Hoće li površinska obrada utjecati na tolerancije dijelova?

1. Veza između različitih tipova površinske obrade i njihovih efekata na toleranciju
Postoje četiri glavne vrste procesa površinske obrade: površinska modifikacija, površinsko legiranje, površinski konverzioni premaz i površinski premaz. Opseg uticaja različitih procesa na tolerancije značajno varira.
Tehnologija za promjenu površine
Na primjer, pjeskarenje čini površinu hrapavom tako što se udara u nju česticama pijeska velike brzine{0}}, ali može učiniti dio manjim za 0,01–0,03 mm. Valjanje očvršćava površinu promjenom njenog oblika, što može povećati prečnik dijelova osovine za 0,005–0,015 mm. Jačanje laserske fazne transformacije gotovo da nema efekta na veličinu jer je njegova zona{7}}zahvaćena toplinom tako mala.
Tehnologija za površinsko legiranje
Ugljičenje i nitriranje difuzijom stvaraju slojeve legure. Tečno nitriranje će učiniti osovinu 0,01 mm širim, a otvor 0,01 mm užim, tako da morate ostaviti razmak od 0,01 mm na jednoj strani prilikom obrade. Jonska nitridacija, s druge strane, može zadržati promjenu veličine unutar ± 0,002 mm bez upotrebe tečne faze.
Tehnologija za površinski konverzioni premaz
Obrada fosfatiranja stvara fosfatni film na površini čelika koji je obično debljine 2 do 10 μm i ima mali utjecaj na tolerancije. S druge strane, eloksiranje (kao i tvrda anodizacija aluminijskih legura) stvara oksidni film debljine 30 do 50 μm, što čini dijelove većim u jednom smjeru. Da bi se to nadoknadilo, mora se koristiti strategija "manja razlika manja".
Tehnologija pokrivanja površina
Debljina sloja galvanizacije direktno utiče na toleranciju. Na primjer, ako je dužina zavrtnja manja ili jednaka petostrukom prečniku, maksimalnu debljinu premaza treba zadržati na 8 μm. Ako nije, potrebna je ne-inspekcija zaustavnog kolosijeka. Debljina vruće-pocinkovanog sloja je 30–80 μm, što će značajno promijeniti prečnik koraka pričvršćivača. Da biste bili sigurni da odgovaraju, potrebno je promijeniti dimenzije pred{9}}oplata.
2. Mali mehanizam promjene tolerancije i industrijski podaci
Postoje tri glavna fizička i hemijska procesa koji utiču na tolerancije kada tretirate površinu:
Promjena zapremine i faze materijala
Kada se čelik pocrni, stvara se sloj Fe∝₄ oksida zbog kojeg se volumen povećava za 1,3 puta, što uzrokuje izbočine na površini. Kada se aluminijska legura anodizira u Al ₂ O ∝, volumen se smanjuje za oko 15%, što može uzrokovati mikropukotine.
Anizotropija u taloženju premaza
Tokom procesa galvanizacije, neujednačena gustina struje može uzrokovati da premaz bude različite debljine. Na primjer, galvanski premaz na unutrašnjim navojima je obično 30% do 50% tanji od vanjske površine. Da biste bili sigurni da odgovara, potreban je standard "održavanje zone tolerancije unutrašnjeg navoja 6H".
Oslobađanje zaostalog naprezanja tokom mehaničke obrade
Obrada pjeskarenjem stvara tlačnu silu na površinu, zbog čega dijelovi puze kada se ponovo koriste. Prema eksperimentima, komponente osovine od pjeskarenog čelika od 45# mogu se proširiti u promjeru za 0,008 mm nakon držanja na 100 stepeni 24 sata.
Podaci iz industrije:
Određena kompanija za avione kaže da je stopa varijacije veličine nekompenziranih dijelova od nehrđajućeg čelika 316L nakon električnog poliranja 12%. Ostavljanjem prostora od 0,02 mm, stopa kvalifikacija je porasla na 98%.
Automobilski sektor ima stroga pravila o tome koliko tolerancije mogu imati pocinčani vijci. Za vijke M12, debljina premaza mora biti između 8 i 2 μm, inače će se koeficijent obrtnog momenta promijeniti za više od 15%.
3. Uobičajeni problemi i njihova rješenja u industriji
U oblasti vazduhoplovstva
Prilikom izrade mlaznica za gorivo za LEAP motore, GE Aviation koristi metodu SLM (Selective Laser Melting) i HIP (Hot Isostatic Pressure) tretman. Optimizacijom strategije skeniranja (spiralno skeniranje) i debljine sloja (30 μm), hrapavost površine održava se unutar Ra12 μm. HIP tretman uklanja pore (od 0,8% do 0,02%), što produžava životni vek zamora za tri puta i ispunjava stroge zahteve tolerancije vazduhoplovnih standarda.
Oblast medicinskih uređaja
Johnson&Johnson Medical je kreirao kompozitni proces nazvan "vakuumsko žarenje+hemijsko poliranje" za 3D-štampane implantate zgloba kuka. Ovaj proces uklanja zaostalo naprezanje korištenjem vakuumskog žarenja, a zatim koristi otopinu za poliranje na bazi limunske kiseline- da zagladi površinu od Ra50 μm do Ra0,8 μm dok je održava biokompatibilnom. Ova metoda daje implantatima zamorni vijek od preko 20 godina, što je više nego što je potrebno u klinici.
Oblast izrade automobila
Volkswagen proizvodi blokove cilindara motora metodom koja se zove "fosfatiranje+elektroforeza". Hrapavost unutrašnjeg zida cilindra je promjenom debljine fosfatnog filma (2–3 μm) i elektroforetskog premaznog filma (20–25 μm) od Ra3,2 μm do Ra0,4 μm. Ovo je takođe smanjilo koeficijent trenja za 30% i povećalo ekonomičnost goriva za 2%.
4. Nova tehnologija i strategije za kontrolu tolerancije
Dizajn reverzne kompenzacije
Pravljenjem baze podataka promjena veličine procesa površinske obrade, dodaci se izdvajaju u fazi CAD modeliranja. Na primjer, jedna kompanija je proizvela "modul za pre-kompenzaciju tolerancije" za tehnologiju galvanizacije. Ovaj modul može automatski promijeniti veličinu modela na osnovu debljine premaza, što povećava brzinu prvog prolaza na 95%.
Detekcija i kontrola-zatvorenog kruga preko interneta
Koristeći tehnologiju 3D skeniranja, možete vidjeti promjene veličine u realnom vremenu nakon obrade površine. Siemensova tehnologija "digitalnog blizanca", na primjer, može obaviti virtualnu verifikaciju sklopa na pocinčanim dijelovima, što smanjuje mogućnost odstupanja tolerancije za 70%.
Nova metoda za tretiranje površina
Plazma elektrolitička oksidacija (PEO) stvara keramički film na površini legure aluminija. Debljina filma može se kontrolisati između 5 i 200 μm, a tačnost dimenzija je ± 1 μm. Korišćen je u strukturnim delovima svemirskih letelica.
Tehnologija hladnog prskanja: ova metoda koristi velike-brzine udare čvrstih čestica za taloženje premaza. Zona zahvaćena toplotom je manja od 50 μm, što je čini dobrom za fiksiranje i ojačavanje preciznih delova.