كيفية تحقيق المعالجة السطحية لهيكل التجويف الداخلي؟

一, المبدأ الفني: تعديل السطح من خلال التأثيرات المجمعة للعديد من المجالات الفيزيائية
الهدف الرئيسي من المعالجة السطحية لهياكل التجويف الداخلي هو زيادة الأداء وتحسين شكل السطح عبر الطرق الميكانيكية أو الكيميائية أو المركبة. هناك ثلاث مجموعات رئيسية من المبادئ التقنية:
نوع الإزالة الميكانيكية: يستخدم تأثير القطع الدقيق للجزيئات الكاشطة للتخلص من طبقات عيوب السطح. على سبيل المثال، تستخدم طريقة التلميع بالتدفق الكاشطة مواد كاشطة بوليمرية شبه صلبة تتدفق تحت الضغط لتلميع الهياكل المعقدة مثل الثقوب المتقاطعة والتجاويف الداخلية بالتساوي، مما ينتج عنه خشونة سطح تبلغ Ra0.1 ميكرومتر.
نوع الذوبان الكيميائي: يستخدم هذا النوع من الذوبان الكيميائي أفكار الكيمياء الكهربائية أو التآكل الكيميائي لإزالة المطبات من السطح بشكل انتقائي. تتحكم تقنية التلميع الكهربائي في وتيرة الذوبان الأنودي لجعل الشكل الهندسي الدقيق للسطح أكثر سلاسة. كما أنه يصنع طبقة أكسيد سميكة لجعل السطح أكثر مقاومة للتآكل. معالجة التجويف الداخلي للفولاذ المقاوم للصدأ 316L يمكن أن تقلل الخشونة من Ra6 μm ​​إلى Ra0.2 μm.
نوع التعزيز المركب: صنع سطح متدرج وظيفيًا باستخدام كل من الترسيب الفيزيائي والتعديل الكيميائي. على سبيل المثال، تقنية PVD (ترسيب البخار الفيزيائي) تضع طلاء TiN في تجويف القالب. تصل قوة هذا الطلاء إلى 2200HV وأكثر مقاومة للتآكل بثلاث مرات. تضيف تكنولوجيا الترشيح الأرضي النادر عناصر مثل Ce وLa أثناء عملية النيترة لجعل طبقة الترشيح أعمق بنسبة 40%، مما يحسن بشكل كبير مقاومة التعب.
2، تنفيذ العملية: الإجابات الدقيقة لكل حالة
1. تلميع التجويف الداخلي بفتحة عميقة: استخدام مبتكر لتقنية التدفق الكاشطة
لا تعمل إجراءات التلميع التقليدية بشكل جيد على الهياكل العميقة مثل التجويف الداخلي لشفرات محركات الطائرات وحاقن وقود السيارات لأنه من الصعب الوصول إليها ولا تعمل بشكل جيد. تحرز تقنية التدفق الكاشطة تقدمًا باستخدام الأفكار الجديدة التالية:
التحسين المتوسط: يتم استخدام-مزيج كاشط شبه صلب من جزيئات كربيد السيليكون وحاملات البوليمر للتأكد من قدرته على القطع وعدم خدش السطح.
تصميم القناة: باستخدام ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) لمحاكاة قناة الأدوات وتحسينها، يمكننا التأكد من أن سرعة التدفق الكاشطة في المسام الدقيقة مقاس 0.3 مم موحدة بنسبة تزيد عن 95%.
التحكم في المعلمات: على سبيل المثال، أثناء معالجة التجويف الداخلي لنوع معين من شفرات التوربينات، يمكن تقليل الخشونة من Ra3.2μm إلى Ra0.4μm بعد ثلاث دورات (5 دقائق لكل منهما). الضغط 0.5MPa ومعدل التدفق 15mm/s.
2. لإزالة حواف التجاويف المعقدة، استخدم نهجًا مركبًا كهروكيميائيًا وميكانيكيًا.
عند إزالة نتوءات من الهياكل ذات الفتحات المتقاطعة مثل أجسام صمامات ناقل الحركة وكتل الصمامات الهيدروليكية، فإنك تحتاج إلى إيجاد حل وسط بين السرعة والجودة. توصلت إحدى الشركات إلى عملية "إزالة الأزيز الكهروكيميائية + تلميع التدفق الكاشطة":
المرحلة الكهروكيميائية: يتم استخدام محلول NaCl 10% كمحلول كهربائي، ويتم استخدام مصدر طاقة نبضي بتردد 10 كيلو هرتز ودورة تشغيل 30% لإزالة 90% من نتوءات عند كثافة تيار تبلغ 0.5 أمبير/سم². لا تستغرق العملية أكثر من دقيقتين.
تستخدم مرحلة تدفق جسيمات الطحن 800 شبكة كاشطة من كربيد السيليكون للتلميع لمدة دقيقتين عند ضغط 0.3MPa. يؤدي هذا إلى إزالة المخلفات الكهروكيميائية ويترك جودة السطح تبلغ Ra0.2 ميكرومتر.
3. جعل الجزء الداخلي من التجويف مقاومًا للتآكل: باستخدام تقنية التلميع الكهربائي والطلاء
يجب أن يكون الجزء الداخلي من الأجهزة الطبية المزروعة، بما في ذلك المفاصل الاصطناعية، متوافقًا حيويًا ومقاومًا للتآكل. تستخدم إحدى الشركات عملية "التلميع الكهربائي + طلاء DLC (الماس-مثل الكربون)":
التلميع الإلكتروليتي: باستخدام جهد 15 فولت وتيار 20 أمبير لمدة 5 دقائق في إلكتروليت مختلط بحمض الفوسفوريك وحمض الكبريتيك، يتم تقليل خشونة سطح Ti6Al4V من Ra1.6 ميكرومتر إلى Ra0.08 ميكرومتر ويتم تشكيل طبقة أكسيد بسمك 100 نانومتر.
طلاء DLC: يتم تطبيق طلاء DLC بسمك 2 ميكرومتر باستخدام تقنية الرش المغنطروني. تقترب الصلابة من 20 جيجا باسكال، وينخفض ​​معامل الاحتكاك إلى 0.05، وتزداد مقاومة التآكل بمقدار 10 مرات في بيئة محاكاة السوائل الجسدية.
3، الاستخدام في الأعمال: أمثلة شائعة في قطاع التصنيع-المتطور
1. مجال الطيران
تستخدم شركة GE Aviation تقنية الذوبان بالليزر الانتقائي (SLM) لتصنيع فوهات الوقود لمحركات LEAP. بعد تصنيعها، يتم صقل قناة التدفق الداخلية بتدفق جلخ لجعل السطح أكثر سلاسة (من Ra12 μm إلى Ra0.8 μm)، وجعل تدفق الوقود أكثر توازنًا (بنسبة 8%)، وجعل المحرك أكثر كفاءة في استهلاك الوقود-(بنسبة 1.5%).
2. في مجال صناعة السيارات
توصلت شركة Bosch إلى طريقة جديدة لتنظيف وتلميع تجويف مضخة الزيت ذات الضغط العالي في نظام السكك الحديدية المشتركة. يستخدم كلاً من التنظيف بالموجات فوق الصوتية والتلميع الكهربائي.
التنظيف بالموجات فوق الصوتية: للتخلص من سائل القطع المتبقي من التشغيل الآلي، قم بالتنظيف لمدة 10 دقائق بتردد 40 كيلو هرتز وقوة 100 واط.
التلميع الكهربائي: استخدم إلكتروليتًا يعتمد على الفوسفات وجهد 12 فولت لمدة 3 دقائق لجعل تجويف الفولاذ المقاوم للصدأ 316L أقل خشونة (من Ra2.5 μm إلى Ra0.4 μm) وزيادة المدة التي يمكن أن يتحمل فيها التآكل الناتج عن رش الملح (من 500 ساعة إلى 2000 ساعة).
3. مجال الأجهزة الطبية
تقوم شركة Johnson & Johnson DePuy Synthes بتصنيع أكواب الحق باستخدام طريقة "التلميع الإلكتروليتي + الأكسدة القوسية الدقيقة".
التلميع الكهربائي: خفض خشونة سطح الركيزة Ti6Al4V من Ra3.2 ميكرومتر إلى Ra0.2 ميكرومتر وتخلص من الجزيئات غير المندمجة التي تم تصنيعها أثناء صب SLM.
الأكسدة القوسية الدقيقة: يتم تصنيع طبقة أكسيد بسمك 20 ميكرومتر مع هيدروكسيباتيت في إلكتروليت السيليكات عن طريق تطبيق 300 فولت لمدة 5 دقائق. يبلغ معدل بقاء الزرعة على قيد الحياة 99.2%، ويتم تعزيز قوة الرابطة العظمية بنسبة 40%.