Tratamentul suprafeței va afecta toleranțele pieselor?

1. Legătura dintre diferitele tipuri de tratament de suprafață și efectele acestora asupra toleranței
Există patru tipuri principale de procese de tratare a suprafeței: modificarea suprafeței, alierea suprafeței, acoperirea de conversie a suprafeței și acoperirea suprafeței. Amploarea impactului diferitelor procese asupra toleranțelor variază considerabil.
Tehnologie pentru schimbarea suprafeței
De exemplu, sablare face suprafața mai aspră, lovind-o cu particule de nisip cu viteză mare-, dar poate face piesa mai mică cu 0,01–0,03 mm. Laminarea întărește suprafața prin schimbarea formei acesteia, ceea ce poate mări diametrul pieselor arborelui cu 0,005–0,015 mm. Întărirea transformării de fază cu laser nu are aproape niciun efect asupra dimensiunii, deoarece zona sa afectată de căldură-este atât de mică.
Tehnologie de aliere de suprafață
Carburarea și nitrurarea formează straturi de aliaj prin difuzie. Nitrurarea lichidă va face ca arborele să fie cu 0,01 mm mai lat și deschiderea cu 0,01 mm mai îngustă, așa că trebuie să lăsați un spațiu de 0,01 mm pe o parte în timpul procesării. Nitrurarea ionică, pe de altă parte, poate menține modificarea dimensiunii la ± 0,002 mm fără a utiliza o fază lichidă.
Tehnologie pentru acoperirea de conversie a suprafeței
Tratamentul de fosfatare creează o peliculă de fosfat pe suprafața oțelului care are de obicei o grosime de 2 până la 10 μm și are un efect mic asupra toleranțelor. Pe de altă parte, anodizarea (ca anodizarea dură a aliajelor de aluminiu) creează o peliculă de oxid cu o grosime de 30 până la 50 μm, ceea ce face piesele mai mari într-o direcție. Pentru a compensa acest lucru, trebuie utilizată strategia „diferență mai mică mai mică”.
Tehnologie pentru acoperirea suprafețelor
Grosimea stratului de galvanizare are un efect direct asupra toleranței. De exemplu, dacă lungimea șurubului este mai mică sau egală cu de cinci ori diametrul, grosimea maximă a acoperirii trebuie menținută la 8 μm. Dacă nu este, este necesară o inspecție non-standard a ecartamentului de oprire. Grosimea stratului galvanizat la cald-este de 30–80 μm, ceea ce va modifica foarte mult diametrul de pas al elementelor de fixare. Pentru a vă asigura că se potrivesc, dimensiunile de pre-placare trebuie modificate.
2. Micul mecanism de modificare a toleranței și datele din industrie
Există trei procese fizice și chimice principale care afectează toleranțele atunci când tratați suprafața:
Modificarea volumului și fazei materialului
Când oțelul este înnegrit, generează un strat de oxid Fe∝₄ care face ca volumul să se extindă de 1,3 ori, ceea ce provoacă proeminențe la suprafață. Când aliajul de aluminiu este anodizat pentru a forma Al ₂ O ∝, volumul se micșorează cu aproximativ 15%, ceea ce poate provoca microfisuri.
Anizotropia în depunerea acoperirilor
În timpul procesului de galvanizare, densitatea neuniformă a curentului poate face ca stratul să aibă grosimi diferite. De exemplu, stratul de galvanizare a filetelor interne este în mod normal cu 30% până la 50% mai subțire decât suprafața exterioară. Pentru a vă asigura că se potrivește, este necesar standardul „întreținere a zonei de toleranță a filetului intern 6H”.
Eliberarea tensiunilor reziduale în timpul prelucrării mecanice
Tratamentul de sablare pune forță de compresiune pe suprafață, ceea ce face ca piesele să se strecoare atunci când sunt folosite din nou. Conform experimentelor, componentele arborelui din oțel sablat 45# se pot extinde în diametru cu 0,008 mm după ce au fost ținute la 100 de grade timp de 24 de ore.
Date din industrie:
O firmă de aeronave specifică spune că rata de variație a dimensiunii pieselor necompensate din oțel inoxidabil 316L după lustruirea electrică este de 12%. Lăsând o marjă de manevră de 0,02 mm, rata de calificare a crescut la 98%.
Sectorul auto are reguli stricte cu privire la cât de multă toleranță pot avea șuruburile galvanizate. Pentru șuruburile M12, grosimea acoperirii trebuie menținută între 8 și 2 μm, altfel coeficientul de cuplu se va modifica cu mai mult de 15%.
3. Probleme comune și soluțiile lor în industrie
În domeniul aerospațial
La realizarea duzelor de combustibil pentru motoarele LEAP, GE Aviation folosește metoda SLM (Topirea selectivă cu laser) și tratamentul HIP (Presiune izostatică fierbinte). Prin optimizarea strategiei de scanare (scanare în spirală) și a grosimii stratului (30 μm), rugozitatea suprafeței este menținută în Ra12 μm. Tratamentul HIP îndepărtează porii (de la 0,8% la 0,02%), ceea ce crește durata de viață la oboseală de trei ori și îndeplinește cerințele stricte de toleranță ale standardelor aviatice.
Domeniul dispozitivelor medicale
Johnson&Johnson Medical a creat un proces compozit numit „recoacere în vid+lustruire chimică” pentru implanturile de articulație șold imprimate 3D-. Acest proces scapă de stresul rezidual utilizând recoacere în vid, iar apoi folosește o soluție de lustruire pe bază de acid citric-pentru a netezi suprafața de la Ra50 μm la Ra0,8 μm, menținând-o în același timp biocompatibilă. Această metodă conferă implantului o viață la oboseală de peste 20 de ani, ceea ce este mai mult decât este necesar în clinică.
Domeniul fabricării de mașini
Volkswagen produce blocuri de cilindri ale motoarelor folosind o metodă numită „fosfatare+electroforeză”. Rugozitatea peretelui interior al cilindrului a trecut de la Ra3,2 μm la Ra0,4 μm prin modificarea grosimii filmului de fosfatare (2-3 μm) și a filmului de acoperire electroforetică (20-25 μm). Acest lucru a redus, de asemenea, coeficientul de frecare cu 30% și a crescut economia de combustibil cu 2%.
4. Noi tehnologii și strategii de control al toleranței
Proiectarea compensării inverse
Prin realizarea unei baze de date cu modificări ale dimensiunii proceselor de tratare a suprafeței, cotele sunt rezervate în timpul fazei de modelare CAD. De exemplu, o companie a produs un „modul de pre-compensare a toleranței” pentru tehnologia de galvanizare. Acest modul poate schimba automat dimensiunea modelului în funcție de grosimea stratului de acoperire, ceea ce crește rata de primă trecere la 95%.
Detectare și control-în buclă închisă pe internet
Folosind tehnologia de scanare 3D, puteți vedea schimbările de dimensiune în timp real după tratarea suprafeței. Tehnologia „digital twin” de la Siemens, de exemplu, poate face verificarea virtuală a ansamblării pieselor galvanizate, ceea ce scade șansa de abatere a toleranței cu 70%.
Noua metoda de tratare a suprafetelor
Oxidarea electrolitică cu plasmă (PEO) formează o peliculă ceramică pe suprafața aliajului de aluminiu. Grosimea filmului poate fi controlată între 5 și 200 μm, iar precizia dimensiunilor este de ± 1 μm. A fost folosit în părțile structurale ale navelor spațiale.
Tehnologia de pulverizare la rece: această metodă folosește impactul cu viteză mare-de particule solide pentru a depune acoperirile. Zona afectată de căldură este mai mică de 50 μm, ceea ce o face bună pentru fixarea și consolidarea pieselor precise.