O pós--processamento danificará a estrutura interna?

一, Princípio técnico: o principal problema com o processamento da máquina de pós-{0}}processamento
O principal objetivo do pós-processamento é melhorar a qualidade da superfície, a precisão dimensional ou as qualidades mecânicas das peças por meio de corte, polimento, tratamento térmico e outros métodos. Os objetos processados ​​geralmente são peças feitas por procedimentos como manufatura aditiva (AM), fundição ou forjamento. A estrutura interna dessas peças pode conter os seguintes recursos:
Falhas microscópicas, como porosidade, falta de zona de fusão (LOF) em peças fabricadas com manufatura aditiva ou redução da porosidade e rachaduras em peças fundidas.
A tensão residual é a tensão que se acumula dentro de um objeto devido a uma mudança de temperatura ou fase. Isso pode fazer com que o objeto dobre ou quebre depois de processado.
Materiais gradientes e estruturas granulares não{0}}uniformes são exemplos de organização desigual que podem alterar a forma como os materiais são removidos durante o processamento.
Intervenções no pós{0}}processamento podem modificar essas estruturas internas por meio de pressões mecânicas, impactos térmicos ou reações químicas, resultando na degradação do desempenho ou no aumento dos riscos de falhas.
2, O efeito e estudo de caso de procedimentos típicos
1. Corte mecânico: liberação de estresse e ativação de defeitos
Quando uma ferramenta e uma peça entram em contato direto durante o corte mecânico (como fresamento e torneamento), o material é removido. Isto pode produzir as seguintes alterações na estrutura interna da peça:
Redistribuição da tensão residual: As forças de corte podem afetar o estado de tensão da superfície da peça e potencialmente causar a formação de microfissuras internas. Uma empresa aeronáutica, por exemplo, observou que a tensão residual de lâminas de liga de titânio feitas por manufatura aditiva passou de -150MPa para +80MPa após o fresamento. Isso reduziu sua vida útil em fadiga em 30%.
Propagação de defeitos: A vibração de corte pode fazer com que pequenos furos ou áreas de fusão incompleta dentro do material se transformem em grandes fissuras. Estudos indicam que após o-fresamento em desbaste, a porosidade dos componentes de liga de alumínio produzidos usando fusão em leito de pó a laser (LPBF) aumenta de 0,5% para 1,2%, enquanto a tenacidade à fratura diminui em 25%.
Responder:
Use usinagem de ultra{0}}precisão (como torneamento com-ponta única de diamante) para diminuir a força de corte. Faça tratamento térmico (como recozimento para alívio de tensão) antes de cortar para equalizar a tensão interna. Otimize o caminho da ferramenta para ficar longe de locais onde as vibrações tendem a se acumular.
2. Tratamento térmico: mudanças na organização e estabilidade das dimensões
Alterar o estado de fase dos materiais por meio de tratamento térmico (como têmpera, revenido e prensagem isostática a quente) pode melhorar o desempenho, mas também pode causar:
Deformação produzida pela transformação de fase: O aumento de volume que ocorre durante a transformação martensítica pode fazer com que as peças mudem de forma. Após a cementação e a têmpera, o erro do perfil do dente de uma engrenagem específica de um veículo, por exemplo, aumentou de ± 0,02 mm para ± 0,05 mm.
Porosidade induzida termicamente (TIP): Após a prensagem isostática a quente (HIP), os poros de gás inerte podem crescer novamente em peças que foram feitas com aditivos. Estudos indicam que após-HIP, se a duração do recozimento da liga Ti-6Al-4V ultrapassar 4 horas, a porosidade pode aumentar em 0,3%.
Responder:
Usar têmpera graduada ou têmpera isotérmica para ficar de olho no ritmo da mudança de fase;
Para interromper o TIP,-ajuste os parâmetros do processo HIP (como temperatura, pressão e tempo).
A tensão é eliminada através do processo de “usinagem de desbaste → tratamento térmico → usinagem de precisão”, que combina tratamento térmico e usinagem.
3. Fortalecimento da superfície: tensão de compressão residual e desempenho de fadiga
técnicas que reforçam superfícies, como shot peening e laminação, adicionam tensão de compressão residual, o que aumenta a vida em fadiga. No entanto, essas técnicas também podem causar:
Danos à superfície: O excesso de shot peening pode causar microfissuras ou refinamento do grão superficial. Por exemplo, após shot peening, a rugosidade da superfície de um eixo de motor de aeronave específico passou de Ra1,6 μm para Ra0,4 μm, enquanto a profundidade da fonte de fratura por fadiga aumentou 0,1 mm.
Desequilíbrio do gradiente de tensão: Quando a camada de tensão compressiva residual e a tensão da matriz não coincidem, isso pode causar delaminação. Estudos indicam que componentes de liga de alumínio submetidos ao peening por choque a laser (LSP) são suscetíveis a microfissuras na interface quando a profundidade da tensão de compressão residual ultrapassa 0,5 mm.
Responder:
Controlar a intensidade do shot peening (por exemplo, medindo a cobertura de uma peça de teste Almen); utilizar procedimentos de reforço de compósitos (por exemplo, shot peening e laminação) para equilibrar gradientes de tensão; e usar simulação numérica para encontrar os melhores parâmetros do processo.
3, Gestão de riscos: desde a concepção do procedimento até a monitorização online
A indústria precisa estabelecer um sistema completo de controle de processos para limitar os danos que o pós{0}}processamento causa à estrutura interna.
Durante o estágio de design do processo, escolha uma combinação de processos de pós{0}}processamento que atenda às necessidades de material, estrutura e desempenho das peças. Por exemplo, o polimento eletrolítico HIP+ é melhor do que o polimento mecânico direto para itens feitos com manufatura aditiva.
Use a análise de elementos finitos (FEA) para descobrir como a tensão se espalhará e como as coisas mudarão de forma quando estiverem sendo usinadas. Uma certa empresa usou simulação para melhorar as configurações de fresamento, o que reduziu a deformação de usinagem de peças de liga de titânio de 0,15 mm para 0,03 mm.
Etapa de execução para processamento:
Uso de ferramentas inteligentes de monitoramento, como emissão acústica e sensores de força de corte, para fornecer informações-em tempo real sobre o andamento da usinagem. Por exemplo, um certo fabricante de máquinas-ferramenta inventou o “sistema de corte adaptativo”, que pode alterar a taxa de avanço rapidamente para evitar muita vibração.
Use o controle de circuito-fechado e altere os parâmetros do processo dependendo dos dados da detecção on-line. Se uma empresa aeronáutica emprega um interferômetro a laser para medir o quão áspera é uma superfície e então ajusta automaticamente a pressão do polimento.
Etapa de inspeção de qualidade:
Use métodos de testes não{0}}destrutivos (END), como tomografia computadorizada de raios X-e testes ultrassônicos para encontrar problemas dentro do objeto. Estudos revelam que a TC industrial pode encontrar poros com 0,02 mm de largura com 98% de precisão.
Configure uma cadeia de processamento de dados de teste e use o aprendizado de máquina para adivinhar quanto tempo uma peça durará. Por exemplo, uma determinada empresa pode usar dados anteriores para treinar um modelo que possa antecipar a probabilidade de falha por fadiga das engrenagens com seis meses de antecedência.