كيف يمكن تحقيق تفاوت عالي الدقة-من خلال المعالجة اللاحقة-؟

一, المبدأ الفني: آلية تصحيح التسامح التي تعمل مع مجالات فيزيائية مختلفة للعمل معًا.
تستخدم تقنية ما بعد المعالجة-التأثيرات المجمعة للمجالات الميكانيكية والكيميائية والديناميكية الحرارية وغيرها من المجالات الفيزيائية لتغيير البنية الدقيقة وتحسين أداء الأجزاء التي تمت معالجتها. هناك ثلاث مجموعات رئيسية من مبادئها الرئيسية:
إصلاح تخفيف الإجهاد الميكانيكي
عندما تقوم بتشكيل القطع المعدنية، فإنها ستخلق إجهادًا متبقيًا، مما سيؤدي إلى تغيير شكلها. على سبيل المثال، بعد الصهر بالليزر، قد يصل التوتر الداخلي لأجزاء سبائك التيتانيوم المصنوعة بالطباعة ثلاثية الأبعاد إلى 200 إلى 300 ميجا باسكال. يمكن أن يكون انحراف التسامح أكثر من 0.05 مم إذا لم يتم تقليل الضغط. من خلال تطبيق الاهتزاز على تردد معين (عادة بين 15 و100 هرتز)، تعمل تقنية تقادم الاهتزاز على إعادة ترتيب الحبيبات المجهرية وتسريع معدل تحرير الضغط إلى أكثر من 85%. استخدمت إحدى شركات صناعة الطيران الألمانية هذه الطريقة، وارتفع معدل تأهيل أجزاء الأقمار الصناعية من 85% إلى 95%. تم أيضًا تقليل نطاق تقلب التسامح إلى ± 0.003 مم.
التصحيح الانتقائي للانحلال الكيميائي
من خلال ضبط معدل الذوبان الأنودي، فإن تقنية التلميع الكهربائي تجعل الشكل الهندسي الدقيق للسطح أكثر تجانسًا. على سبيل المثال، معالجة التجويف الداخلي للفولاذ المقاوم للصدأ 316L في إلكتروليت مختلط بحمض الفوسفوريك وحامض الكبريتيك بجهد 15V لمدة 3 دقائق يمكن أن يقلل خشونة السطح من Ra2.5 μm إلى Ra0.4 μm ويثبت انحراف التسامح من ± 0.02mm إلى ± 0.005mm. يعمل هذا الأسلوب بشكل أفضل على هياكل التجويف الداخلي المعقدة، مثل معالجة الفتحات الدقيقة لحاقنات وقود السيارات، والتي يمكنها التخلص من نتوءات متبقية من التشغيل الآلي والتأكد من أن حقن الوقود متساوٍ.
تصحيح التحولات المرحلة الديناميكية الحرارية
تعمل تقنية المعالجة الحرارية على تغيير البنية البلورية للمادة عن طريق إدارة منحنى التسخين والتبريد، مما يعمل على إصلاح تفاوتات الأبعاد. على سبيل المثال، يمكن للمعالجة الحرارية T6 (محلول 540 درجة + 175 درجة تقادم) أن تقلل معامل التمدد الخطي لأجزاء سبائك الألومنيوم بنسبة 12% وتعزز ثبات الأبعاد بنسبة 30%. يتم استخدام هذا الإجراء من قبل صانع محركات أمريكي لمعالجة أقراص التوربينات. إنه يقطع نطاق تقلب التسامح من ± 0.03 مم إلى ± 0.01 مم ويطيل عمر الكلال إلى 2.5 مرة من الأصل.
2، تنفيذ العملية: الإجابات الدقيقة لكل حالة
1. معالجة العناصر المعدنية التي تم طباعتها بتقنية ثلاثية الأبعاد
تقنيات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد مثل SLM وEBM قد تصنع هياكل معقدة، ولكن خشونة السطح عادة ما تكون Ra10-20 ميكرومتر، وهناك مشاكل مثل المسحوق غير المصهر. لتنظيم التفاوتات بعد المعالجة، عليك القيام بثلاثة أشياء:
لإزالة هيكل الدعم، استخدم القطع بنفث الماء أو آلة التفريغ الكهربائي (EDM). سيؤدي ذلك إلى منع الشكل من التغيير بسبب التثبيت الميكانيكي. على سبيل المثال، تستخدم GE Aviation EDM لإزالة الدعامات بدقة والحفاظ على أخطاء التسامح في حدود ± 0.008 مم عند تصنيع فوهات الوقود لمحركات LEAP.
معالجة تكثيف السطح: يتم استخدام الضغط المتوازن الساخن (HIP) على المواد المسامية. بعد 4 ساعات من العلاج عند 1200 درجة و150 ميجا باسكال، قد تنخفض المسامية من 5% إلى 0.1%، ويمكن الحفاظ على معدل انكماش الأبعاد عند 0.3% إلى 0.5%، مما يضمن الدقة في التفاوتات.
تلميع دقيق: باستخدام تقنية تلميع التدفق الكاشطة، يمكن تقليل خشونة التجويف الداخلي من Ra12 μm إلى Ra0.8 μm عن طريق معالجته بمادة كاشطة من كربيد السيليكون عند ضغط 0.5MPa لمدة 10 دقائق. يجب أن يظل تقلب التسامح أقل من ± 0.005 مم.
2. بعد معالجة مكونات تشكيله باستخدام الحاسب الآلي
على الرغم من أن التصنيع باستخدام الحاسب الآلي يمكن أن يكون دقيقًا للغاية، إلا أن أشياء مثل تآكل الأدوات والتشوه الحراري يمكن أن تسبب أخطاء في التسامح. يجب أن تكون المعالجة اللاحقة- متكاملة مع التقنيات اللاحقة:
التعويض الذكي للأداة: تراقب المستشعرات الاختلافات في قطر الأداة في الوقت الفعلي وتقوم بتكييف مسارات القطع تلقائيًا. على سبيل المثال، يمكن لنظام Fanuc CNC أن يقوم تلقائيًا بإصلاح قيم الإحداثيات عندما تتآكل الأداة بمقدار 0.03 مم، مع التأكد من بقاء تسامح الفتحة عند ± 0.005 مم.
معالجة تبريد بدرجة حرارة منخفضة-: أثناء المعالجة، قم برش النيتروجين السائل بدرجة حرارة -40 درجة بشكل مستمر للحفاظ على درجة حرارة قطعة العمل من التغير بأكثر من درجتين. وهذا يمنع قطعة العمل من التوسع أكثر من اللازم والتسبب في اختلاف الأبعاد. ارتفع معدل شهادة التسامح للأجزاء ذات الجدران الرقيقة من 78% إلى 95% بعد أن استخدمت شركة يابانية تصنع الأجزاء الدقيقة هذه الطريقة.
المعايرة باستخدام مقياس تداخل الليزر: استخدم مقياس تداخل الليزر بشكل منتظم للتحقق من مدى دقة وضع أداة الآلة وإصلاح أي أخطاء هندسية باستخدام خوارزميات التعويض. بعد المعايرة، على سبيل المثال، قد ترتفع دقة الموضع المكاني لمركز تصنيع ذو خمسة محاور- من 0.015 مم/1000 مم إلى 0.005 مم/1000 مم.
3. بعد معالجة أجزاء المواد المركبة
بعد المعالجة، من المحتمل أن تحتوي المواد المركبة (مثل المواد البلاستيكية المقواة بألياف الكربون) على عيوب مثل التصفيح والنتوءات. يجب أن يتم التحكم في التسامح عن طريق المعالجة اللاحقة-.
التنظيف بالموجات فوق الصوتية: التنظيف باستخدام الموجات فوق الصوتية بتردد 40 كيلو هرتز لمدة 10 دقائق يمكن أن يتخلص من أكثر من 90% من بقايا المعالجة. وهذا يمنع تضمين الجسيمات أثناء التجميع من التسبب في انحراف التسامح.
التلميع بالليزر: استخدام ليزر النانو ثانية (عرض النبضة 100ns) لمعالجة الحواف الدقيقة-، وإزالة ما بين 0.001 و0.005 مم من المواد، وتثبيت تباين التسامح من ± 0.05 مم إلى ± 0.01 مم.
معالجة الضغط الساخن بالفراغ: الضغط الساخن لمدة 30 دقيقة عند 180 درجة و 5 ميجاباسكال في الفراغ يمكن أن يتخلص من تركيز الإجهاد في المادة المركبة ويجعلها أكثر استقرارًا بنسبة 40٪ من حيث الحجم.
3، تطبيق الصناعة: أمثلة شائعة في قطاع التصنيع-المتطور
1. مجال الطيران
بعد استخدام تقنية SLM في تصنيع شفرات المحرك لطائرة Boeing 787 Dreamliner، يتم استخدام خطوات ما بعد المعالجة- التالية لتنظيم التفاوتات:
لعلاج HIP، قم بتسخين المادة إلى 1250 درجة و 170 ميجا باسكال لمدة 6 ساعات للتخلص من المسام الداخلية والحفاظ على معدل انكماش الحجم عند 0.4%.
التلميع الكهربائي: استخدم إلكتروليتًا يعتمد على الفوسفات- بجهد 12 فولت لمدة 5 دقائق لجعل السطح أكثر نعومة، بدءًا من Ra15 ميكرومتر إلى Ra0.2 ميكرومتر، وتثبيت انحراف التسامح من ± 0.03 مم إلى ± 0.005 مم.
القياس بالليزر: يتم استخدام -آلة قياس إحداثيات ثلاثية (CMM) لفحص الشفرات بالحجم الكامل، ويتم إجراء هندسة عكسية لإصلاح مسار المعالجة بحيث تكون التفاوتات صحيحة.
2. في مجال صناعة السيارات
عند تصنيع أجسام صمامات النقل الهجين، تستخدم شركة Toyota طرق المعالجة اللاحقة- التالية:
إزالة الحواف بالتحليل الكهربائي: استخدم كثافة تيار تبلغ 10 أمبير/سم² في محلول كلوريد الصوديوم لمدة دقيقتين للتخلص من النتوءات الموجودة في الفتحات المتقاطعة والتأكد من إغلاق النظام الهيدروليكي.
تلميع التدفق الكاشطة: استخدم مادة كاشطة من كربيد السيليكون 800 شبكة عند ضغط 0.3MPa لمدة 3 دقائق لجعل التجويف الداخلي أقل خشونة، بدءًا من Ra3.2 μm إلى Ra0.4 μm، مع نطاق تحمل أقل من ± 0.008 مم.
الكشف عبر الإنترنت: إضافة ماسح ضوئي ليزر إلى خط المعالجة لمراقبة حجم الفتحة في الوقت الفعلي، وتغيير معلمات المعالجة بناءً على التحكم في ردود الفعل، ورفع معدل تمرير التسامح إلى 99.2%.
3. مجال الأجهزة الطبية
تساعد خطوات ما بعد المعالجة- التالية شركة Johnson&Johnson DePuy Synthes في تصنيع أكواب الحق المتوافقة حيويًا والدقيقة من حيث التحمل:
التلميع الكهربائي: خفض خشونة سطح الركيزة Ti6Al4V من Ra3.2 ميكرومتر إلى Ra0.2 ميكرومتر وتخلص من الجزيئات التي لم يتم دمجها أثناء صب SLM.
الأكسدة القوسية الدقيقة: استخدم جهد 300 فولت في إلكتروليت السيليكات لمدة 5 دقائق لصنع طبقة أكسيد بسمك 20 ميكرومتر تحتوي على هيدروكسيباتيت. وهذا يجعل قوة الترابط العظمي أقوى بنسبة 40% ويحافظ على انحراف التسامح في حدود ± 0.005 مم.
التغليف المعقم: يتم تعقيم الأجزاء بأكسيد الإيثيلين للتأكد من مطابقتها لمعايير ISO 13485 قبل تجميعها معًا. هذا يمنع التلوث من تغيير حجم الأجزاء.