi probleme în interiorul obiectului. Studiile arată că CT industrial poate găsi pori care au lățimea de 0,02 mm cu o precizie de 98%.
Configurați un lanț de procesare a datelor de testare și utilizați învățarea automată pentru a ghici cât va dura o piesă. De exemplu, o anumită companie poate folosi datele anterioare pentru a antrena un model care poate anticipa probabilitatea defecțiunii la oboseala angrenajului cu șase luni înainte.