Como obter tolerância de alta{0}}precisão por meio de pós{1}}processamento?

一, Princípio técnico: Um mecanismo de correção de tolerância que funciona com diferentes campos físicos para trabalharem juntos.
A tecnologia de pós{0}}processamento usa os impactos combinados de campos mecânicos, químicos, termodinâmicos e outros campos físicos para alterar a microestrutura e melhorar o desempenho das peças que foram processadas. Existem três grupos principais de seus princípios fundamentais:
Consertando o alívio do estresse mecânico
Quando você usina peças de metal, elas criarão tensões residuais, o que fará com que mudem de forma. Por exemplo, após a fusão a laser, a tensão interna de peças de liga de titânio feitas com impressão 3D pode chegar a 200 a 300 MPa. O desvio de tolerância pode ser superior a 0,05 mm se a redução da tensão não for feita. Ao aplicar vibração a uma determinada frequência (normalmente entre 15 e 100 Hz), a tecnologia de envelhecimento por vibração reorganiza os grãos microscópicos e acelera a taxa de libertação de tensão para mais de 85%. Um fabricante aeroespacial alemão utilizou este método e a taxa de qualificação para peças de satélite passou de 85% para 95%. A faixa de flutuação de tolerância também foi reduzida para ± 0,003 mm.
Correção seletiva de dissolução química
Ao ajustar a taxa de dissolução anódica, a técnica de polimento eletrolítico torna a morfologia micro geométrica da superfície mais uniforme. Por exemplo, tratar a cavidade interna do aço inoxidável 316L em um eletrólito misto de ácido fosfórico e ácido sulfúrico com uma tensão de 15 V por 3 minutos pode reduzir a rugosidade da superfície de Ra2,5 μm para Ra0,4 μm e corrigir o desvio de tolerância de ± 0,02 mm para ± 0,005 mm. Essa abordagem funciona melhor em estruturas complicadas de cavidades internas, como o tratamento de microfuros de injetores de combustível de automóveis, que pode eliminar restos de rebarbas da usinagem e garantir que a injeção de combustível seja uniforme.
Correção de transições de fase termodinâmicas
A técnica de tratamento térmico altera a estrutura cristalina do material, gerenciando a curva de aquecimento e resfriamento, que fixa tolerâncias dimensionais. Por exemplo, o tratamento térmico T6 (solução de 540 graus + 175 graus de envelhecimento) pode reduzir o coeficiente de expansão linear das peças de liga de alumínio em 12% e aumentar sua estabilidade dimensional em 30%. Este procedimento é usado por um fabricante de motores dos EUA para tratar discos de turbinas. Ele reduz a faixa de flutuação de tolerância de ± 0,03 mm para ± 0,01 mm e estende a vida útil à fadiga para 2,5 vezes o original.
2, Implementação de processos: respostas exatas para cada situação
1. Processamento de itens de metal que foram impressos em 3D
Tecnologias de impressão 3D de metal como SLM e EBM podem criar estruturas complicadas, mas a rugosidade da superfície é normalmente Ra10-20 μm, e há problemas como pó não fundido. Para regular as tolerâncias após o processamento, você precisa fazer três coisas:
Para remover a estrutura de suporte, utilize corte por jato de água ou usinagem por descarga elétrica (EDM). Isso evitará que a forma mude devido à fixação mecânica. Por exemplo, a GE Aviation emprega EDM para remover suportes com precisão e manter erros de tolerância dentro de ± 0,008 mm ao fabricar bicos de combustível para motores LEAP.
Tratamento para densificação superficial: A prensagem isostática a quente (HIP) é utilizada em materiais porosos. Após 4 horas de tratamento a 1200 graus e 150 MPa, a porosidade pode diminuir de 5% para 0,1%, e a taxa de contração dimensional pode ser mantida em 0,3% a 0,5%, o que garante precisão nas tolerâncias.
Polimento de precisão: Ao usar a tecnologia de polimento de fluxo abrasivo, a rugosidade da cavidade interna pode ser diminuída de Ra12 μm para Ra0,8 μm tratando-a com abrasivo de carboneto de silício a uma pressão de 0,5MPa por 10 minutos. A flutuação da tolerância deve ficar abaixo de ± 0,005 mm.
2. Após processar componentes usinados CNC
Embora a usinagem CNC possa ser muito precisa, coisas como desgaste da ferramenta e distorção térmica ainda podem causar erros de tolerância. O pós-processamento deve ser integrado às tecnologias subsequentes:
Compensação inteligente da ferramenta: Os sensores monitoram as variações no diâmetro da ferramenta em tempo real e adaptam automaticamente as rotas de corte. Por exemplo, o sistema Fanuc CNC pode fixar automaticamente os valores das coordenadas quando a ferramenta se desgasta em 0,03 mm, garantindo que a tolerância de abertura permaneça em ± 0,005 mm.
Tratamento de resfriamento-de baixa temperatura: Durante o processamento, borrife nitrogênio líquido a -40 graus continuamente para evitar que a temperatura da peça de trabalho mude em mais de 2 graus . Isso evita que a peça se expanda demais e cause variação dimensional. A taxa de certificação de tolerância de peças de paredes finas aumentou de 78% para 95% depois que uma empresa japonesa que fabrica peças de precisão usou esse método.
Calibração com interferômetro a laser: Use um interferômetro a laser regularmente para verificar a precisão do posicionamento da máquina-ferramenta e corrigir quaisquer falhas geométricas usando algoritmos de compensação. Após a calibração, por exemplo, a precisão do posicionamento espacial de um centro de usinagem de cinco-eixos pode ir de 0,015 mm/1.000 mm a 0,005 mm/1.000 mm.
3. Após o tratamento de peças de material compósito
Após o processamento, os materiais compósitos (como plásticos reforçados com fibra de carbono) provavelmente apresentarão falhas como delaminação e rebarbas. O controle de tolerância deve ser feito por pós--processamento.
Limpeza ultrassônica: A limpeza com ondas ultrassônicas na frequência de 40 kHz por 10 minutos pode eliminar mais de 90% dos resíduos de processamento. Isso impede que a incorporação de partículas durante a montagem cause desvio de tolerância.
Polimento a laser: Utilizando um laser de nanossegundos (largura de pulso 100ns) para micro-processar as bordas, retirando entre 0,001 e 0,005mm de material, e fixando a variação de tolerância de ± 0,05mm a ± 0,01mm.
Tratamento de prensagem a quente a vácuo: A prensagem a quente por 30 minutos a 180 graus e 5 MPa no vácuo pode eliminar a concentração de tensão no material compósito e torná-lo 40% mais estável em termos de tamanho.
3, Aplicação na indústria: exemplos comuns no setor-de manufatura de ponta
1. O campo aeroespacial
Depois que a tecnologia SLM é usada para fabricar as pás do motor do Boeing 787 Dreamliner, as seguintes etapas de pós{1}}processamento são usadas para regular as tolerâncias:
Para tratamento HIP, aqueça o material a 1250 graus e 170 MPa por 6 horas para eliminar os poros internos e manter a taxa de encolhimento de tamanho em 0,4%.
Polimento eletrolítico: Utilize um eletrólito à base de fosfato com 12V de tensão por 5 minutos para tornar a superfície mais lisa, indo de Ra15 μm a Ra0,2 μm, e corrigir o desvio de tolerância de ± 0,03 mm a ± 0,005 mm.
Medição a laser: uma máquina de medição de três{0}}coordenadas (CMM) é usada para verificar as lâminas em tamanho real, e a engenharia reversa é realizada para corrigir a rota de usinagem para que as tolerâncias estejam corretas.
2. No ramo de fabricação de carros
Na fabricação de corpos de válvulas de transmissão híbrida, a Toyota usa os seguintes-métodos de pós-processamento:
Rebarbação eletrolítica: Utilize uma densidade de corrente de 10A/cm² em eletrólito NaCl por 2 minutos para eliminar rebarbas nos furos transversais e certifique-se de que o sistema hidráulico esteja vedado.
Polimento de fluxo abrasivo: Use abrasivo de carboneto de silício de malha 800 a uma pressão de 0,3 MPa por 3 minutos para tornar a cavidade interna menos áspera, indo de Ra3,2 μ m a Ra0,4 μ m, com faixa de tolerância inferior a ± 0,008 mm.
Detecção on-line: adição de um scanner a laser à linha de processamento para monitorar o tamanho da abertura em tempo real, alterando os parâmetros de processamento com base no controle de feedback e aumentando a taxa de aprovação de tolerância para 99,2%.
3. Campo de dispositivos médicos
As etapas de pós-{0}}processamento a seguir ajudam a Johnson&Johnson DePuy Synthes a fabricar cúpulas acetabulares que são biocompatíveis e precisas em termos de tolerância:
Polimento eletrolítico: Reduza a rugosidade da superfície do substrato Ti6Al4V de Ra3,2 μm para Ra0,2 μm e elimine as partículas que não foram fundidas durante a moldagem SLM.
Oxidação por micro arco: Use uma tensão de 300 V em um eletrólito de silicato por 5 minutos para fazer um revestimento de óxido de 20 μm de espessura que contém hidroxiapatita. Isto torna a resistência da ligação óssea 40% mais forte e mantém o desvio de tolerância dentro de ± 0,005 mm.
Embalagem asséptica: As peças são esterilizadas com óxido de etileno para garantir que atendam aos padrões ISO 13485 antes de serem montadas. Isso evita que a contaminação altere o tamanho das peças.