Az őrléstől a befejezésig: Utókezelési megoldások a kiegészítők gyártásához

A 3D nyomtatású fém alkatrészek alacsony utómunkálatokkal rendelkeznek, és a csiszolás hatékony megoldás lehet a végső tűrésekre.

A kiegészítő gyártás széles körű alkalmazása az űrhajózási és az orvosi piacon egyre növekvő igényeket támaszt a kész emlékeztető alkatrészek felületeivel szemben, hogy megfeleljen a végfelhasználói alkalmazások igényeinek. Az addíciós gyártási folyamat a végső formához közeli alkatrészeket állít elő, jelentősen csökkentve a végső befejezés szükségességét. Az anyag hozzáadásával történő gyártással az anyaghulladék aránya csökkenthető a teljes gyártási folyamat megkönnyítése érdekében, de ez azt is jelenti, hogy a későbbi befejező eljárások szigorúbb újrafeldolgozási technikákat és következetességet igényelnek. Ezért fontos biztosítani az utókezelés konzisztenciáját, hogy megfeleljen az alkatrészek tűréseinek és a felületi minőségi követelményeknek. Az őrlés további hatékony lehetőség lehet adalékanyagok gyártásához olyan alkalmazásokban, ahol a tűrések és a felületek igényesebbek. A csiszolás jobb felületminőséget és integritást eredményez, mint más hagyományos anyageltávolítási eljárások. Ha többet szeretne megtudni az addíciógyártás befejezéséről, különösen akkor, ha a norton alapú, magas hőmérsékletű ötvözet alkatrészekre alkalmazzák a repülőgépiparban, Norton. A Saint-Gobain mérnökei finomították a kiegészítőkből készült Inconel 718 mintát. A tanulmány három kérdésre összpontosított: Mi az a minimális anyagmennyiség / térfogat, amelyet el kell viselni a hozzáadókból készült alkatrészekből? Milyen felületkezelést lehet elérni az emlékeztetőből készült alkatrészek csiszolásával a legújabb generációs köszörűkerekek segítségével? Harmadszor, milyen hatása van a finomcsiszolásnak az erősítőgyártó alkatrészek felületi maradékfeszültségére (ha van ilyen)?

A Direct Metal Laser Sintering (DMLS) eljárással gyártott AM IN718 mintáit a Stratasys Direct Manufacturing biztosítja. Az 1. ábra egy tesztmintát mutat a kiegészítő gyártásához. Az adalék elkészítése után a mintát közeggel felrobbantják, és a stressz megszűnik. Ezt termikus izosztálás, szilárd oldható kezelés / gyújtásmentesítés és csapadékkeményedés követi. A minta keménysége 40 HRC. Ezután használja a Nortont. A Saint-Gobain Higgins őrléstechnikai központ Magele MFP-125.50.65 szakaszosan őrli a Norton NQX60E24VTX2 köszörűkorong mintáit a köszörűgépen.

Először fokozatosan növelje a vágás mélységét, több területet csiszoljon, határozza meg az eltávolítandó anyag minimális mennyiségét, az addíciós gyártási kezelés felületét. Ezután az őrlést a megadott vágási mélységben hajtják végre, majd ellenőrizzék, hogy a felületen nyilvánvaló hibák vannak-e. A 4. ábra a minta képét mutatja, miután a komponenseket megtisztították a kísérlet során. A kísérleti eredmények szerint az addíciós gyártási folyamatból eredő minden geometriai ragaszkodás és felületi hiba kiküszöbölése érdekében a szerelvényből származó anyagokat kb. 0,30-0,45 mm-re kell eltávolítani.

Ez a teszt 50,8 mm csiszolási hosszúságot, 462 mm csiszoló kerék átmérőt és 23 m / s munkasebességet használ. Összesen öt anyageltávolítási sebességet (MRR) teszteltek a 0,1 mm3 / sec / mm - 3,9 mm3 / sec / mm tartományban. Állítsa be az anyag eltávolítási sebességét a folyási sebesség (mm / perc) vagy a vágási mélység (mm) megváltoztatásával. Többféle anyageltávolítási sebességet teszteltünk annak érdekében, hogy felmérjük az alacsony és közepes anyageltávolítási sebességek hatását a felület kikészítésére és az őrlési képességre. Bár a nikkelalapú ötvözetek (pl. Inconel 718) korszerű műszaki csiszolóanyagokkal nagy eltávolítási sebességgel marhatók, a tanulmány az ipari szabványos Inconel munkadarabok befejeződésének alacsonyabb anyageltávolítási arányát választotta. A szokásos (nem összeadó gyártású) munkadarab-csiszolás esetén a várt eredmény az, hogy az anyag eltávolítási sebességének növekedésével és a csiszolási teljesítmény növekedésével a csiszoló munkadarab felületi felülete (Ra) megnő, vagy a felület válik durvább.

Csiszolás előtt és után a munkadarab felületi kikészítését a Federal Contact Profiler System 5000 segítségével mérik, amely több pozíciót és két irányt tartalmaz a munkadarabon. Ezenkívül érintés nélküli profilmérő felületméréseket végeznek több helyen.

Az őrlés előtt értékelték a hozzáadóról készült anyag felületi felületét, és megállapították, hogy a különböző mérési irányokban nagy különbségek vannak a befejezésben. Az átlagos befejezés függőlegesen mérve 3,3 mikron Ra, vízszintesen mérve pedig 2,1 mikron volt. Ez a jelentős különbség nem fordul elő az Inconel 718 szabványos öntött állapotú anyagok mérésekor. Úgy tűnik, hogy ez a különbség összefügg a 3D gyártási módszerekkel, de a pontos ok még nem ismert.

A felületkezelés mérésének hagyományos módszere az érintkezõ profilozó segítségével merõleges a csiszolóvezetékre, nem pedig párhuzamos a köszörülõvonallal. Ebben a vizsgálatban a felületkikészítést két irányban mértük az őrlési vonallal párhuzamosan és merőlegesen a köszörülési vonalra. Az őrlés után mért eredményeket ezután összehasonlítjuk az őrlés előtti hossz- és oldalmérésekkel.

A lényeg az, hogy amikor a felületet az őrlési vonalra merőleges irányban történő őrlés után mérjük, a tű keresztezi az őrlési vonal csúcsait és vályúit. Párhuzamos irányú mérésnél a tű párhuzamosan mozog a köszörülési vonallal, és soha nem lépi át a csúcsot és a völgyet. Ezért nem meglepő, hogy ebben a vizsgálatban a függőlegesen mért (érdes) felületi felület lényegesen magasabb volt, mint a párhuzamosan mért.

Az anyag által az őrlés előtt és után előállított anyag felületi értékének kiértékelése után megállapítást nyert, hogy a különböző mérési irányokban jelentős különbségek vannak a befejezésben. Ebben a vizsgálatban a felületkikészítés mérését az őrlési vonallal párhuzamosan és a csiszolóvezetékre merőlegesen végeztük, és az eredmények valóban jelentősen különböztek egymástól. Párhuzamos irányban mérve az őrlés előtti átlagos felületi felület 3,3 µRa és 0,21 µm őrlés után. Függőleges mérés esetén az átlagos felületi kikészítés csiszolás előtt 2,1 mRa, őrlés után 0,5 mRa.

Ezenkívül az addíciós mintákat Theanovea 3D felületi profilozóval és fehér fénykromatikus technológiával elemeztük a felületi jellemzők vizualizálása céljából. Ebben a tesztben a kiegészítő gyártási minta átvételét követően a közeg robbantását üveg közeggel végezzük, eltávolítva a felület megemelt részét. Az őrlés után a felületen látható vonalak megmaradnak az őrlési műveletből. Csiszolókerekek vagy más csiszolt termékek, például mérnöki csiszolószalagok használhatók a felületi vonalak további csökkentésére és az ultrafinom felületek létrehozására, feltéve, hogy ez kritikus fontosságú az alkatrészek teljesítménye és minősége szempontjából.

Az őrlésnek az IN718 am minták teljes felületi integritására gyakorolt ​​hatásának további megértése érdekében a felületi maradványfeszültség-méréseket a minták fogadása és őrlése után végeztük el a Bruker-AXS D8 Discover mikrodiffrakciós eszközzel. Összehasonlítva ugyanazon minta 6 különböző helyzetének mérését mindkét állapotban, azt találtuk, hogy a közeli felület maradványfeszültsége negatív / mindkét körülmények között kompresszió van. Ez a helyzet főleg az alkatrészen finom őrlés után következik be, és a felszínközeli maradék feszültség összenyomható, ami késleltetheti a felületi repedések terjedését és javíthatja a fáradtsági élettartamot.

A vizsgálati periódus alatt az őrlési teljesítményt 5 anyag eltávolítási sebességének megfelelően mérték. Az anyag eltávolítási sebességének növekedésével nő az őrlési teljesítmény is. Ez a viselkedés a legtöbb őrlési műveletnél fennáll. Legalább 0,1 mm3 / sec. / Mm sebességgel az őrlés során a csúcsteljesítmény 1,4 kW. A maximális anyageltávolítási sebesség 3,9 mm3 / sec. / Mm, az őrlési teljesítmény 10,8 kW.

E tanulmány eredményei azt mutatják, hogy az adalékanyagokból készült nikkel alapú ötvözetek finom őrlésével (pl. Inconel 718) a felület érdessége közel 94% -kal (a köszörülési vonalakkal párhuzamosan) vagy 34% -kal (merőleges a köszörülési vonalakra) csökkenthető. Igény esetén ultrarészes felületeket lehet kapni köszörülő kerekekkel vagy más finomabb csiszolódású szemcsésítő termékekkel, például műszaki csiszolószalagokkal. Ezenkívül az eredmények azt mutatják, hogy a felületi finomság javítása érdekében 0,30-0,45 mm anyagot kell eltávolítani az alkatrészekről, és el kell távolítani a 3D gyártási folyamathoz kapcsolódó összes geometriai igényt. A minimális eltávolítási arány kulcsfontosságú információ az anyaggyártók számára, mivel arra törekszenek, hogy a lehető legköltséghatékonyabb módon maximalizálják az anyaggyártó alkatrészek nettó közeli alakját. Ezenkívül a maradék feszültség adatok azt mutatják, hogy az őrlés utáni felületi feszültség összenyomható és késleltetheti a felületi repedések tágulását, meghosszabbítva ezzel a gyártott alkatrészek fáradtsági idejét.