O tratamento de superfície afetará as tolerâncias das peças?

1. A ligação entre diferentes tipos de tratamento de superfície e seus efeitos na tolerância
Existem quatro tipos principais de processos de tratamento de superfície: modificação de superfície, liga de superfície, revestimento de conversão de superfície e revestimento de superfície. A extensão do impacto de vários processos nas tolerâncias varia consideravelmente.
Tecnologia para mudar a superfície
Por exemplo, o jato de areia torna a superfície mais áspera ao atingir partículas de areia-de alta velocidade, mas pode tornar a peça menor em 0,01 a 0,03 mm. A laminação endurece a superfície alterando sua forma, o que pode aumentar o diâmetro das peças do eixo em 0,005–0,015 mm. O fortalecimento da transformação de fase do laser quase não tem efeito sobre o tamanho porque sua zona-afetada pelo calor é muito pequena.
Tecnologia para ligas de superfície
A cementação e a nitretação formam camadas de liga por difusão. A nitretação líquida tornará o eixo 0,01 mm mais largo e a abertura 0,01 mm mais estreita, então você precisa deixar um espaço de 0,01 mm em um lado durante o processamento. A nitretação iônica, por outro lado, pode manter a mudança de tamanho em ± 0,002 mm sem usar uma fase líquida.
Tecnologia para revestimento de conversão de superfície
O tratamento de fosfatização cria uma película de fosfato na superfície do aço que geralmente tem de 2 a 10 μm de espessura e tem um pequeno efeito nas tolerâncias. Por outro lado, a anodização (como a anodização dura de ligas de alumínio) cria uma película de óxido com 30 a 50 μm de espessura, o que torna as peças maiores em uma direção. Para compensar isso, a estratégia “menor diferença menor” deve ser usada.
Tecnologia para revestimento de superfícies
A espessura da camada de galvanoplastia tem efeito direto na tolerância. Por exemplo, se o comprimento do parafuso for menor ou igual a cinco vezes o diâmetro, a espessura máxima do revestimento deverá ser mantida em 8 μm. Caso contrário, será necessária uma-inspeção de medidor de parada não padrão. A espessura da camada galvanizada-por imersão a quente é de 30 a 80 μm, o que alterará bastante o diâmetro primitivo dos fixadores. Para garantir que eles se encaixem, as dimensões do pré--revestimento precisam ser alteradas.
2. O pequeno mecanismo de mudança de tolerância e dados da indústria
Existem três processos físicos e químicos principais que afetam as tolerâncias quando você trata a superfície:
Mudança no volume e fase do material
Quando o aço é enegrecido, gera uma camada de óxido de Fe∝₄ que faz com que o volume se expanda 1,3 vezes, o que causa saliências superficiais. Quando a liga de alumínio é anodizada para formar Al ₂ O ∝, o volume encolhe cerca de 15%, o que pode causar microfissuras.
Anisotropia na deposição de revestimentos
Durante o processo de galvanoplastia, a densidade de corrente irregular pode fazer com que o revestimento tenha espessuras diferentes. Por exemplo, o revestimento galvanizado nas roscas internas é normalmente 30% a 50% mais fino que a superfície externa. Para garantir que ele se encaixe, é necessário o padrão "manutenção da zona de tolerância de rosca interna 6H".
Liberando tensão residual durante o processamento mecânico
O tratamento com jato de areia aplica força compressiva na superfície, o que faz com que as peças se desloquem quando são utilizadas novamente. De acordo com experimentos, os componentes do eixo de aço 45# jateados podem expandir em diâmetro em 0,008 mm após serem mantidos a 100 graus por 24 horas.
Dados da indústria:
Uma empresa aeronáutica específica afirma que a taxa de variação de tamanho das peças de aço inoxidável 316L não compensadas após o polimento elétrico é de 12%. Ao deixar uma margem de manobra de 0,02 mm, a taxa de qualificação subiu para 98%.
O setor automotivo tem regras rígidas sobre a tolerância que os parafusos galvanizados podem ter. Para parafusos M12, a espessura do revestimento deve ser mantida entre 8 e 2 μm, caso contrário o coeficiente de torque mudará em mais de 15%.
3. Problemas comuns e suas soluções na indústria
No campo aeroespacial
Ao fabricar bicos de combustível para motores LEAP, a GE Aviation usa o método SLM (Selective Laser Melting) e o tratamento HIP (Hot Isostatic Pressure). Ao otimizar a estratégia de varredura (varredura em espiral) e a espessura da camada (30 μm), a rugosidade da superfície é mantida dentro de Ra12 μm. O tratamento HIP remove os poros (de 0,8% a 0,02%), o que aumenta a resistência à fadiga em três vezes e atende aos rígidos requisitos de tolerância dos padrões de aviação.
Campo de dispositivos médicos
A Johnson&Johnson Medical criou um processo composto chamado "recozimento a vácuo + polimento químico" para implantes-de articulação do quadril impressos em 3D. Esse processo elimina o estresse residual usando recozimento a vácuo e, em seguida, usa uma solução de polimento à base de ácido cítrico- para suavizar a superfície de Ra50 μm a Ra0,8 μm, mantendo-a biocompatível. Este método confere ao implante uma vida útil à fadiga de mais de 20 anos, o que é mais do que o necessário na clínica.
O campo da fabricação de carros
A Volkswagen fabrica blocos de cilindros de motor usando um método chamado “fosfatação + eletroforese”. A rugosidade da parede interna do cilindro passou de Ra3,2 μm para Ra0,4 μm alterando a espessura do filme de fosfatização (2–3 μm) e do filme de revestimento eletroforético (20–25 μm). Isto também reduziu o coeficiente de atrito em 30% e aumentou a economia de combustível em 2%.
4. Novas tecnologias e estratégias para controlar a tolerância
Projeto de compensação reversa
Ao fazer um banco de dados de alterações no tamanho dos processos de tratamento de superfície, são reservadas tolerâncias durante a fase de modelagem CAD. Por exemplo, uma empresa produziu um "módulo de pré-compensação de tolerância" para tecnologia de galvanoplastia. Este módulo pode alterar automaticamente o tamanho do modelo com base na espessura do revestimento, o que aumenta a taxa de primeira passagem para 95%.
Detecção e controle de{0}loop fechado pela Internet
Usando a tecnologia de digitalização 3D, você pode ver as alterações no tamanho em tempo real após o tratamento da superfície. A tecnologia “digital twin” da Siemens, por exemplo, pode fazer verificação virtual de montagem em peças galvanizadas, o que reduz a chance de desvio de tolerância em 70%.
Novo método para tratamento de superfícies
A oxidação eletrolítica plasmática (PEO) forma um filme cerâmico na superfície da liga de alumínio. A espessura do filme pode ser controlada entre 5 e 200 μm e a precisão das dimensões é de ± 1 μm. Tem sido usado nas partes estruturais de naves espaciais.
Tecnologia de pulverização a frio: esse método usa impactos de partículas sólidas em alta-velocidade para depositar revestimentos. A zona afetada pelo calor é inferior a 50 μm, o que a torna boa para fixar e reforçar peças precisas.